Search

This deliverable outlines the requirements, architecture, and specifications of the software system of CULTURATI. It serves as a blueprint for developers, stakeholders, and the project team to understand and implement the system effectively.

Kablosuz algılayıcı ağlar, belli bir amacı gerçekleştirmek için ilgilenilen bölgeye dağıtılmış algılayıcı düğümlerden oluşur. Bu düğümler çevresel ve fiziki şartları izleyerek toplanan veriyi belli bir merkezi düğüme gönderir. Kablosuz algılayıcı ağlar ile ilgili çoğu çalışmada algılayıcı düğümlerin gücünün ağ yaşam süresini sınırlayan değiştirilemez piller ile sağlandığı varsayılmaktadır. Diğer taraftan, algılayıcı düğümlerin en az bir kısmına güç sağlayabilecek ve böylece ağ yaşam süresini uzatabilecek şebeke elektriği, enerji hasadı mekanizmaları gibi daimi güç kaynakları da bulunmaktadır.Burada amacımız pil ve şebeke elektriği ile beslenen farklı tipteki algılayıcı düğümlere sahip bu tarz heterojen kablosuz algılayıcı ağların yaşam süresini merkezi ve dağıtık yol atama algoritmaları kullanarak ve bu esnada fazla enerji gerektiren işleri şebeke elektriği ile beslenen düğümlere atayarak uzatmaktır. İlk olarak bir sınıf yol atama algoritması üretiminde kullanılabilecek bir çerçeve öneriyoruz. Üretilen algoritmaların ortak özelliği şebeke elektriği ile beslenen düğümleri, hedef düğümü ve gerekiyorsa pil ile beslenen bazı düğümleri içeren bir omurga oluşturarak veriyi aktarmak için bu omurgayı kullanmalarıdır. Simülasyon sonuçlarımız bu çerçeveyi kullanarak ürettiğimiz merkezi algoritmaların ağ yaşam süresinde iki kata kadar artış sağladığını göstermiştir. Ayrıca bu çalışmada veri iletimi için şebeke elektriği ile beslenen düğümlere öncelik veren güç kaynağı bilinçli, omurga temelli ve tam dağıtık bir yol atama algoritması da öneriyoruz. Önerdiğimiz bu algoritmayı geçerlemek ve değerlendirmek amacıyla ns-2 ortamını kullanarak elde ettiğimiz simülasyon sonuçları göstermektedir ki, algoritmamız düşük bir ek haberleşme yükü ile ağ yaşam süresini belirgin şekilde arttırmaktadır.Bu çalışmada, bahsi geçen teknoloji bağımsız yol atama çözümlerimizin yanısıra, 802.15.4/ZigBee kablosuz ağ teknolojisine özel, güç kaynağı bilinçli, tam dağıtık, ağaç tabanlı ve trafiğe uyumlanabilen bir yol atama çözümü de önermekteyiz. Önerdiğimiz yol atama çözümü pil ile beslenen düğümlerin haberleşme yolları üzerinde yer almasını mümkün olduğunca önlemek amacıyla, dağıtık ve hiyerarşik ağ adresi atama mekanizması gibi ZigBee protokolüne özel yetenekleri kullanmaktadır. ZigBee teknolojisine özel algoritmamızı geçerlemek ve değerlendirmek amacıyla ilk olarak ZigBee protokolünün ihtiyaç duyduğumuz kısımlarını, daha sonra da önerdiğimiz algoritmayı ns-2 simülasyon ortamında gerçekledik. Hazırladığımız ns-2 simülasyon ortamını kullanarak elde ettiğimiz sonuçlar, ZigBee tanımında yer alan yol atama yöntemi ile karşılaştırıldığında, önerdiğimiz algoritmanın yol uzunluklarını arttırmadan ağ yaşam süresini arttırabildiğini göstermiştir. A wireless sensor network (WSN) is a collection of sensor nodes distributed over an area of interest to accomplish a certain task by monitoring environmental and physical conditions and sending the collected data to a special node called sink. Most studies on WSNs consider nodes to be powered with irreplaceable batteries, which limits network lifetime. There are, however, perpetual power source alternatives as well, including mains electricity and energy harvesting mechanisms, which can be utilized by at least some portion of the sensor nodes to further prolong the network lifetime.Our aim here is to increase the lifetime of such WSNs with heterogeneous power sources by centralized or distributed routing algorithms that distinguish battery- and mains-powered nodes in routing, so that energy consuming tasks are carried out mostly by mains-powered nodes. We first propose a framework for a class of routing algorithms, which forms and uses a backbone topology consisting of all mains-powered nodes, including the sinks, and possibly some battery-powered nodes, to route data packets. We propose and evaluate a set of centralized algorithms based on this framework, and our simulation results show that our algorithms can increase network lifetime by up to more than a factor of two. We also propose a fully distributed power-source-aware backbone-based routing algorithm (PSABR) that favors mains-powered nodes as relay nodes. We validate and evaluate our distributed algorithm with extensive ns-2 simulations and our results show that the proposed distributed algorithm can enhance network lifetime significantly with a low control messaging overhead.Besides wireless technology independent routing solutions, we also propose a technology specific power-source-aware routing solution (PSAR) for sensor and ad hoc networks which use 802.15.4/ZigBee as the wireless technology. Our solution is fully distributed, tree-based, and traffic-adaptive. It utilizes some protocol specific properties of ZigBee, such as distributed and hierarchical address assignment, to eliminate battery-powered nodes on the routing paths as much as possible. To validate and evaluate our ZigBee-specific algorithm, we first implemented ZigBee extensions to ns-2 simulator and then implemented and simulated our protocol in this extended ns-2 environment. Our results show that the proposed algorithm operates efficiently and can increase network lifetime without increasing the path lengths significantly, compared to the default ZigBee routing algorithm. 139

üOZETËş Ë ğ Ë Ë Ë ËBANT GENISLIGINI VERIMLI KULLANANğ ğBLUETOOTH SERPME AGLARININ DAGITIKOLUSTURULMASI VE BAKIMIşMetin TekkalmazBilgisayar Mühendisliği, Yüksek Lisansu g uËTez Yüneticisi: Yrd. Doş. Dr. Ibrahim Kürpeoğluo c o gAğustos, 2004gBluetooth, düşuk enerji tüketimi ve düşuk maliyeti dolayısı ile, şu anda,usü u usü skısa mesafeli kablosuz iletişim işin kullanılan başlıca teknolojidir. Haberleşmes c s ssağlayabilmek işin Bluetooth donanımlı cihazlar, en fazla sekiz düğumden oluşang c ugü sve piconet adı verilen ağlar kurabilmektedirler. Scatternet adı verilen daha büyükg uuBluetooth ağlarını oluşturmak işin piconetler birleşebilirler. Piconet oluşturmag s c s syüntemi işin Bluetooth Special Interest Group tarafından bir standart belirlenmişo c solmasına rağmen scatternet oluşturma yüntemleri henüz tanımlanmamıştır.g s o u sSu ana kadar, oluşturma işlemininin verimliliği, oluşturulan scatternette yolş s s g satama kolaylığı ya da scatