Search

ÖZET Fatih ALAGÖZT.C.KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ MAM ÜN VERS TESFEN B L MLER ENST TÜSÜELEKTR K-ELEKTRON K MÜHEND SL Ğ ANAB L M DALIYÜKSEK L SANS TEZÖZETMOB L AĞLAR VE VER ER Ş M STRATEJ LERFAT H ALAGÖZDANIŞMAN : Prof. Dr. M. Kemal KIYMIKYıl: 2005, Sayfa: 183Jüri : Prof. Dr. M. Kemal KIYMIK: Doç.Dr. Özer ÇINAR: Yrd.Doç.Dr. Abdulhamit SUBAŞIDünyada mobil iletişim teknolojilerinin kullanım alanları yaygınlaşmaktadır.Günümüzde bilgisayar teknolojilerinde ki gelişim şirketleri yeni arayışlara itmekte,mobil iletişim teknolojilerinin sunduğu imkanlardan en üst seviyede yararlanmayayöneltmektedir.Bu çalışmada mobil iletişim teknolojilerinin neler olduğu ortaya konmuş,mobil ağlar ve veri erişim stratejileri üzerinde durulmuş, bu teknolojilerden neölçüde fayda sağlanacağı belirtilmiştir.Yapılan çalışmayla mobil iletişim teknolojilerine hayatımızın her aşamasındagereksinim duyulduğu, günlük hayatı kolaylaştırdığı, zamandan tasarruf sağladığı,şirketlerin maliyetlerini azalttığı ve müşteri memnuniyetini artırdığı sonucunaulaşılmıştır.Anahtar Kelimeler: Mobil Ağlar, Veri Erişim Stratejileri, Mobil letişim, Pocket PC,Mobil Sipariş, laç OtomasyonuIV ABSTRACT Fatih ALAGÖZUNIVERSITY OF KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ MAMINSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCESDEPARTMENT OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERINGMSc THESISABSTRACTMOBILE NETWORKS AND DATA ACCESS STRATEGIESFAT H ALAGÖZSupervisor : Prof. Dr. M. Kemal KIYMIKYear: 2005, Pages : 183Jury : Prof. Dr. M. Kemal KIYMIK: Assoc. Prof. Özer ÇINAR: Asst. Prof. Abdulhamit SUBAŞIThe usege of mobile communication technologies have been increasing in allover the world. Today, the developments in computer technologies push thecompanies into the new seekings and urges them to take the advantages of theopportunities that mobile communication technologies offer at the highest level.l.In this thesis, the mobile communication technologies has been introduced,mobile networks and data access strategies have been emphasized and how muchbenefit from these technologies can be gotten has been explained.This work shows that mobile communication technologies are required inevery phases of our life and they ease the daily life, save time, decreases the costs ofcompanies and increases customer satisfaction.Key Words: Mobile Networks, Data Access Strategies, Mobile Communication,Pocket PC, Mobile Order, Medicine AutomationV 193

Birden fazla tarafın merkezi bir varlık olmadan ortak bir anahtar üzerinde anlaştığı durumlarda, grup anahtar anlaşması protokolleri çok önemlidir. Bu protokollerin merkezi bir sisteme ihtiyaç duymama özelliği, katılımcıların gruptaki diğer katılımcılarla iletişim kurması ve doğrulaması gereken yerlerde performans sorunlarına neden olur. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için, bir block zinciri platformu olan Hyperledger Fabric çözümünü kullanarak grup anahtar anlaşması protokollerine yeni bir yaklaşım öneriyoruz. Bu amaçla, çalışmamızda grup anahtar anlaşması katılımcılarının iletişim ve doğrulama yükünü blok zincir ağına taşıyoruz. Performans analizimize göre, limitli bilgi işlem kaynaklarına sahip katılımcılar protokolümüzü verimli bir şekilde kullanabilirler. Ayrıca, katılımcıların gizli parametreleri, blokzincir ağı üzerinde oluşturmuş olduğumuz birbirinden ayrık katılımcılar arasında dağıtılmaktadır. Böylece, ağ üzerindeki katılımcıların grup anahtarlarını üretmesinin önüne geçmekteyiz. Ek olarak, önerdiğimiz protokolün literatürde sunulan diğer protokoller ile aynı güvenlik özelliklerini sağladığını çalışmamızda gösterdik. Group key agreement protocols are crucial in the case of multiple parties agreeing on a common key without a centralized entity. However, the decentralized characteristic of these protocols causes performance challenges where parties need to communicate and verify other participants in the group. To overcome this issue, we propose a new approach to the group key agreement protocols by utilizing Hyperledger Fabric framework as a blockchain platform. To this end, we migrate the communication and verification overhead of the group key agreement participants to the blockchain network in our developed scheme. This paradigm allows a flexible group key agreement protocol that considers resource-constrained entities and trade-offs regarding distributed computation. According to our performance analysis, participants with low computing resources can efficiently utilize our protocol. In addition, the secret parameters of the participants are distributed among the isolated participants that constitute the blockchain network. Thus, the only way for the network participants to compute group keys is to collude maliciously. Furthermore, we have demonstrated that our protocol has the same security features as other comparable protocols in the literature. 78

Yazılım tanımlı ağların (YTA) kontrol düzleminde sağlamlık, tek bir kontrolör kullanıldığında zorlayıcı bir amaçtır. Bu nedenle, dağıtık kontrolörler sağlam, esnek ve güvenilir bir yazılım tanımlı ağ oluşturmak için görevlendirilir. Buna rağmen, böyle bir strateji, etkili bir kontrolör-ağ anahtarı atama şeması olmadan başarılı olamaz. Sıfırıncı gün atamasına ek olarak, çevrimiçi yeniden atama çok önemlidir, çünkü ağdaki arızalar nedeniyle kontrolörler ve anahtarlar arasındaki bağlantılar aralıklı olarak kopabilir ve ağın çalışmasını bozabilir. Bu çalışmamızda, kontrolörlerin yük dağılımına dayanan tamsayılı doğrusal programlama kullanarak ağdaki arızalara karşı reaktif bir atama modeli önerdik. Ayrıca, YTA'nın esnekliği sayesinde, izleme ajanlarını kenarda ağ fenerleri olarak kullanarak da ağı izlemek için tamamlayıcı bir stratejiden yararlandık. Ağ bağlantısı ve ağdaki gecikmeler hakkında gerçek zamanlı bilgiler, reaktif denetleyici-anahtar atamasında kullanılması için izleme ajanları tarafından sağlandı. Anahtar, link ve kontrolör arızaları için benzetilmiş tavlama ve rasgele atama yaklaşımlarıyla önerilerimizi çoğalttık. Önerilen çerçevemiz VoIP, video ve oyun gibi farklı trafik türleri kullanılarak değerlendirildi. Modelimiz ayrıca, izleme ajanlarının yardımını anlamak için iki farklı test senaryosu kullanılarak test edildi. Deneysel sonuçlar, modelimizin ağdaki arızalara karşı dayanıklılık kazandırdığını ve yük farkındalığının kontrolör-anahtar ataması için etkili bir strateji olduğunu gösterdi. Robustness in software defined networks (SDN) control plane is a challenging goal when a single controller is employed. Thus, distributed controllers are deployed to realize a robust, resilient and reliable software defined network. However, such a strategy can not succeed without an efficacious controller-switch assignment scheme. In addition to zero-day assignment, online re-assignment is crucial since due to network failures, the connections between controllers and switches may break off intermittently and impair the network operation. In this thesis, we propose a reactive assignment model against network failures using integer linear programming based on the load distribution of controllers. We also use a complementary strategy to monitor the network by using monitoring agents as network beacons at the edge via the flexibility of SDN. Real-time information about network connectivity and latency is provided by these agents and used in the assignment decisions. We augment our proposal with simulated annealing and random assignment approaches for switch, link and controller failures. Our proposed framework is evaluated using different types of traffic such as VoIP, video, and network gaming. Our model is also investigated using two different test scenarios to assess the contribution of monitoring agents. The experimental results show that our model gives resilience against network failures while load-awareness is an effective strategy for controller assignment. 72

Geleneksel ağlar için hizmet kalitesi farkında yönlendirme günümüzde dahi çözülemeyenbir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bunun başlıca sebebi geleneksel ağ mimarilerininyeterince esnek olmayışıdır. Yazılım tabanlı ağlar programlanabilir merkezi kontrolbirimi kullanarak esnek bir mimari sağlamaktadırlar. Bu nedenle, yazılım tabanlı ağlarhizmet kalitesi farkında yönlendirme uygulamaları için en uygun ağ mimarisidir. Fakat ağdaoluşabilecek herhangi bir güvenlik açığı kullanıcıların hizmet kalitesini olumsuz yönde etkileyebilir. Bu nedenle, hizmet kalitesi farkında yönlendirme uygulamaları kimlik doğrulamamekanizmasına ihtiyaç duyar. Bu tezde, Kimlik Doğrulama Tabanlı Hizmet KalitesiFarkında Yönlendirme sistemini öneriyoruz. Önerilen sistem, kimlik doğrulama uygulamasıve yönlendirme uygulaması adında iki uygulamadan oluşmaktadır. Kimlik doğrulama uygulamasıkullanıcıların özelliklerine bağlı olarak kullanıcıların kimliklerini doğrular. Yönlendirmeuygulaması ise kimliği doğrulanmış kullanıcıların yüksek kalite yönlendirme hizmeti almasınısağlar. Bu tezde, ayrıca, önerilen sistemin uygulanabilirliğini göstermek için güvenlikve performans analizleri de sunulmuştur. Quality of Service (QoS) aware routing is an ongoing and major problem for traditionalnetworks since they are not able to manage network traffic for an immense variety ofusers due to their inflexible and static architectures. Software Defined Networking (SDN)has emerged to remove these limitations by separating the control plane and the data plane toprovide centralized control with the help of programmable controllers. Such improvementsalso make SDN more flexible than traditional networks in terms of achieving QoS-awarerouting. However, providing QoS-aware routing in SDN without using any security mechanismmay become a challenging issue. For instance, malicious users in the network mayescalate their privileges to monopolize resource utilization. The provision of an authenticationmechanism that jointly works with QoS-aware routing is expected to solve the issue.In this thesis, we propose an Authenticated QoS-Aware Routing (AQoSAR) for SoftwareDefined Networks to determine routing paths of a single user and a group of users in anauthenticated manner. AQoSAR consists of the authentication application and the routingapplication. In the authentication application, we employ Ciphertext Policy Attribute BasedEncryption since it easily operates with a huge variety of users by defining attributes suchas QoS-aware routing metrics. In the routing application, we propose a routing approachbased on a metric list rather than a single metric for determining the QoS level of users. Toshow the applicability of AQoSAR, the security analysis and the performance analysis arepresented. 59

Yazılım tanımlı ağ (YTA), veri ve kontrol katmanlarını birbirinden ayırmak üzere ortaya çıkan ağ paradigmasıdır. YTA'da bir denetleyici, veri düzleminin yönetiminden sorumlu olan merkezi ağ kontrol birimidir. Tipik olarak, tüm anahtar elemanlarından sorumlu olan tek bir denetleyiciye sahip büyük bir yazılım tanımlı ağ, mevcut veri yükü ihtiyaçlarının artması durumunda sistem yükünü taşımak için yeterli olmayacaktır. Bu amaçla, birden fazla denetleyiciye sahip olmak, sistemin esnekliğini arttırmakla kalmayıp, ağ denetim yükünün kontrolcüler arasında dağıtılmasını da sağlar. Birden fazla kontrolcünün olduğu YTA'larda, anahtar-denetleyici ataması çözmesi zor bir teknik problemdir. Kontrol düzleminde bir kesinti olduğunda, kontrol ve veri katmanları arasındaki kopukluk sistemde paket kaybına ve arızalara neden olabilir. Bu yüzden, sistemdeki bir kesinti durumunda hızlı ve performanslı bir kontrolcü-anahtar ataması önemli bir rol taşır. Bu tezde; denetleyici yük dağılımını, yeniden atama maliyetini ve arıza olasılığını göz önünde bulundurarak genetik algoritma kullanan; denetleyici arızalarında proaktif olan bir anahtar-denetleyici atama şeması PREF-CP'yi öneriyoruz. Tez çalışmamız sırasında, şemamızın başarımını geliştirilen benzer görevli diğer algoritmalar ile (rastgele ve açgözlü algoritmalar) karşılaştırdık. Deney sonuçları, önerilen PREF-CP şemasının, arıza olasılığı ve denetleyici yükü dağılımı açısından daha iyi başarıma sahip olduğunu göstermektedir. Software-defined networking (SDN) is an emerging networking paradigm which entails separate control and data planes. In SDN, a controller is a centralized network control entity responsible for management of the data plane. Typically, a sizeable software defined network with a single controller responsible for all forwarding elements is potentially failure-prone and inadequate for dynamic network loads. To this end, having multiple controllers improves resilience and distributes network control load. However, when there is a disruption in the control plane, a rapid and performant controller-switch assignment is critical, which is a challenging technical question. Therefore, controller-to-switch assignment and robust operation are challenging research questions, since control plane hazards such as disconnection between control and forwarding planes may lead to packet loss and failures in the system. In this thesis, we propose a proactive switch assignment scheme PREF-CP in case of controller failures using genetic algorithm considering controller load distribution, reassignment cost and probability of failure. Moreover, we compare the performance of our scheme with other algorithms developed during our thesis work, namely random and greedy algorithms. Experiment results show that our proposed PREF-CP framework has better assignment performance in terms of probability of failure and controller load distribution. 60

Yazılım tabanlı ağlarda programlanabilir varlıkların yani denetleyici ve anahtarlayıcıların varlığı, yüksek bant genişlikli iletişimi kolayca kullanımı için dinamik ve yönetilebilir ağlar için hiyerarşik bir yapı sağlar. Bununla birlikte, yazılım tabanlı ağlardaki mevcut protokollerin yetersizlikleri nedeniyle bu tür yapılar doğrulanmamış paket düşmeleri ve yanlış paket yönlendirmeleri gibi ataklara neden olabilir. Örneğin, veri düzleminin çalışmasını manipüle etmek için bir anahtarlayıcının ele geçirildiğinin tespiti OpenFlow ile mümkün değildir. Bu tür güvenlik açıklarının üstesinden gelmek için kullanılabilecek potansiyel adaylardan birisi ele geçirilmiş olan anahtarlayıcıları tespit etmek için varlıkların öznel davranışlarını yansıtacak bir yaklaşım kullanmaktır. Kişisel davranışları değerlendirmek için hesaplamalı güven temelli çözümün sağlanması, tehlikeye giren anahtarlayıcıların belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bu nedenle, bu tezde, güvenli yönlendirmede kullanılacak anahtarlayıcılar için bir Güven ile İyileştirilmiş Güvenli Yönlendirme'yi öneriyoruz. Önerilen model, bir ağın farklı durumları için en uygun güven düzeyini bulmak için üç farklı güven hesaplaması sunar. Önerilen yaklaşımın uygulanabilirliğini göstermek için, ele geçirilen anahtarlayıcıların tespiti için bir dizi simülasyon gösteriyoruz. Simülasyon sonuçları Güven ile İyileştirilmiş Güvenli Yönlendirme'nin güvenli yolları seçerken risk altındaki düğümleri tespit etmek ve ortadan kaldırmak için etkin bir şekilde çalıştığını göstermektedir. The presence of programmable entities, namely controllers and switches, in SoftwareDefined Networks (SDNs) provides a hierarchical architecture to achieve dynamicand manageable networks for easily utilizing high bandwidth communications. However,such architecture may cause unsubstantiated packet dropping and incorrect packetforwarding due to the inability of current networking protocols in SDN. For instance,the detection of a compromised switch, which can be used for manipulating the dataplane operation, is not possible with OpenFlow. One of the potential candidates toovercome such vulnerabilities is to use an approach to reflect subjective behaviors ofentities for detecting the compromised ones. The provision of computational trustbased solution for evaluating subjective behaviors is expected to help determine compromisedswitches. Therefore, in this thesis, we propose a Trust Enhanced SecureRouting (TESR) for switches to be used in secure routing. The proposed model providesthree different trust computations in order to find the most suitable trust level fordifferent states of a network. To show the applicability of the proposed approach, wedemonstrate a set of simulations for the detection of compromised switches. Simulationresults show that TESR operates effectively to detect and eliminate compromisednodes while selecting secure paths. 79

Nakit ile ilgili maliyetler Otomatik Vezne Makinesi yönetim maliyetinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Müşteri memnuniyetini sağlamak ve ihtiyaç fazlası nakitten günlük faiz ile bankaya ek gelir sağlayabilmek için belirli aralıklarla nakit yüklemesi veya alınması gerekmektedir. Standart makinelerin tersine geri dönüşümlü adı verilen yeni tip Otomatik Vezne Makinelerinde para yatırma ve çekme işlemi aynı para kasedi üzerinden yapılmakta ve bu özellik nakit yönetimine yeni kısıtlamalar getirmektedir. Bununla birlikte geri dönüşümlü makineler yüksek maliyetli olduğu için planlaması dikkatli yapılmalıdır. Bu çalışmada, amacımız otomatik vezne makinesi ağlarını nakdi maliyetler açısından optimize etmektir. Makineye ne zaman, ne miktarda para yükleneceği ve nakit dağıtımında hangi rotanın izleneceğine bütünleşik olarak karar veren optimizasyon problemi tamsayı lineer programlama olarak formüle edilmiştir. Aynı zamanda nakit maliyetini azaltmak amacıyla hangi makinelerin geri dönüşümlü makineler ile değiştirilmesi gerektiği kararı da çalışmamızın çıktıları arasındadır. Otomatik Vezne Makinesi nakit yönetimi problemi için polinom zamanlı buluşsal algoritma tasarlanmış ve optimizasyon formülasyonu ile nakit maliyeti ve geri dönüşümlü makine ile değiştirme kararı açısından karşılaştırma yapılmıştır. Performans sonuçlarına göre tasarlanan buluşsal algoritmanın pratikte kullanılabilir olduğu görülmüştür. Cash related costs constitute a large portion of management cost of an Automated Teller Machine (ATM) network. Cash should be loaded to or taken from ATM devices in certain intervals in order to both meet customer satisfaction and to be able to generate additional revenue from excess cash through daily interest rates. Unlike classical ATMs, new generation ATMs have a single tape for cash withdrawal and deposit; this property imposes new restrictions on ATM cash management. Moreover, recycle ATMs are costly and hence their deployment should be planned carefully. In this thesis, our aim is to optimize the ATM networks in terms of cash related costs. We formulate an optimization problem as an integer linear program, which jointly decides on when to visit an ATM, how much amount of money to load to which ATM and which road should be followed for the distribution of cash to the ATMs. We also decide on which ATMs in the network should be replaced by a recycle ATM. We then propose a polynomial-time heuristic algorithm and compare it with the optimization formulation in terms of cash cost and the recycle ATM decision. We demonstrate through performance evaluation that our heuristic algorithm is suitable for practical implementation. 50

Bu tezde ¸cekirdek a˘glarda Da˘gılmı¸s Hizmet Engelleme Saldırısı (DDoS)'na karşıfiltreleme bazlı savunma mekanizmaları geliştirilmiştir. İlk olarak, çeşitli filtrelemeteknikleri analiz edilmiş ve avantajları ve dezavantajları sunulmuştur. Güvenlik analistleriiçin bu metotların karşılaştırılmalı sınıflandırılması yapılmıştır. Sınıflandırmasonuçları, hem proaktif hem de işbirlikçi modellerin çok az sayıda olduğunu ortayakoymuştur. Bir metodun proaktif olması saldırı yayılmadan engellemesini sağlarken,işbirlikçi olması ağın farklı noktaları hakkında bilgi edinip filtrelere birlikte karar vermelerinisağlamaktadır. Biz de bu sebeple proaktif ve işbirlikçi bir model olan ScoreForCore'uöne sürdük. Bu metot, anlık saldırı trafiği için en uygun öznitelikleri seçen,istatistiksel, paket bazlı bir savunma mekanizmasıdır. Sonuçlarımıza göre bu mekanizmanınlegal ve saldırı paketleri üzerindeki başarısı oldukça yüksek çıkmıştır. Öne sürdüğümüz strateji, çekirdek ağlar için yeni gelişmekte olan Yazılım Tabanlı Ağ (YTA)teknolojisi için de uygulanabilir. Bu sebeple, bu çalışmada ilk olarak YTA ortamındaliteratürdeki en yeni gelişmeleri sunmak için ¸ceşitli savunma mekanizmaları analizedilmiş ve karşılaştırmalı sınıflandırılması yapılmıştır. Daha sonra da, bizim savunmastratejimiz, YTA ortamında kabiliyetli anahtarlayıcılarla uygulanmıştır. Bu mekanizma(SDNScore), bilinen saldırılar için ¸cok iyi sonuçlar vermiştir. Hatta bilinmeyen saldırılari¸cin bile 84% başarı göstermiştir. SDNScore modelinde kabiliyetli anahtarlayıcılarve YTA paradigması arasında bir seçim yapma durumu olduğu için, biz bu modeligeliştirip, tüm yükü yönetici makinaya taşıyan ve kabiliyetli anahtarlayıcılara ihtiyaçduymayan Joint Entropy Based Scoring on SDN (YTA için Ortaklaşa Entropi TabanlıSkorlama) isimli başka bir mekanizma daha öne sürdük. Sonuçlara göre bu mekanizmaYTA ortamı için güçlü bir savunma ortamı sağlamıştır. In this thesis, we present filtering based defense mechanisms against DistributedDenial of Service (DDoS) attacks for core networks. Initially, several filtering techniquesare analyzed and their advantages and disadvantages are presented. A comparativeclassification of these methods is provided for security analysts. Classification resultssuggest that there are a few filtering methods that are both proactive and collaborative.Proactivity provides prevention of attacks before it spreads whereas collaborationenables getting knowledge about different points of the network and deciding filterstogether. Thus, we proposed a proactive and collaborative model called ScoreForCore.It is a statistical packet based defense mechanism that selects the most appropriateattributes for current attack traffic. Our results suggest that the success of the system'sbehavior on legal and attack packets increased considerably. This strategy is alsoconvenient for current emerging technology for core networks, called Software DefinedNetworking (SDN). It has several problems related to security that are largely inducedby the centralized control paradigm. In that regard, DDoS attacks are specifically validfor SDN environment. Several defense mechanisms in SDN environment are analyzedand comparative classification is provided for rendering the current state of the art inthe literature. Then, our defense strategy is applied on SDN environment with capableswitches. This mechanism's(SDNScore) results suggest that it gives perfect resultsfor several known attacks and 84% success for an unknown attack. Since there is atrade-off between SDN paradigm and capable switches in SDNScore, we improved itand proposed another model called Joint Entropy based Scoring for SDN (JESS) thatcarries all burden to the controller and does not need capable switches. The resultssuggest that it is an elegant defense method for SDN environment. 134

Günümüzde veri merkezleri, kaynak verimliliği ve performans arasında optimal bir dengeye ulaşmaya çalışır. Bu tezde, sistem kaynaklarının verimli kullanımı ile ilgilenilmiş ve iş bitirme süresinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çok değişken iş yüklerinin, heterojen büyük veri merkezlerinde çizelgelenmesinde yaşanan zorluklar ele alınmıştır. İlk olarak iletişim gereksinimleri olan işler için iletişim ve hesaplama gereksinimlerini birlikte kontrol ederek kaynak verimliğini ve iş bitirme sürelerini iyileştiren bir çizelgeleme algoritması önerilmiştir. İkinci olarak, öncelikli çizelgelemenin çeşitli yönlerini keşfetmek ve iş tahliyeleri ile iş bitirme süresi arasındaki ödünleşimi analiz etmek için yeni bir çizelgeleme çatısı önerilmiştir. İş tahliyelerinin sistem performansı üzerindeki etkilerini daha iyi anlayabilmek için, temel tahliye yöntemleri önerilmiş ve gerçek iz kullanılarak performans değerlendirmesi yapılmıştır. Bunun yanında, bu tezde iş yükleri heterojenliği kullanılarak, öncelikli çizelgeleme ve iş yükü farkındalığı olan bir çizelgeleme algoritması önerilmiştir. Önerdiğimiz yöntem ile iş çizelgelemesine iş yükü farkındalığı entegre edilerek, iş bitirme süresi ve kaynak verimliliğinde önemli iyileştirmeler elde edilmiş ve başarım çalışmaları ile gösterilmiştir. Son olarak, düşük öncelikli işler için çalıştırılma garantisi sağlanırken aynı zamanda yüksek öncelikli işlerin performansını da gözeten yeni bir çizelgeleme planı önerilmiştir. Önerilen yöntem hem önceliklendirme hem düşük öncelikli işlerin performans sorunlarını hibrit bir çizelgeleme yaklaşımıyla başarıyla ele almaktadır. Nowadays, large computing clusters constantly strive for an optimal tradeoff between resource efficiency and performance. In this thesis, we are concerned with the efficient use of system resources and we also aim to improve response time of the tasks. We tackle with the challenges of task scheduling on large heterogeneous clusters executing highly heterogeneous bursty workloads with different priorities, resource demands, and performance objectives. Firstly, we propose a scheduling algorithm for tasks with communication needs which improves the response time and resource utilization by controlling communication and computation resources at the same time. Secondly, we propose a novel scheduling framework for exploring various aspects of priority scheduling with heterogeneous workloads while investigating the tradeoff between evictions and response time. To better understand the impact of evictions, we first analyze simple eviction policies and wasted resources associated with evictions by using trace-driven simulations. Furthermore, by exploiting the heterogeneity of the workload, we propose a workload-aware slot configuration and task assignment methodology incorporated with slot-based priority scheduling to improve class-based response time and resource efficiency. Finally, we introduce a task scheduling policy which aims to provide scheduling and execution guarantees for low priorities while preserving the performance benefits of high priority tasks. The proposed scheduling effectively handles both prioritization and performance issues of low priorities by utilizing a combination of preemptive and non-preemptive scheduling. 161

Yazılım Tanımlı Ağlar (YTA) kontrol ve veri düzlemlerini ayıran yeni bir ağ yaklaşımı olarak önerilmiştir. Bu sistemlerde merkezi kontrol birimleri olan kontrolörler başarım ve verimlilik hedeflerine ulaşmak açısından cok önemlidirler. Kontrolörlerin yerleşimi, anahtarlara atanması ve yük dengelemesini sağlayarak çalışması çetin bir araştırma sorusudur. Literatürde çeşitli yük dengeleme yöntemleri önerilse de bu konu hala araştırılmaya muhtaçtır. Bu tezde YTA'da yük dengeleme ile ilgili konuları tartışıyor ve Hiyerarşik YTA Kontrolörlerinde Işbirlikçi Yük Dengeleme adında bir yük dengeleme yöntemi öneriyoruz. Ayrıca bu yöntemin başarımını değerlendiriyor ve önemli ödünleşimleri inceliyoruz. Software-defined networking (SDN) has been proposed as a new networking paradigm which separates the control and data forwarding planes. The controllers which are centralized network control entities are crucial for meeting the performance and efficiency requirements of these systems. The placement of these network entities, switch assignment and their load-aware operation is a challenging research question. Although various load-balancing schemes are proposed in the literature, this research topic is yet to be explored adequately. In this thesis, we discuss load-balancing issues in SDN and propose a load-balancing scheme, namely Cooperative Load Balancing Scheme For Hierarchical SDN Controllers (COLBAS). Moreover, we evaluate the performance of this scheme and investigate important trade-offs. 54

Telif hakkı uygulamalarının artmasından dolayı son on yılda damgalama sistemleri önem kazandı. İnsan duyma sistemi görme sistemine göre daha hassas olduğundan sese bilgi gömmek resimlere kıyasla daha zordur. Bundan dolayı dijital ses için damgala- ma algoritmaları resimler için olanlardan daha azdır.Bu tezde geniş spektrum dijital ses damgalama sistemi kullanılarak biyometrik kimlik doğrulama sistemi sunuldu. Açık kaynak IP üzerinden ses gönderme programı olan Sipdroid programı Android işletim sistemi üzerinde kullanıldı. Biyometrik kimlik doğrulama sistemi Sipdroid programına eklendi. Öncelikle, konuşmada gönderen kısım sisteme eşsiz biyometrik özellikleri ile kayıt olmalıdır.T. C. kimlik numarası, tuş basma dinamikleri ve ses biyometrik özellik olarak seçildi. Kayıttan sonra, kaydedilen biyometrik özellikler sese damgalanan materyal olarak kullanıldı.Gömme işleminden önce imge Doğrudan Serili Geniş Spektrum (DSSS) sistemi kullanılarak genişletildi. Konuşma sırasında imge konuşmaya Frekans Sekmeli Geniş Spektrum (FHSS) sistemi kullanılarak gömüldü ve alıcıya gönderildi. Damgalanan ibiyometrik veriler konuşma sonrası alıcının telefonunda yeniden oluşturuldu. Uygulanan metod orijinal ses sinyaline ihtiyaç duymaz. Deneysel sonuçlar gömme sisteminin hem daha az duyulabilir hem de gauss gürültüsü ekleme, düşük geçiş filtresi, kesme, sıkıştırma gibi yaygın işaret işleme ataklarına karşı daha sağlam olduğunu gösterdi. Alıcı kısmında sisteme giriş yapılabilmesi için, kullanıcının biyometrik özelliklerinin damgalanan biyometrik veri ile eşleşmesi gerekir. Watermarking has become important in the last decade because of the copyright protection applications. Embedding information into an audio file is more difficult as compared to images, because human auditory system is more sensitive than human visual system. Therefore, the proposed watermarking algorithms for digital audio have been less than those for digital image and video. This thesis presents a biometric authentication scheme based on spread spectrum watermarking technique. We add a biometric authentication system to the Sipdroid open source VoIP program. Firstly, senders must register to the system with their unique biometric features. T.C Identity number, keystroke dynamics and voice are used as biometric features. After registration, these biometric features are used as watermarked material. Before embedding, the watermark is spread with the Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) technique. While talking, this watermark material is embedded to speech and sent to receiver using Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS) technique. The watermarked biometric data is constructed in the receiver's phone after conversation is finished. This method does not need the original audio carrier signal when extracting watermark because it is using the blind extraction. The experimental results demonstrate that the embedding technique is not only less audible but also more robust against the common signal processing attacks like low-pass filter, adding white Gaussian noise, shearing, and compression. In order for receiver to be able to login to the system, biometric features of the user should match with the watermarked biometric data. 75

Veri ve iletişim teknolojilerinde enerji tüketimi son yıllarda önemli bir konu haline gelmiştir. Enerji tüketim maliyetleri ve çevresel faktörler kablolu ağlarda yeşil ağ çözümlerini gerektirmektedir. Üstten destekli rotalama, normalde kullanılan rotalama mekanizmalarının standartlarını değiştirmeye gerek kalmadan performansını ve güvenilirliğini arttıran bir metottur. Bu çalışmada, kablolu ağlardaki üstten destekli rotalama, enerji etkinliği açısından ele alınmıştır. Üstten destekli rotaları ve röle düğümlerini belirleyen JORRA (Bütünleşik Üstten Destekli Yönlendirme ve Röle Ataması) isimli bir optimizasyon problemi tanımladık. Ağdaki kaynak-hedef ikilileri için enerji etkinliği ve güvenilirlik arasındaki dengenin yanısıra röle maliyetleri, ağ elemanlarının uyutma modunun olup olmayacağı gibi konuları da göz önüne aldık. JORRA problemini ILP olarak tanımladık. Bunun yanısıra polinom zamanlı iki buluşsal algoritma tasarlayarak performans değerlendirmesi ile bu algoritmaların pratik uygulamalara elverişli olduğunu gösterdik. Power consumption of information and communication technologies (ICT) has increasingly become an important issue in the last years. Both energy costs and environmental concerns call for energy aware `green` networking solutions in wired networks.Overlay routing is an attractive method to enhance the performance and reliability ofrouting mechanisms without the need to change the standards of the current underlying routing. In this work, we focus on overlay routing in wired networks from an energyefficiency perspective. We formulate an optimization problem called JORRA (JointOverlay Routing and Relay Assignment), which jointly determines the overlay routingpaths and relay nodes. We consider issues such as the relay costs, whether the networkelements can be put into sleep mode or not as well as the energy efficiency and reliability trade off for source and destination pairs in the network. We formulate JORRAas an integer linear program. Moreover, we propose two polynomial time heuristicalgorithms and demonstrate through performance evaluation that our heuristics aresuitable for practical implementation. 77

Saldırı çizgeleri, güvenlik açıkları ve bunların etkileşimlerinin olası olduğu tüm dizileri göstererek aşamalı ağ saldırılarını önlemek için analitik destek sağlamaktadır. Saldırı çizgeleri genellikle çok fazla sayıda düğümden oluşmaktadır. Bu düğümleri analiz etmek ve aşamalı ağ saldırılarına karşı korunma çözümleri bulmak zordur. Bu tezde, kompakt saldırı çizgeleri kullanarak, ağları korumak için düşük maliyetli bir çözüm bulan açgözlü, sezgisel bir yöntem öneriyoruz. İlk olarak, ağda önceden belirlenmiş kritik kaynaklara ulaşan olası tüm saldırı yolları çıkartılır. Minimum maliyetle saldırı yollarına en fazla katkı sağlayan güvenlik açığı yada başlama koşulu devre dışı bırakılmak için seçilir. Bu işlem tekrarlanarak devam eder ve toplam maliyet ayrılan bütçeyi aştığında bir güvenlik analisti onu durdurabilir. Simülasyon sonuçları, önerilen yöntemin çizge büyüklüğü ile hemen hemen doğrusal karmaşıklığa sahip ve çok geniş ölçekli çizgelere uygulanabilir olduğunu göstermektedir. Simülasyon sonuçları ayrıca, yöntemin optimum çözüme yaklaşık düşük maliyetli bir çözüm bulduğunu göstermektedir. Buna ek olarak, önerilen yöntem ağın tehditlere karşı ne kadar savunmasız olduğunu göstermek için her adımda ağın güvenlik seviyesini ölçer. Bu özellik, ağ güvenlik değerlendirmesi ve mevcut durum farkındalığı için faydalıdır. Attack graphs provide analytical support to prevent multistep network attacks by showing all possible sequences of vulnerabilities and their interactions. Since attack graphs generally consist of a very large number of nodes, it is computationally challenging to analyze them for hardening a network against attacks. In this thesis, we propose a greedy heuristic method to find a cost-effective solution to protect a network using compact attack graphs. First, we extract all possible attack paths which reach predetermined critical resources embedded in the network. The exploit or initial condition which contributes the most to attack paths with least cost is selected to be removed. This process continues iteratively and a security analyst can stop it when the total cost exceeds the allocated budget. The experimental results show that our algorithm scales almost linearly with the size of the networks and it can be applied to large-scale graphs with a very large number of nodes. They also show that the algorithm finds nearly minimum cost solution compared to optimal solution. In addition to providing a network-hardening solution, our proposal measures the security level of the network in every step to demonstrate how vulnerable the network is against threats. This accompanying feature is beneficial for network security assessment and situation awareness. 58

Kavramsal Radyo Ağlarındaki çalışmalar, kanal sezimlemede müşterek operasyonun sezimleme güvenilirliğini ve dolayısıyla ağ verimliliğini artırdığını göstermiştir. Fakat müşterek kanal sezimleme bu çalışmalarda varsayılan operasyon modu olarak kabul edilmektedir, ki bu varsayım bir çok sebepten ötürü gerçekleşmeyebilir. Cünkü kavramsal radyolar batarya ile çalışan cihazlardır ve zaten nadir olan boş kanal fırsatlarını yakalamak için sezimleme yaparken değerli bir kaynak olan enerjilerini ve zamanlarını sadece müşterek sezimlemede yardım isteyen diğer kavramsal radyolara harcamak istemeyebilirler. Bu çalışmamızda biz bu varsayımı ortadan kaldırıp kavramsal radyolar arası sosyal ilişkilere dayandırılan bir müşterek sezimleme sistemi oluşturduk. Dolayısıyla kavramsal radyoları arkadaşlık bağı, sosyal grup ve bencillik gibi özellikleri olan kullanıcıları ile bağdaştırdık. Kavramsal radyolar arasındaki bu ilişkilere dayanarak, bu ilişkilerin farkında olan bir müşterek sezimleme planı geliştirdik ve bu planın sezimleme performansı üzerindeki etkilerini inceledik. Biz, sosyal metriklerin kullanıldığı bir sezimleme planının müşterek sezimlemeyi desteklediğine ve sosyal ilişkilerle iç içe bir modellemenin yeni çağın ağlarına daha uygun olacağına inanıyoruz. Çalışmamızda sosyal ilişkilerin farkında olan müşterek sezimleme planımızın, müşterek sezimleme için rastgele kavramsal radyo seçiminde bulunan bir modele göre, kanal fırsatları yakalama, haberleşme yükü ve saldırgan kullanıcılar ile müşterek sezimleme yapmama açılarından çeşitli benzetim senaryoları altında daha iyi bir performans sergilediğini gösterdik. Previous works in cognitive radio networks (CRNs) have shown that cooperation in sensing improves sensing reliability and in turn enhances the network throughput. Although this altruistic cooperative behavior is accepted as the default mode of oper- ation, it may often be invalid under practical circumstances. In this thesis, we loosen this assumption and introduce a cooperative mode of operation conditioned on social relations between Cognitive Radios (CRs). Rather than taking CRs as wireless devices with no context, we associate each CR with its user that has some social relations, e.g. friendship, community, selfishness. Using these relations among CRs, we propose a social-aware cooperative sensing scheme (SAC) and analyze its effects on sensing performance. We examine that exploiting social metrics is highly beneficial for cooper- ative sensing in CRNs and a model with social relations embedded will fit better to the next decade?s networking paradigm. Furthermore, we show in this thesis that a social aware sensing scheme outperforms a randomly cooperating candidate selecting scheme in terms of opportunity discovery, cooperation message overhead, and avoidance of cooperation with malicious users under various simulation scenarios. 91

Artan enerji fiyatları ile enerji üretim ve tüketiminin çevresel sonuçları, kablosuz ağların enerji verimliliğini daha önce görülmemiş şekilde önemli hale getirmiştir. Buna ek olarak, yeni servislerin ve gelişmiş kablosuz cihazların yaygınlık kazanmasıyla kablosuz ağlarn gereksinimleri ve kapasite beklentileri durmaksızın artış göstermektedir. Bu tezde bilişsel ve heterojen kablosuz ağ paradigmaları, yukarıda bahsedilen olgulardan dolayı önemli bir hale gelen enerji verimliliği perspektifinden incelenmektedir. `Yeşil ağlar` hedefini hayata geçirebilmek için özellikle enerji verimliliği analizi ve bu ağların modellenmesi konusuna odaklanılmaktadr. İlk olarak kablosuz ağlarda enerji verimliliği konusunu kapsamlı bir şekilde ele alıyoruz. Kesitsel düzeyde, kablosuz veri iletişimini tüm yönleriyle etkileyen bilişsel radyo (CR) paradigmasını inceliyoruz. Bilişsel radyo kavramını `enerji-verimli operasyon` ve `enerji verimliliğini sağlayıcı` perspektiflerinden değerlendiriyoruz. Mikroskopik düzeyde ise küçük hücrelere yani femto-hücrelere odaklanıyor ve bilişsel femto-hücre ağları (CFN) adı verilen yeni bir ağ paradigması öneriyoruz. Bu ağı analitik modelimiz aracılığıyla enerji verimliliği perspektifinden değerlendirerek başarımını geleneksel femto-hücre ağları ve sadece makrohücrelerden oluşan bir ağ ile karşılaştırıyoruz. The surging energy costs and the environmental consequences of energy generation and exploitation have put energy efficiency aspect of wireless systems into focus in an unprecedented manner. Moreover, the capacity expectations and requirements for wireless networks have been relentlessly increasing with the adoption of new services and sophisticated wireless terminals. In this thesis, we evaluate cognitive and heterogeneous wireless network paradigms from energy efficiency perspective that has become vital due to the above mentioned phenomena. We specifically focus on energy efficiency analysis and modeling of these systems for realizing the `green networks` objective. We first provide a comprehensive account of energy efficiency of wireless networks. At a cross-sectional level, we consider cognitive radios (CR) paradigm which is affecting all facets of wireless data communications. The CR concept is evaluated from the `energy-efficient operation` and `energy efficiency enabler` perspectives. At the microscopic level, we focus on small cells, namely femtocells, and propose a new networking paradigm called cognitive femtocell networks (CFN). We analyze them in terms of energy efficiency via our analytical model and compare their performance with that of macrocell-only networks as well as traditional femtocell networks. 125

Bu tezde dağıtık kanal seçme ve merkezi kanal atama problemlerine odaklanıyoruz. İlk konu için spektrum paylaşım verimliliği ile ilgilenirken ikinci kısımda ayrıca enerjiverimliliğini de dikkate alıyoruz. Öncelikle, spektrum parçalanmasını azaltarak spektrum paylaşım verimliliğini arttıran bencil olmayan bir dağıtık kanal seçim algoritmasıöneriyoruz. Ayrıca, önerimiz için Sürekli Zaman Markov Zincirleri kullanarakbir analitik model sunuyoruz. Bu tezde ayrıca iş oranı açısından ciddi bir şekildeödün vermeden, sadece fırsatçı olan çizelgeleyicilerden enerji verimliliği ve adalet nosyonuaçısından daha iyi başarım gösteren çeşitli merkezi kanal atama algoritmalarıgeliştiriyoruz. Öncelikle, spektrum doluluk bilgisini beyaz spektrum veritabanındanalan bir BR Ağı'na (BRA) odaklanıyoruz. İletim, boşta bekleme ve hem süreklihem parçalı spektrum organizasyonunda kanal değiştirme sürelerini dikkate alarakbuluşsal algoritmalar geliştiriyoruz. Son olarak, BRlerin konuşmadan-önce-dinle erişim yaklaşımını uyguladıkları bir BRA'na odaklanıyoruz. Önceki önerimizden farklı olarak,bu çizelgeleyici, BRlerin oluşturduğu karışımın herhangi bir Birincil Kullanıcı (BK)kanalında tolere edilebilir limitleri aşmamasını garanti eder. Bununla birlikte, buçizelgeleyici birincil kanallar arasında boş olma ihtimallerine göre ayrım yaptığı gibimerkeze giden ve merkezden gelen hattaki kontrol için harcanan süreyi dikkate alır.Çizelgeleme kontrol yükü ve BK karışım ihtimali arasındaki ödünleşimi dikkate alarak yüksek iş oranını sağlayan çerçeve süresini belirliyoruz. Başarım çalışmaları önerdiğimizyöntemin iş oranını en iyileyen çizelgeleyiciye benzer iş oranı başarımı gösterdiğini ancakondan daha az enerji harcadığını göstermektedir. In this thesis, we focus on distributed channel selection and centralized channel assignment in cognitive radio networks (CRN). For the former topic, we are concerned with the efficiency of spectrum sharing whereas in the latter, we also aim to improve energy efficiency of the CRN. First, we propose a non-selfish distributed channel selection scheme which improves the efficiency of spectrum sharing by mitigating thespectrum fragmentation. We also present an analytical model for our proposal using Continuous Time Markov Chains. In this thesis, we also devise various centralized channel assignment algorithms that outperform pure opportunistic schedulers in terms of energy efficiency and fairness notion without significantly trading off throughput efficiency. Initially, we consider a CRN which acquires channel occupancy informationfrom a white space database. We develop heuristic algorithms considering transmission, idling and channel switching periods in both contiguous and fragmented spectrum. Finally,we consider a CRN in which CRs apply a listen-before-talk access approach. Different from our previous proposal, this scheduler ensures that interference caused by CRs does not exceed the tolerable limits in any of the primary user (PU) channels. In addition, it considers the differences among the PU channels in terms of probabilityof being idle as well as the control messaging overhead in downlink and uplink. Considering the tradeoff between the scheduling overhead and PU interference probability,we identify the frame length achieving high throughput. Simulation results show that our proposal achieves high throughput performance comparable to a throughput maximizing scheduler but it consumes lower energy than the latter. 182

Bu tezde merkezi bilişsel radyo ağları için bir çizelgeleme modeli öneriyoruz. Modelimiz ikincil kullanıcıların veri iletimine odaklanan ve merkezi bilişsel baz istasyonuna hangi frekans, zaman dilimi ve veri hızıyla iletim yapacaklarını belirleyen çizelgeleyiciler kümesinden oluşmaktadır. Çizelgeleyicilerin ortak özellikleri merkezi bilişsel baz istasyonunun hizmet alanı içindeki birincil kullanıcıların rahatsız olmamalarını, ikincil kullanıcılar arasında çarpışma olmamasını ve ikincil kullanıcılar ile bilişsel baz istasyonu arasındaki iletişimin itimat edilebilir olmasını garanti etmeleridir. Çizelgeleyicilerimiz birbirlerinden temel olarak amaç fonksiyonlarıyla ayrılmaktadır. Hücredeki ikincil kullanıcıların toplam iş oranını azamileştiren, ikincil kullanıcıların çizelgeleme gecikmesini asgarileştiren, azami-asgari, ağırlıklı azami-asgari ve orantısal açıdan adillik sağlayan, iş oranı açısından tatmin olan ikincil kullanıcı sayısını azamileştiren ve farklı frekans bantlarına geçişin farklı gecikme maliyetlerini dikkate alan çizelgeleyiciler öneriyoruz. Buluşsal algoritmalara ve benzetim çalışmalarına ek olarak aynı zamanda çizge teorisi tabanlı bir yaklaşım öneriyor, NP-zorluk ve yaklaşıklanamama sonuçları ispatlıyor ve polinom zamanlı çizge algoritmaları ile yaklaşıklama algoritmaları öneriyoruz. In this thesis, we present a scheduling model for centralized cognitive radio networks. Our model consists of a set of schedulers that focus on the data transmission of the secondary users and determine with which frequency, time slot and data rate each secondary user will transmit to the cognitive base station. Common features of the schedulers are that all of them ensure that the primary users in the service area of the cognitive base station are not disturbed, no collisions occur among the secondary users, and reliable communication of the secondary users with the cognitive base station is maintained. Our schedulers differ from each other mainly in terms of their objectives. We propose schedulers that maximize the overall cognitive radio cell throughput, minimize the average scheduling delay of the secondary users, provide max-min, weighted max-min and proportional throughput fairness, maximize the number of secondary users that are satisfied in terms of throughput, and take the different delay costs of switching to different frequency bands into account. In addition to heuristic algorithms and simulation based studies, we also present a graph theoretic approach and prove several NP-hardness and inapproximability results, propose polynomial time graph algorithms as well as approximation algorithms. 171

Tasarsız arac ağlari arasında konuma dayalı en bilinen yonlendirme protokolu Greedy PerimeterStateless Routing (GPSR) protokoludur. GPSR iki farklı tarzda calısır. Fırsatcı algoritma modu vekurtarma algoritma modu. Yonlendirme kararı icin GPSR kendi arac komsu dugumleri arasındabir liste olusturur. Sonraki dugum secimi icin, fırsatcı modunda, komsu dugumler arasındahedefe en yakın cografi noktadabulunan dugum secilir. Fakat bazı zamanlarda cografi olarak yakın olan dugum secildigi haldeveri iletiminde basarısız olur. Bu durumda ileriye dogru gonderim yapılması olanaksızdır. GPSRalgoritmasi kurtarma moduna gecer, bu mod GPSR'ın tamir stratejisini tanımlar. Diger taraftan,tasarsız arac aglarının topolojisi sebebiyle, GPSR bircok farklı olası yolların ve kavsakların olustugusehir ortamında yeterince etkin degildir. Simdiye kadar bir cok GPSR'ı gelistirme calısmaları yapılmıstır,ornek olarak Greedy Perimeter Coordinator Routing (GPCR) ve Greedy Border Superiority Routing (GBSR) verilebilir.GPCR data paket yonlendirimi icin, yol topolojisinde bulunan kavsaklar uzerindeki dugumleri kullanır vehep yonlenimi kavsaklar uzerinden yapar. GBSR ise yerel maksimum durumuyla karsılastıgı sıradaduzlemsel cizge yaratmak yerine sınır ustunluklu cizge yaratır. Bu tez icerisinde sehir topolojisini vearacların gercek hareketlerini dikkate alan bir yonlendirme protokolu onerilmektedir. Tasarsız aracagları icin uyarlanabilir yol saptama algoritması (ARAV) cozumu ile GPSR'a gore paket iletim oranıartmıs, gecikme zamanı kısalmıs, cıkan is oranı artmıs ve firsatcialgoritmanın calısma oranı GPSR'a gore artmıstır. ARAV algoritmasının fırsatcı modundaGPCR ile birlikte tasıt yogunluk algoritması kullanılmıstır. ARAV, GPCR ve GBSR'dan uyarlanabiliryonlendirme algoritması ile farklılık gosterir. ARAV fırsatcı modunda GPCR algoritmasının eksiklerinitasıt yogunluk algoritması ile gelistirmektedir. The most known position based routing protocol for high mobile vehicular ad-hocnetworks is the Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) protocol. This protocolcontains two routing modes, the greedy mode and the recovery mode, and creates aneighbor list to make a routing decision. The GPSR uses the greedy forwarding methodwhereas hops that follow are chosen based on nodes which are geographically closerto the destination node among the neighboring nodes. Nevertheless, forwarding failsif the current node is geographically the closest but unable to forward the packets tothe destination. In this situation, the GPSR algorithm acts in recovery (perimeter)mode which is the repair strategy of this algorithm. Some enhancements such as theGreedy Perimeter Coordinator Routing (GPCR) and the Greedy Border SuperiorityRouting (GBSR) have been proposed. In this thesis, a routing protocol which workson real city maps and takes into account the actual movements of vehicles in cityenvironment is recommended. We describe Adaptive Routing Algorithm For VehicularNetworks (ARAV) as a solution that improves the packet delivery ratio of GPSR andalso improves the GPCR with road vehicle density information. ARAV differs fromGPCR and GBSR, in that it uses routing algorithms adaptively in two routing modes.In ARAV greedy mode, we address the shortcomings of GPCR by considering thedensity of the paths. Packets are routed from one junction to another, the direction andposition of hops are determined by taking the density of the paths into consideration.Our simulation results show that the proposed ARAV protocol outperforms the GPSRprotocol in terms of packet delivery, throughput, delay in one successful transmissionand greedy/perimeter ratio. 75

Bu tezde bilişsel radyo ağı (BRA) modelinde çizelgelemeiçin buluşsal algoritmalar önerilmistir. Kullanılan BRA planında, merkezi bir baz istasyonufrekans zaman dilimi kaynak çiftlerini birden fazla anteni olabilecek ikincil kullanıcılara (İK) atamaktadır. Önerilen algoritmalar servis alanındaki birincil kullanıcılarınrahatsız olmamasını, İK' ler arasında çarpışma yaşanmamasını, her İK' nin her çizelgelemedöneminde en az bir zaman dilimi almasını ve İK' lerin baz istasyonuyla güvenilir birbiçimde iletişim kurmasını garanti etmektedir. İlk algoritmanın amacı ağ üretilen işiniarttırmaktır ve bunu yaparken probleme özgü geliştirilmiş açık arttırma yöntemleri kullanılmıştır. Diğer algoritmalarda ise istediği veri hızını elde etmiş memnun İK sayısınıarttırmak hedef alınmıştır. In this thesis we propose heuristic scheduling algorithms for the centralized, timeslotted cognitive radio network (CRN) model in [1]. In the considered CRN scheme, afrequency f and time slot t pair constitutes a resource r and a centralized cognitive basestation (CBS) coordinates the assignment of the resources to the secondary users (SUs)possibly with multiple antennas. The proposed algorithms dier in their problem objectives,but they all make sure that none of the primary users in the service area of theCBS is disturbed, no collisions occur among the SUs and each SU gets at least one timeslot per scheduling period. For the throughput maximizing scheduling (TMS) problem,an auction theory based algorithm is proposed whereas Best First Resource Assignment(BFRA) and Resource Assignment With Partial Backtracking (RAPB) algorithms areproposed for the maximizing the number of satised users (MNSU) problem whose objectiveis to increase the number of satised SUs where an SU is satised only if its minimumdata rate requirement is met. 65

Bu tez çalışmasında, uydu sistemleri yönetimindeki biliisel ağlarda spektrum algılama ve karar verme prosedürü için bir güvenlik mimarisi tanımlıyoruz. Biliisel ağların temel amacı spektrum kullanımına ve operasyon parametrelerine çeviklik getirmektir. Böylece, kablosuz iletiiimin performansı arttırılmaktadır. Buna ek olarak, biliisel ağlar, yeni gelişen bir paradigma olan her zaman her yerde iletişim için olmassaolmaz olan verimli spektrum kullanımını sağlamaktadır. Spektrum kullanımında çeviklik sağlayabilmek için biliisel ağlar koblosuz ağlardan farklı olarak, yeni özellikler ( uzaktan ayarlanabilme, spektrumu analiz etme ve kullanım kararı verme, lisanslı kullanıcının iletişimini algılama v.b.) barındırmaktadırlar. Bu yeni özellikler, spektrum yönetimi ve güvenilir lısanslı kullanıcı bulma gibi yeni sorunlar ile gelmektedir. Ağ yapısının hücrelere bölündüğü bilişsel ağlarda, spektrum yönetimi ve kaynak kullanımı her hücrenin baz istasyonu tarafından gerçekleşmektedir. Bu yapının yerine, baz istasyonlarını geniş kapsama alanı ile uydu kontrol ederek, spektrum için daha güvenilir bir çevre haritası çıkarabilmektedir. Bunlara ek olarak, uydu yayınyaparak yönetimsel yararlılık ve politika güncellemeyi sağlamaktadır. Uydu sistemleri yönetimindeki bilişsel ağlar olarak tanımladığımız yapımız, geleneksel kablosuz ağlara göre yeni güvenlik açıklarına yol açmaktadır. Biz, bu yeni güvenlik ataklarını, risk derecelerini ve bu ataklara karşı alınabilecek önlemleri araştırdık. Yapılan bu araştırma ile geliştireceğimiz güvenlik mimarisi güçlü kılmak için gerekli olan tüm güvenlik servislerini belirledik. Bilişsel ağlardan oluşan kısım ile uydu ağlarından oluşan kısmın özelliklerini ve kısıtlarını göz önünde bulundurarak, iki katmanlı bir ağ yapısı tanımlıyoruz. Tasarlanan güvenlik mimarisinde, gizlilik, taraf ve veri kaynağı asıllama, kriptografik pul ve bütünlük servislerini kullanıyoruz. Bu güvenlik servisleri farklı yöntemler kullanılarak sağlanabildiğinden, detaylı performans ve güvenlik değerlendirmesi yapıyoruz. Önerilen mimarinin performansı, değisen bilişsel radyo sayısı ve bu radyoların hücre değiştirme sıklığı kullanılarak analiz edilmektedir. Yapılan performans analizleri gösteriyor ki, önerilen mimari band genişliği kullanımı ve işlem maliyetine göre verimli ve güvenli olduğunu göstermektedir. In this thesis study, we propose a security structure for spectrum sensing and decision scheme for a satellite assisted Cognitive Radio Network (CRN). The main goal of Cognitive Radio (CR) is to provide agility in the spectrum access and operations parameters. Hence, performance of wireless transmission can be optimized. Additionally, CR facilitates more efficient spectrum utilization which is a fundamental issue in the emerging communications paradigm of anytime-anywhere access. In order to providespectrum agility, CRs have some additional functionalities (eg. remote configurability, spectrum analysis, primary user detection) different from the ones in wireless networks. These functionalities come at the expense of various challenges such as spectrum management and reliable primary user detection. In an infrastructure-based CRN where the network is divided into cells, spectrum management and resource allocation in each cell is managed by the base station (BS) of each cell. However, these may require extensive message exchanges among the BSs. Instead, a satellite with its wide coverage can assist the BSs to provide a more reliable spectrum environment map. Additionally, it can provide the management functionalities and regular policy updates by message broadcasts. Different from the conventional wireless networks, this structure?referred to as satellite assisted CRN, may be exposed to new security attacks. We investigate these security threats, evaluate their risk levels and provide cryptographic and noncryptographic counter-measures. This investigation points out which security services need to be employed in order to design a robust security scheme for this structure. Considering the properties and the restrictions of the CRN segment and the satellite segment, we design a two-tiered security structure. We apply confidentiality, entity and data origin authentication, cryptographic nonce and integrity security services to our security structure. Since these security services can be provided by using different security solutions, we present a detailed security and performance evaluation of the proposed security solution. The performance of proposed structure is analyzed under varying number of CRs in the network and varying CR handover frequency. The performance results show that the proposed approach is secure and efficient in terms of bandwidth usage and processing cost. 108

Akıllı ulaşım teknolojilerinin hızla gelişmesiyle birlikte çok yakın bir gelecekte akıllı kara araçlarının trafikte seyrettiğini görmek mümkün olacaktır. Dahası insansız akıllı araçlar trafik kazalarını aza indirgeyerek ve karbon gazları salınımını azaltarak ulaşım endüstrisinde devrim niteliğinde bir etki yapacaklardır. Halihazırda birkaç ülkede insansız kara aracı geliştirme projeleri devam etmekte ve bununla da kalmayıp otomobil üreticilerinin araştırma geliştirme bölümlerinde de trafik güvenlik sistemleri ve otonom ulaşım uygulamaları için otonom sürüş alanlarında çalışılmaktadır. Bu tez otomobilerde kullanılan trafik güvenliği sistemlerinin en önemlerinden biri olan ve aynı zamanda insansız kara araçlarının algılayıcı alt sisteminin kritik bir parçası olan Şerit Tanıma üzerine odaklanmıştır.Şerit tanımanın esas amacı kamera görüntüsünde şeritlerin yerini belirleyerek, şeride olan uzaklık ile yol ve arabanın yönünün hesaplanmasını sağlamaktır. Bilgisayarla görme yeteneğine dayanan metodlar hava şartları, farklı aydınlanma koşulları ve yol şartlarının görüntü üzerinde neden olduğu problemleri çözmeye çalışmaktadır. Bu tez kapsamında hava ve yol durumunun zorlu şartlarında başarılı sonuçlar üreten yeni bir şerit tanıma metodu geliştirilmiştir. Metodun üç ana safhası bulunmaktadır; şerit özniteliklerini bulma, şeritleri ayrıştırma ve yol modelini oturtma. Bu çalışmadaki şerit özniteliklerini bulma yöntemi simetrik yerel eşik yöntemine dayanmaktadır, ancak silinmiş şeritleri ve yol kenarlarının bulunmasında çok daha başarılı çalışmaktadır. Aracın sağ ve sol yanındaki şeritlerin tanımlanması ve ayrıştırılması için RANSAC algoritması ile belirli bir hata varyansıyla her iki tarafta bir doğru denklemi tanımlanır. Doğru denklemini sağlayan pikseller kullanılarak en uygun hiperbol yol modeli ile yol ve aracın parametreleri hesaplanır. Geliştirilen metod ile üretilen sonuçlar yol imajları içeren ROMA referans veritabanı üzerinde gösterilmiş ve ROC, DSC metrikleri grafik olarak sunulmuştur. Metodun başarısı ayrıca sentetik imajlar üzerinde de gösterilmiştir. As the intelligent transportation technologies have rapidly been improving, it isplausible to state that intelligent ground vehicles will be on the roads driving throughthe traffic in the near future. Moreover, intelligent vehicles will have a revolutionaryeffect in transportation industry, while eliminating accidents, and reducing the emissionof carbon gases. Not only presently multiple intelligent vehicle projects are in progressin several countries but also the research and development departments of automobilemanufacturers work on the traffc safety applications as well as autonomous navigationfor future autonomous transportation. This study focuses on one of the most importanttraffic safety applications which is also a crucial part of a perception subsystem of anautonomous ground vehicle, that is, Lane Detection.Main purpose of lane detection is to estimate the position of the road lane markswith a camera in order to calculate the distance to the lane and relative direction of thevehicle. Vision-based lane detection systems try to overcome the challenges of weather,lighting, road conditions to detect the lane marks. Within this thesis, we have proposeda novel lane detection method which produces successful results under challengingconditions. The method has three important phases; lane feature extraction, laneselection and road model fitting. The lane feature extraction method in our work issimilar to the symmetrical local threshold. However, it is more powerful to detecteroded lane marks and road borders. In order to estimate the lane on the left and rightside of the vehicle, Random Sample Consensus (RANSAC) algorithm fits a line withan error variance for lanes on both sides. Using the lane pixels on the estimated lines,a hyperbola-pair model is generated and the parameters of the road and the vehicle iscalculated for the navigation subsystem. Results are presented on a reference image database Road Marking database (ROMA) and evaluated with Receiver OperatingCharacteristic (ROC) and Dice Similarity Coefficient (DSC) curves. Synthetic imagesare also used to evaluate the performance of the lane detection technique. 71

Telekomünikasyon endüstrisinin hızlı bir küreselleşme sürecine girmesi ile, geniş coğrafi kapsama alanı ve çoğa gönderim kabiliyetleri gibi önemli özellikleri bulunan uydu sistemlerinin iletişim alanındaki rolü giderek artmaktadır. Yerdurağan-yörüngedeki (GEO) bireysel uyduların kullanılmasıyla başlayan uydu iletişimi, bu uyduların yerden uzaklığından kaynaklanan yayılım gecikmesi gibi nedenlerden dolayı gerçek-zamanlı ve interaktif uygulamalar için elverişli değildir. Dolayısıyla son yıllarda uydu piyasasında orta-yörünge (MEO) ve bilhassa alçak yörünge (LEO) uydu sistemlerine yönelmeler olmuştur. Yerdurağan olmayan (NGEO) bu uydu sistemlerinin düşük yayılım gecikmesi, düşük sinyal kaybı ve frekansların daha verimli kullanılabilmesi gibi avantajları vardır. Fakat bu avantajlar, bir takım zorlukları da beraberinde getirir. LEO uydularının kapsama alanlarının GEO uydularına kıyasla az olması nedeniyle, global kapsama için birbirleriyle iletişim bağları olan çok sayıda uydu gerekmektedir. Ayrıca, alçak yörünge uydularının yere göre yüksek bağıl hızları, uydu ağ topolojisinin hareketli olmasına neden olur. Uydu ağının hereketliliği, verimli yol atama ve servis kalitesini sağlamak için en önemli problemi teşkil etmektedir. Diğer taraftan, uydu ağlarının simetrik ve düzgün bir yapıya sahip olması, ağ hareketliliğinin önceden tahmin edilebilir ve periyodik olması gibi bir takım özellikleri vardır. Uydu ağları üzerinden verimli bir iletişim sağlamak için bunlar gibi bütün özelliklerin hesaba katılması gerekmektedir.Bu tezde, öncelikle uydu sistemlerini yer ağlarından ayıran temel özellikleri, bu özelliklerin doğurduğu ihtiyaçları ve getirdiği sonuçları sınıflandırarak ortaya çıkardık. Ardından, yeni yol atama ve ağ hareketliliğinin yönetim teknikleri önerdik. Birinci olarak, ağ yapısının geometrik özelliklerinden faydalanarak öncelik tabanlı uyarlamalı bir yol atama tekniği geliştirdik. İkinci olarak, ağ yapısının hareketliliğinin üstesinden gelmek için yersabit ayak izli uydu sistemlerini ele aldık. Bu sistemlerde hareketliliği yönetmek için çok bilinen bir yöntem olan sanal düğüm (VN) tekniğininin eksiklerini telafi eden çok durumlu bir sanal ağ mimarisi (MSVN) önerdik. MSVN tabanlı uydu sistemlerinde verimli el değiştirme ve ışın huzmelerinin yönlendirilmesi teknikleri geliştirerek önerilen mimarinin olası avantajlarını ortaya koyduk. Son olarak, yerdurağan olmayan uydular ile yüksek platformların (HAP) yüksek kapasiteli optik bağlar kullanarak verimli entegrasyonu problemine yöneldik. Uyduların hareketliliğini ve kaynak limitlerini göz önünde bulundurarak hangi uydular ile hangi HAP'lar arasında optik bağ kurulacağına karar verme problemine çözüm getirdik. Satellite networks are an attractive option to provide broadband telecommunication services to globally scattered users, due to their extensive geographic coverage, high bandwidth availability, inherent broadcast capabilities, etc. Satellites rotating in geostationary orbit (GEO) are very well suited for broadcast services, but they suffer from high free space attenuation and long delays. On the contrary non-geostationary (NGEO) systems consisting of Medium Earth Orbit (MEO) and Low Earth Orbit (LEO) satellites offer smaller latency, lower free space loss, and better re-use of available ground-space communication frequencies, hence they are more suitable for most applications (especially for those running in real-time). However, these advantages come with a price: Footprints of satellites at lower altitudes are smaller, and global coverage can be provided by higher number of satellites that are connected each other with inter-satellite links (ISL). Moreover, lower orbit satellites move with higher speeds relative to the Earth?s surface, resulting in high dynamic in the network topology. Dynamics of the satellite constellation constitute major challenge in providing efficient routing and quality of service (QoS) for rapidly-growing real-time multimedia services. On the other hand, regular NGEO satellite networks has some facilitating features like periodicity, predictability and having highly symmetric and regular topology. For efficient networking in NGEO satellite networks, all these features should be considered.In this thesis, we clarify features of satellite systems that differ them from their terrestrial counterparts and propose novel routing and network mobility management techniques in NGEO satellite networks. Firstly, we make use of geometrical properties of the network topology, and propose a priority-based adaptive routing (PAR) algorithm. Next, we focus on handling the mobility of network by utilizing satellites with Earth-fixed footprints, and extend a well-known mobility handling technique called Virtual Node (VN). We propose Multi-state Virtual Network (MSVN) topology that alleviates deficiencies of VN concept. We clarify potential advantages of MSVN by developing efficient handover mechanisms and beam management techniques in MSVN-based satellite systems. Finally, we investigate efficient integration of NGEO satellites with High Altitude Platforms (HAPs) via high-capacity free-space optical links for carrying dense and real-time multimedia traffic. Considering the mobility and resource limitations of satellites, we propose an efficient solution for the optimal link establishment problem between HAPs and satellites. 167

Akıllı radyo kablosuz iletişim teknolojilerinde yeni bir açılıma öncülük etmektedir. Akıllı radyo ağları doğası gereği sonsuz öncelikli düzenceye sahiptir. Bu nedenle her kaynağın hücre bazlı olarak takip edilmesi zorunludur. Bu tezde altyapı destekli akıllı radyo mimarisi için analitik model önerilmiş ve bu modelin tektürel ve çoktürel trafik senaryoları altında, çok hücreli ortamda performansı incelenmiştir. Performans ölçütleri olarak, birincil ve ikincil kullanıcılar için bloke olma ve bağlantı kopması olasılıkları, ikincil kullanıcılar için ayrıca zorunlu sonlandırma ve zorunlu frekans değiştirme olasılıkları incelenmiştir. Analitik model simulasyonlarla doğrulanmıştır. Analitik modele ek olarak çoktürel trafiğin etkilerini telafi etmek için yeni bir kapasite planlama yöntemi önerilmiştir. Önerilen yöntem sunulan trafik, ağır yüklü hücreye hoplama uzaklığı ve hareketli kullanıcıların hızını dikkate alarak atama yaparak bloke olma, bağlantı kopması ve zorunlu sonlandırma ölçütlerinde daha iyi sonuçlar elde etmektedir. Cognitive radio heralds the next step in the evolution of wireless communications. Cognitive radio networks are inherently priority based and preemptive. Hence, keeping track of each resource in each cell is mandatory. In this thesis, an analytical model for infrastructure based cognitive radio systems is proposed, and its performance is evaluated under even and uneven traffic scenarios in a multiple cell environment. Performance metrics like probabilities of dropping and blocking for primary and secondary users as well as forced termination and forced frequency handoff for secondary users are investigated, and the analytical model is verified with simulations. In addition to the analytical model, a new capacity assignment method is proposed to compensate for uneven traffic load distribution. The proposed method considers offered traffic, hop count to the heavily loaded cell, and velocity of mobile users during capacity assignment and performs better in terms of probability of blocking, dropping, and forced termination. 78

Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA) akıllı çevreler yaratılmasını sağlayan yeni bir ağ ailesidir. KAA'ların birçok kullanım alanı olmasına rağmen, askeri amaçlı olanları en ilginçleridir. Bu tezde, askeri gözetleme amaçlı zaman bölümlü çoklu erişim tabanlı yeni bir KAA (MILMON) önerilmiştir. MILMON geniş alanlarda makul bir sure dahilinde çalışmak üzere geliştirilmiştir. MILMON'un tasarım hedefleri enerji harcamasını azaltmak, gecikmeyi azaltmak, hata toleransını artırmaktır. Zaman bölümlü çoklu erişim tabanlı sistemlerin ana problemleri zaman senkronizasyonu ve zaman bölme dağıtımıdır. MILMON'u gerçekleyebilmek için, yeni bir zaman senkronizasyon mekanizması (SyncHRT), yeni bir zaman bölme dağıtım mekanizması (ft_DTSM) ve veri gösterge bölmesi mekanizması (DISM) önerilmiştir.Çıkış düğümünde bulunan uzun menzilli verici ile zaman senkronizasyonu, SyncHRT, enerji harcamasını en aza indirmek ve kesinliği artırabilmek amacı ile tasarlanmıştır. Uzun menzilli vericinin yolladığı sinyalleri birçok algılayıcı düğümün alabildiği kabul edilerek bu mekanizma geliştirilmiştir. Böylece çıkış düğümünün sinyalleri ile düğümler kendilerini doğrudan çıkış düğümüne senkronize edebilmektedir. Simülasyon modelleri SyncHRT'nin enerji harcamasını azaltırken kesinliği de arttırdığını göstermiştir. MILMON için önerilen bir başka mekanizma ise gecikmeye hassas, enerji verimli ve hata toleranslı dağıtık zaman bölümü dağıtım algoritmasıdır (ft_DTSM). Halen mevcut olan zaman bölümü dağıtma algoritmalarından çok daha az enerji harcar ve KAA'larda çok sık görülen yaklaşımlı veri trafiği esas alarak gecikmeyi de azaltır. ft_DTSM'in hata toleranslı yapısı, tek nokta hatalarına karşın ağın çalışabilmesine yardımcı olur. Askeri gözetleme sistemlerinin çoğunda olduğu gibi düşük veri yüklerine sahip sistemlerde, enerji harcamasını azaltan bir diğer mekanizma olarak veri gösterge bölmesi mekanizması (DISM) geliştirilmiştir.Analiz ve simülasyon sonuçları, sadece gecikme yada sadece enerji harcaması için MILMON'dan daha iyi performans gösteren KAA'lar olmasına karşın, MILMON'un enerji, gecikme ve hata toleransı konularında bir eniyileme gerçekleştirebildiğini göstermektedir. Wireless sensor network (WSN) is a new network family that enables to create smart environments. Although WSN has many application areas, military applications of WSN are very interesting. In this thesis, a new TDMA based sensor network for military monitoring (MILMON) is proposed. MILMON is developed to operate in large areas for acceptable lifetime periods. Design considerations of MILMON are energy consumption, delay, and fault tolerance. The main problems of TDMA based systems are time synchronization and time slot distribution. In order to realize MILMON, a new time synchronization mechanism (SyncHRT), a new distributed time scheduling mechanism (ft_DTSM) and data indicator slot mechanism (DISM) are proposed. Time synchronization with high range transmitter, SyncHRT is designed to minimize energy consumption and maximize precision. It assumes the existence of high range transmitter, so that many of the nodes can receive the broadcast signal of the high range transmitter. In this way, sensor nodes can be synchronized to a central point. Simulation model shows that SyncHRT can reduce energy consumption and increase precision. Another mechanism proposed for MILMON is delay sensitive, energy efficient and fault tolerant distributed slot assignment algorithm (ft_DTSM). It uses much less energy than the existing slot assignment mechanisms and it reduces delay with the convergecast traffic assumption which is very common traffic type for WSNs. Its fault tolerant structure helps to survive against single point of sensor node failures. Another mechanism proposed for MILMON is data indicator slot mechanism (DISM) which reduces energy consumption especially on low traffic requirements, as in most of the military monitoring systems.Analysis and simulation show that although there are WSN systems that perform better than our system for only energy consumption or for only delay, MILMON realizes an optimization on energy, delay and fault tolerance. 118

Bu tezde konuşma için, gürültülü kanallarda ses damgalama teknikleri kullanılarak oluşturulan yeni bir hata gizleme metodu sunulmuştur. Kısaca ECAW olarakanılacak olan hata gizleme yöntemi LSB(en önemsiz bit)-tabanlı bir ses damgalama tekniği kullanarak n. çerçeveye ait küme bilgisini, ses kodlaması öncesinde (n-1). çerçeveye gömmektedir. Transfer sonrasında hatalı ya da kayıp çerçeve, (n-1). çerçeveye gömülmüş olan küme bilgisi kullanılarak gizlenmektedir.ECAW'ın hata gizleme stratejisi, ses sinyalini, kanala göndermeden önce 5 ms lik çerçevelere böler ve k=32 değeri ile k-means kümeleme yöntemini çalıştırır. Her bir çerçeveye ait kümeleme bilgisi bir önceki çerçeveye gömülür. Bu, kanala 5 ms lik sabit bir gecikme tanıtır. Alıcı tarafta da, gelen ses sinyali 5 ms lik çerçevelere ayrılır ve k=32 değeri ile k-means kümeleme yöntemi tekrar çalıştırılır. Hata tespit etme yönteminin harici olarak sağlandığı farz edilmektedir ve eğer herhangi bir hata tespit edilirse, ECAW'ın hata gizleme stratejisi, hatalı bölümü, bölüme ait k-means kümesine ait merkezin karşılık gelen bölümü ile değiştirir.Deney sonuçları bazı kısıtlar ile birlikte önerilen yöntemin etkin olduğunu göstermiştir. In this thesis, the author presents a novel error concealment method of speech for noisy channels using audio watermarking. The proposed error concealment algorithm abbreviated as ECAW is basically a LSB-based scheme and embeds the k-means clustering of (n)th frame into (n-1)st frame before audio encoding. After the transmission, the erroneous or lost parts of (n)th frame is concealed by the clustering information embedded into (n-1)st frame.Before sending speech signal into channel, ECAW's error concealment strategy divides speech signal into frames of 5 ms and executes k-means clustering with k=32. Clustering information of each frame is embedded into the previous frame. This introduces a constant delay of 5 ms to channel. Then, on the receiver side, received speech signal is broken into frames of 5 ms, too and k-means clustering with k=32 again is executed. It's assumed that error detection is provided externally and if any error is detected, ECAW's error concealment strategy replace the erroneous part with the corresponding part of the center of assigned k-means cluster.Experimental results prove the e±cacy of the proposed method in reducing dis-tortions despite some restrictions. 73

Geniş bant radyo yayını erişimi, kablo ve xDSL gibi tel çekilen geniş banda bir alternatiftir. IEEE 802,16 standartı, Fiziksel katman ile Ortak erişim kontrolü katmanını tanımlar. Endüstride WiMAX (Mikrodalga erişimi için dünya çapında enteroperabilite) olarak bilinir.Tek noktadan çok noktaya şebekelerde kullanıcı istasyonun baz istasyonuna doğru veri aktarımı, kullanıcı istasyona uplink haritasını yollamak ile baz istasyonu tarafından belirlenir. Uplink haritası downlink bölümünde gönderilmekte ve büyüklüğü downlink bölümünde veri aktarımı kapasitesini etkilemektedir. Bu tezde, zamanlama servis tipi talep edilmeden tahsis hizmeti olan bağlantıların uzatılan bilgi üyesi yardımı ile gelecek periyodik sabit büyüklükteki bant genişliği tahsisleri gönderilerek uplink haritası nedeni ile oluşan ortak erişim kontrolü yükünü en aza indirmeyi sağlayan metodu geliştirdik.Önermiş olduğumuz çözümü OPNET 11,5 simülatöründe WiMAX modülünü kullanarak değerlendirdik. Simülasyon sonuçlarımız bizim önermiş olduğumuz çözümün zamanlama servis tipi talep edilmeden tahsis hizmeti olan bağlantıların kullanıcı istasyonlar tarafında kullanıldığı zamanlarda, verimliliği artırdığını göstermiştir. Broadband Wireless Access (BWA) is an alternative to wired broadband like cable and xDSL. The IEEE 802,16 standard defines physical (PHY) and MAC layers of BWA systems. It has been called WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) by industry.The uplink transmission of Subscriber Stations (SS) is determined by Base Station (BS) with sending Uplink Map (UL-MAP) in point to multipoint networks. The UL-MAP is sent in the downlink subframe and its size affects downlink data capacity. In this thesis, we introduce a new scheme to minimize MAC overhead due to UL-MAP size by using UL-MAP Extended Information Element (IE) to send future periodic fixed size grants for the connection whose scheduling service type is Unsolicited Grant Service (UGS).We evaluate our proposed scheme with simulations in OPNET 11.5 Modeler WiMAX module. Simulation results show that our proposed solution is superior to its conventional counterpart when there are high numbers of SSs with UGS connections in terms of cell throughput. 59

Konuma dayalı servisler, mobil kullanıcılara bulundukları konuma bağlı olarak kişisel servisler sunmayı mümkün kılmaktadırlar ve dolayısıyla bu durum özellikle son yıllarda telsiz ağlarda konum belirleme üzerine çalışmaların artmasına neden olmuştur. Konum belirleme sayesinde acil durum servisleri, iz sürme, konuma dayalı bilgi ve reklam servisleri, konuma dayalı ücretlendirme gibi birçok servis mümkün hale gelmektedir.Bir mobil kullanıcının konumu birkaç baz istasyonunun kontrol kanallarından gelen sinyal gücü ölçümlerini kullanarak tahmin edilebilir. Sinyal gücü ölçümlerine dayalı bu yöntem literatürdeki sinyal geliş açısı yöntemi, sinyal alım zamanı yöntemi ve yardımlı küresel konumlama sistemi gibi yöntemler kadar hassas olmasa da, ağ yapısında ve mobil cihazlarda herhangi bir değişiklik ve buna bağlı olarak ek maliyet gerektirmemesinden dolayı yaygın olarak kullanılmaya devam edilmektedir. Radyo sinyallerinin yayılma karakteristiği ortamdan ortama farklılıklar gösterdiği için, konumu belirlenecek olan mobil cihazın içinde bulunduğu ortam koşulunun tahmini, sinyal gücüne dayalı konum belirleme yöntemlerine büyük yarar sağlayarak hassasiyeti arttıracaktır. Bu çalışmada, hücresel ağlar için ortam-bilinçli, sinyal gücü ölçümlerine dayalı yeni bir konum belirleme yöntemi sunulmaktadır. Önerilen metodun ana özelliği, örüntü tanıma vasıtasıyla kullanıcının içinde bulunduğu ortamı kırsal kesim, banliyö veya şehir içi olarak belirleyip bu bilgiyi kullanarak sinyal gücüne dayalı konum belirleme metodunun hassasiyetini arttırmaktır. Yöntemin başarımı farklı coğrafi koşullarda bir GSM ağından alınan gerçek ölçümler kullanılarak test edilmiş ve konumlama başarımının ortalama hata ve standard sapma gibi birçok yönden iyileştiği gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, sunulan metod herhangi bir sinyal gücü tabanlı konum belirleme algoritmasına bir iyileştirme eklentisi olarak kolayca eklenebilir. Location Based Services (LBS) enable personalized services to the mobile subscribers based on their current position and consequently it has received significant attention in both research and industry over the past few years. Mobile positioning plays a key role in providing LBS such as wireless emergency services, location tracking services and location-aware information and advertisement services.Using received signal strength (RSS) measurements from the control channels of several base stations, the location of a mobile unit can be estimated. Although the RSS method is not as precise as other localization methods in literature such as angle of arrival, time of arrival, and assisted global positioning system, it is easy to implement on any cellular network as it does not require any changes to existing phones and network structure. Since radio propagation characteristics vary in different environments, knowing the environment of the mobile user is essential for accurate RSS based location estimation. In this study, a novel mobile positioning algorithm for cellular networks based on the estimation of the radio propagation environment is presented. The key feature of the proposed method is its capability to estimate the environment of the mobile user as urban, suburban or rural using pattern recognition and to utilize this information for enhancing RSS based distance calculations. The proposed algorithm has been evaluated using field measurements collected from a GSM network in diverse geographic locations. Our approach turns out to be significantly beneficial, enhancing estimation accuracy, and thereby enabling high-performance mobile positioning in a practical and cost effective manner. Additionally, it is computationally light-weight and can be integrated onto any received signal strength based algorithm as an enhancement add-on. 73

Bu tez şalışmasında, iki katmanlı bir uydu sisteminde, ağın o anki durumu dikkatecs galınarak yapılan yeni bir yünlendirme mekanizması tanıtılmaktadır. Uydu sistem-olerinde, sağlanan servislerin gereksinimlerine ve üzelliklerine güre değişik yürüngede uy-g o o gs oudular kullanılabilir. Yerdurağan uydu (GEO) sistemleri uştan uca 250-270 ms gecikmeg cdeğerlerinden dolayı VoIP (Internet Protokolü uzerinden ses aktarımı) servisleri işing uü celverişli değildir. Alşak yürünge uyduları (LEO) ve orta yürünge uydularından (MEO)s g c ou ouoluşan yerdurağan olmayan uydu (NGEO) sistemleri VoIP uygulamalarının gereksin-s gimlerini karşılayabilirler. Bununla birlikte, LEO ve MEO uydulardan oluşan iki kat-s smanlı bir sistem, tek katmanlı uydu sistemlerinden daha iyi başarım sonuşları vere-s cbilir. Ancak bu sistemlerin dinamik bir topolojiye sahip olmaları ve Dünya uzerindeu üdüzenli bir traï¬k dağılımının olmaması gibi sebeplerden dolayı, karasal paket tabanlıu gsistemlerde kullanılan yünlendirme protokollerinin kullanılması uygun değildir. ARPQo golarak adlandırılan ünerdiğimiz yünlendirme mekanizması, LEO ve MEO katmanlarıo g ouzerinde yük dağılımı yaparak, bazı ana noktalarda sıkışmanın ünlenmesini ve tümü u g s o uağ uzerindeki kanalların verimli bir şekilde kullanılmasını sağlar. Ayrıca, gecikme vegü s ggecikmedeki değişime duyarlı olan traï¬k (VoIP), uydularda kuyruklama gecikmesinigsazaltacak şekilde üncelikli olarak işlenir. Ceşitli benzetim şalışmaları ile, ünerdiğimizs o s şs cs o guyarlamalı yünlendirme mekanizmasının, uyarlamalı olmayan yünlendirme mekaniz-o omalarından daha iyi başarım değerlerine sahip olduğunu ve dolayısı ile VoIP uygula-s g gmaları işin elverişli olduğunu güsterdik.c s g o In this thesis study, an adaptive routing policy utilizing the real-time network informa-tion of a two-layered satellite network is introduced. In a satellite network, dependingon the requirements and properties of services provided, various kinds of satellites fromdiï¬erent orbits can be employed. Geostationary Earth Orbit (GEO) systems are notsuitable for Voice over Internet Protocol (VoIP) applications due to long end-to-enddelay values about 250-270 ms. Non-Geostationary Earth Orbit (NGEO) systems con-sisting of Low Earth Orbit (LEO) and Medium Earth Orbit (MEO) satellites can satisfythe performance requirements of VoIP applications. Moreover, a two-layered system ofLEOs and MEOs can outperform single plane satellite networks. However, due to thedynamic topology of these networks and nonuniform traï¬c distribution over the Earth,terrestrial packet based routing algorithms cannot perform well. The proposed routingscheme dubbed as ?Adaptive Routing Protocol for Quality of Service? (ARPQ) pre-vents the congestion on some bottleneck links by distributing the traï¬c over the entirenetwork. Furthermore, link capacities can be eï¬ciently used. Additionally, delay andjitter sensitive voice traï¬c is processed in a prioritized way to prevent long queueingdelays. By a set of simulations, we showed that proposed mechanism performs betterthan nonadaptive routing mechanisms and therefore can enable VoIP applications oversatellite networks. 87

Düşuk-Yer Yürüngesi (LEO) uydu sistemleri, evrensel gezgin ağların gelişimindeusü ou g svar olan karasal sabit ve telsiz ağların tamamlayıcısı olarak düşunülmektedirler şunküg usü u cü uDüşuk-Yer Yürüngesi uydu sistemleri Yer ile Eş zamanlı Yürünge (GEO) uydu sis-usü ou s outemlerine kıyasla düşuk yayılım gecikmesi, düşuk güş gereksinimleri gibi ünemli getis-usü usü uc orilere sahiptirler. Ancak, Düşuk-Yer Yürüngesi uyduları ile ilgili başlıca sorunlardanusü ou sbiri bu uyduların düşuk hızla fakat daha rasgele yünlere haraket eden karasal gezginusü oterminallere nispeten daha yüksek hızda hareket etmeleridir. Düşuk-Yer Yürüngesiu usü ouuydularının hızlı harekete etme üzellikleri gezgin kullanıcıların sıklıkla komşu uydularo sarasında eldeğiştirmesine sebep olmaktadır. Bundan dolayı, evrensel mobil iletişimigs sgeliştirme amacı ile yola şıkıldığında, Düşuk-Yer Yürüngesi uydu sistemlerinde mey-s c g usü oudana gelen uydular arası eldeğiştirmelerin yünetimini sağlayabilmek oldukşa uğraştırıcıgs o g c gsbir iş haline gelmiştir. Düşuk-Yer Yürüngesi uydularının yayınlarının etkili olduğus s usü ou gyeryüzü alanları arasında gerşekleşen eldeğiştirmelerin idaresi işin etkili ve eksiksizuu c s gs cmetodlar gerekmektedir. Bu konudaki temel endişe son kullanıcılara eldeğiştirmelerins gssebep olabileceği kesintilere karşı güvenilir bir servis sağlayabilmektir.g su gGünümüzde Düşuk-Yer Yürüngesi uyduları arasında gerşekleşen eldeğiştirmeleruu u usü ou c s gsesnasında karşılaşılan problemlerle başa şıkabilmek işin şeşitli şalışmalar mevcuttur.ss sc c cs csBu konuda yapılan şalışmalar, yeni hareket yünetim sistemlerinin tasarlanmasına vecs oeldeğiştirme sürecindeki karar verme aşamasının eldeğiştirmeleri hızlı ve doğru birgs u s gs gşekilde tetikleyecek yünde geliştirmeye odaklanmıştır.s o s s Bu tez şalışması yakın za-csmanda Düşuk-Yer Yürüngesi uyduları işin ünerilen eldeğiştirme yünetimi modellerininusü ou co gs obir araştırması niteliğini taşır. Bunlarla beraber, bu tez şalışması kapsamında incele-s g s csnen sistemlerin eksiklik ve sakıncaları güzününe alınarak, Düşuk-Yer Yürüngesi uyduoou usü ouiletişim ağları işin uydular arası iletişimin verimliliğini ve uydu konum değişim modelinis g c s g gskullanan iki yeni Eldeğiştirme Yünetim Sistemi ünerilmektedir.gs o o Since Low Earth Orbit satellite constellations have important advantages overGeosynchronous Earth Orbit satellite systems such as low propagation delay, low powerrequirements, they are considered to be used to complement the existing terrestrialï¬xed and wireless networks in the evolving global mobile network. However, one ofthe major problems with LEO satellites is their higher speed relative to the terrestrialmobile terminals, which move at lower speeds but at more random directions. Thishigh mobility characteristic of LEO satellites causes mobile users to hand over betweenfootprints of adjacent satellites very frequently. Therefore, handover management inLEO satellite networks becomes a very challenging task for supporting global mobilecommunication. Eï¬cient and accurate methods are needed for LEO satellite handoversbetween the moving footprints. The main concern of researches done in this area isproviding a reliable service to the user that prevents a communication from beingdropped due to a handover.Currently, there are many studies dealing with the problems of handover man-agement in LEO satellite communication networks. Related work in this area focuseson the development of new mobility management architectures as well as improvingthe handover decision mechanisms to quickly and accurately trigger handovers. Thisthesis includes a survey of recent handover management protocols for LEO satellites.By taking into consideration the inconvenience and incompleteness of the current pro-posals in literature, this thesis proposes two new mobility management schemes forLEO satellite communication networks which use the eï¬ciency of inter-satellite linksbetween satellites and satellites? mobility pattern. 79

Kablosuz iletişim ağlarında güvenliğin sağlanması, güvenlik sistemlerinin ens g u g g uzorlu problemlerinden biridir. Kablosuz ağların tümyayın doğası, onları yerel sabitg u gağlara nazaran gizli dinleme ve aktif saldırılara karşı daha korunmasız kılmaktadır.g sAyrıca, kablosuz ağlar üzellikle enerji ve bant genişliği olanakları bakımından sınırlıdırgo sgve bu durum kablosuz ağlarda güvenliği temin etmeyi güşleştirmektedir. Bu prob-g u g uc slemler, üzellikle uye sayısının şok fazla olduğu ve uyelerin sisteme giriş-şıkışlarının sıko ü c g ü sc sgerşekleştiği dinamik karakteristikteki kablosuz ağlarda büyümektedir.c sg g uuBiz bu tezde, yukarıda belirttiğimiz problemleri hedef alarak, her biri kablosuzgağlarda değindiğimiz sorunlara etkin şüzümler sağlayan yedi yeni şalışma üneriyoruz.g g g co u g cs oBu şalışmaların ana konusunu, uydu ağlarında ve askeri tasarız mobil ağlarda güvenliğincs g g u gsağlanması oluşturmaktadır. Biz, bu şalışmalarımızda kablosuz ağ güvenlik sistemler-g s cs guine uş temel noktada yenilik getirdik: Yapısal tasarım, bütünleşik anahtar yünetimüc uu s oteknikleri ve bildiğimiz kadarıyla daha ünce güvenli uydu şoklu yayın sistemleri veg o u caskeri tasarsız mobil ağlarda kullanılmamış yenilikşi kriptograï¬k yaklaşımlar. Sistem-g s c slerimizde yer alan karma anahtar yünetim teknikleriyle birleştirilmiş yapısal tasarımo s sprensipleri ?katmanların bağımsızlığı? prensibi uzerine kuruludur. Bu prensibe güre,g g ü okatmanlarından herhangi birinde gerşekleşen değişiklik, diğer katmanlara sirayet et-c s gs gmemelidir. Karma anahtar yünetim tekniklerimiz, mantıksal anahtar ağacı temellio gmerkezi anahtar yünetim teknikleri ile dağıtık anahtar yünetim tekniklerinin etkino g obir kombinasyonundan oluşmaktadır. Güvenlik mekanizmalarımızda kullanılan krip-s utograï¬k yüntemler ünerdiğimiz güvenlik mekanizmalarına uygun olarak seşilmiştir.o o g u c sËcsIlk şalışma olarak, yeni karma anahtar yünetim tekniklerimizi ve katmanlarınoË Ëbağımsızlığı prensibini ortaya atan Iki Katmanlı Pintsov-Vanstone Imzasını(TTPVSS)g güneriyoruz. Bu yaklaşımlar, uydu uzerindeki yeniden anahtarlama yükünü ünemlio s ü uuuo2ülşude azaltmakta ve geleneksel yüntemlere nazaran ünemli avantajlar sağlamaktadır.o cü o o gAyrıca, yenilik olarak TTPVSS, avantajlar sağlayan Eliptik Eğri Pintsov-Vanstoneg gËImza Semasını (ECPVSS) kullanmaktadır. Bu şalışmayı müteakiben, yeni bir Elliptikş cs uEğri Menezes-Qu-Vanstone (ECMQV) temelli uş katmanlı uydu güvenli şoklu yayıng üc u cmekanizması üneriyoruz. Bu güvenlik mekanizması, daha yüksek bir güvenlik ve iyi biro u u uperformans sağlamak amacıyla, GEO, MEO ve LEO uydularının kendilerine üzgü nite-g ouliklerinden faydalanmaktadır. ECMQV, diğer klasik kriptograï¬k yüntemlerden farklıg oolarak, temel kriptograï¬k amaşlara ulaşmakta ve aktif saldırılara karşı da güvenliğic s s u gtemin edebilmektedir. Diğer şalışmamız olan NAMEPS, signcryption temelli ve şokgcs ckatmanlı uydu şoklu yayın güvenlik protokolü, uyduların uzerindeki yükü daha dac u u ü uuazaltmak amacıyla, şok katmanlı bir mimariyi ve üzel karma anahtar yünetimi teknik-c o olerini bir arada kullanmaktadır. NAMEPS geleneksel kriptograï¬k yüntemlere güreo oünemli avantajlar sağlayan, şoklu alıcılı signcryption şemasını kullanmaktadır. Güvenlio g c s uuydu şoklu yayın sistemleri dışında, askeri mobil tasarsız ağlarda güvenliği sağlamakc s g u g guzere, HIMUTSIS (Signcryption tipi anahtar değişim şema temelli hiyerarşik şok kat-ü gs s scmanlı adaptif tasarsız ağ güvenlik protokolü)'i üneriyoruz. HIMUTSIS, askeri iletişimgu uo sağlarındaki tek noktaya bağımlılık problemini ve eşik değeri kriptograï¬ gereksinimig g s gazaltacak yeni bir şok katmanlı yapı ünermektedir. Ayrıca, yeni bir yaklaşım olarakc o sHIMUTSIS, yüksek performans ve güvenlik sağlayan şok seviyeli bir güvenlik sis-u u g c utemi ve signcryption temelli anahtar değişim protokollerini kullanmaktadır. Bu tezgsşalışmasında ağ güvenliği mekanizmalarına ek olarak, mevcut bazı kriptosistemlerincs gu giyileştirilmesi uzerinde de şalıştık. Bu bağlamda, orijinal Merkle kriptosistemi (MC)s ü cs gve onun bir varyantı uzerinde ünemli güvenlik avantajları bulunan Geliştirilmiş Merkleü o u s sKriptosistemini (IMC) üneriyoruz. Buna ek olarak, signcryption temelli yaklaşımlarlao sIMC algoritmasını birleştiren STAKE (Signcryption tipi kimlik onaylı anahtar oluştur-s sma) protokolü uzerinde de şalışmaktayız. Sonuş olarak, bu tez şalışmasında, bizleruü cs c cskablosuz ağlarda güvenlik ve kriptograï¬ konularında geleneksel yaklaşımlara nazarang u sünemli avantajlar sağlayan temel şalışmalarımızı bütünleşik bir şekilde sunuyoruz.o g cs uu s s Providing security in wireless communication networks is one of the most chal-lenging problems in security systems. Broadcast nature of wireless networks makethem more vulnerable to eavesdropping and active attacks when compared to terres-trial ï¬xed networks. Also, wireless networks are resource limited especially for powerand bandwidth possibilities, which makes harder to provide security in these systems.These problems become much severe for wireless networks having very large numberof members and high member join-leave characteristic.In this thesis, in order to address aforementioned problems, we propose sevennovel studies each of them provides eï¬cient solutions for these problems in wirelessnetworks. We especially focus on providing security in satellite networks and militaryMobile Ad-hoc NETworks (MANET). We bring novelties to wireless network securitysystems in three main points: Structural design, integrated key management tech-niques and novel cryptographic approaches that have not been used in Secure SatelliteMulticast Systems (SSMS) and military MANETs. Our structural design principles,integrated with hybrid key management techniques, are based on ? independency oftiers ? principle. In this principle, modiï¬cation in a tier does not aï¬ect all other tiersin the network system. Our hybrid key management techniques combine centralizedlogical key tree based key management techniques and decentralized key managementtechniques in an eï¬cient manner. We speciï¬cally utilized appropriate cryptographicmethods to our security mechanisms.We propose Two-Tier Pintsov-Vanstone Signature Scheme (TTPVSS), which in-troduces our independency of tiers principle and a novel hybrid key management tech-nique. These approaches signiï¬cantly reduce rekeying workload of satellites and providemany advantages when compared to traditional methods. Also, as a novelty, TTPVSS2uses Elliptic Curve Pintsov-Vanstone Signature Scheme (ECPVSS), which provideshigh security and advantages. Then, we propose a new three-tier satellite multicastsecurity mechanism based on Elliptic Curve Menezes-Qu-Vanstone (ECMQV). Thissecurity mechanism additionally uses special properties of GEO, MEO and LEO satel-lites for better performance and security. ECMQV, diï¬erent from classical key ex-change and digital signature schemes, achieves major cryptographic goals and securityagainst active attacks. Our another study, NAMEPS, N-tier sAtellite Multicast sEcu-rity Protocol (Mechanism) based on Signcryption schemes uses N-tiered structure andEï¬cient Large Key management protocol (ELK) based hybrid key management tech-nique, which further reduces rekeying and cryptographic workload of satellites. As anovel approach, NAMEPS uses a multi-recipient signcryption scheme, which providescomputational and storage advantages. Apart from SSMS, we propose HIMUTSIS,HIerarchical MUlti-Tier adaptive ad-hoc network security protocol based on SIgncryp-tion type key exchange Schemes for military MANETs. In HIMUTSIS, we propose anovel multi-tier structure for military MANETs, which reduces threshold cryptogra-phy requirement and single point of failure problems. Also, as a novelty, HIMUTSISuses a multi-level security system and signcryption based key exchange protocols thatprovides high security and performance together. In addition to these, we also studiedon improving some existing cryptosystems. In this sense, we propose IMC (ImprovedMerkle Cryptosystem), which has signiï¬cant security advantages over both MC (MerkleCryptosystem) and VMC (Variant of Merkle Cryptosystem). Security of IMC is com-patible with today?s modern public key cryptosystems. Apart from these, we work onSTAKE (Signcryption Type Authentic Key Establishment), which integrates signcryp-tion based approaches with our IMC algorithm. As a result, in this thesis, we presentour major studies for wireless network security and cryptography in an integratedmanner providing many advantages when compared to the traditional approaches. 147

Kablosuz Ustüne Bindirmeli Ağlar, mobil düğumlerin işinde yatay veyag ugü cdikey eldeğiştirmeler yaparak serbestşe dolaşabildiği şok katmanlı ağlardır.gs c s gc gBu sayede, mobil kullanıcının konumuna ve sahip olduğu yerel kablosuzgbağlantıya güre mümkün olan en iyi bağlanabilirlik sağlanmış olur. Sağladığıg o uu g g s g gyararların yanısıra, bu tipteki ağlar şeşitli problemleri de beraberinde ge-g cstirir. Bu problemler hem aynı kablosuz ağın hücreleri arasında gerşekleşeng u c syatay eldeğiştirmeler, hem de farklı katmanlardaki ağlar arasında gerşekleşengs g c sdikey eldeğiştirmeler yüzünden kaynaklanmaktadır. Bu yüzden, bir kablosuzgs uu uustüne bindirmeli ağ işin tüm bu problemlerin ustesinden gelebilecek etkiliüu gc u übir Hareket Yünetim Sistemi gerekmektedir.oBu tez şalışması, şu ana kadar kablosuz ustüne bindirmeli ağlar işincs s üu g cünerilen yatay ve dikey eldeğiştirme sistemlerini incelemekte ve bu sistemlerino gseksiklerini ortaya şıkarmaktadır. Daha sonra, incelenen sistemlerin eksiklikcve sakıncaları güz ününe alınarak kablosuz ustüne bindirmeli ağ yapısı işino ou üu g cyeni bir Hareket Yünetim Sistemi ünerilmektedir. Mobil kullanıcıların kablo-o osuz ustüne bindirmeli ağlar arasında serbestşe dolaşabilmesini sağlayan buüu g c s gyeni sistem hem yatay hem de dikey eldeğiştirme süreşlerini optimize et-gs ucmektedir. Yapılan simülasyon ve analitik şalışmalar ünerilen bu yeni hareketu cs oyünetim sisteminin enerji tüketimini, eldeğiştirme gecikmesini ve eldeğiştirmeo u gs gssırasında yapılan mesajlaşmayı azalttığını, gereksiz eldeğiştirmeleri ünlediğinis g gs o gve ağda dolaşan veri hacmini makul bir seviyede tuttuğunu güstermektedir.g s g oAyrıca, tüm bunları yaparken son kullanıcıların mobil cihazlarında ekstrauayarlar yapması da gerekmemekte ve eldeğiştirmeler son kullanıcının kesin-gstisiz iletişimini etkilememektedir.s1 Wireless Overlay Networks (WONs) are multi-layer networks in whichmobile nodes (MNs) move freely within cells of the same overlay or betweencells of diï¬erent overlays. Such a structure provides global access to MNsregardless of time and location. In spite of their advantages, WONs posemany challenges due to the simultaneous existence of horizontal handoversbetween cells of the same wireless network and vertical handovers betweendiï¬erent overlay networks. Thus, an eï¬cient mobility management systemneeds to be built for the WON architecture.This thesis includes a survey of present handover schemes proposed forWONs and points out their drawbacks. Then, by considering the drawbacksand incompleteness of the current schemes in literature, this thesis proposesa new mobility management scheme for WONs. The proposed scheme opti-mizes both horizontal and vertical handover processes. The simulation andanalytic work results show that the proposed system reduces power drain,handover latency and overhead due to extra messaging during handovers.Meanwhile, it eliminates the number of unnecessary handovers and keepsthroughput at a reasonable level. While dealing with all this, end users areisolated from making additional conï¬gurations on their mobile devices andhandovers are performed seamlessly.1 69

V ÖZET telsiz kanallarda imgeler için damgalama kullanarak hata giderimi Bu çalışmada, hataya açık telsiz bir kanaldan iletimi sırasında, yüksek oranda paket kayıbı sonucu bozuluma uğrayan bir imgeye uygulanabilecek yeni bir hata gideri mi algoritması önerilmektedir. Sınırlı kaynaklara sahip ağlarda çalışan gerçek zamanlı uygulamalarda ek gecikmelere uğratılmamak ve bant genişliğini dikkatli kullanmak büyük önem taşır. Hata giderim teknikleri bu bozulumları onarmak için basit bir yapı sağlamaktadır. Ne yazık ki, şu anda var olan hata giderim tekniklerinin çoğu eğer paket kayıpları belli bir eşik değerin altında ise ve/veya düzgün dağılıma sahipse çalışmaktadır. Veri saklama yöntemlerini kullanmak bu kısıtları aşmak için olası bir yaklaşımdır. Bu nedenle, makroblok tabanlı en-uygun-komşu-eşlemesi bilgisini orijinal imgeye ayrık dalgacık dönüşümünü kullanarak gömen ve böylece uzamsal artıklıktan faydalanan bir hata giderim tekniğini araştırdık. Bu tekniğin çeşitli telsiz kanallardaki başarımmı benzetim kullanarak değerlendirdik. Önerilen hata giderim tekniğinin, ori jinal imgenin algısal kalitesinde bir miktar kayıp pahasına, özellikle yüksek hata içeren kanallarda başarılı olabildiğini gösterdik. Dolayısıyla, yöntemimizin geri-uyumlu bir şekilde, kablosuz ağlardaki bu sorunlarla savaşım için gerçeklenmesini öneriyoruz. IV ABSTRACT ERROR CONCEALMENT FOR IMAGES OVER WIRELESS NETWORKS USING WATERMARKING In this thesis, we propose a new error concealment method for covering up the high packet losses of an original image after its transmission through an error-prone wireless channel. Error-concealment techniques provide a simple framework to compen sate these distortions without incurring additional delays and wasting bandwidth which is crucial for real-time applications over networks with limited resources. Unfortunately, most of the existing error-concealment techniques work only if the packet losses are smaller than a threshold and/or they are uniformly distributed. Utilizing data hiding techniques is a potential approach to overcome this restriction. We investigated an er ror concealment technique utilizing discrete wavelet transform (DWT) for embedding macroblock-based best-neighborhood-matching (BNM) information into the original image in order to utilize spatial redundancy. We call this method Best- Neighborhood- Matching Based Wavelet Domain Error Concealment Technique (BNMWEC). We eval uated the performance of this technique with various wireless channel models by using simulations. We propose to implement it for wireless networks to combat degradation of image quality in a backward compatible scheme. We show that the proposed error concealment technique is a promising one, especially for the erroneous channels causing a wider range of packet losses, at the expense of some degradation in the perceptual quality of the original image. 76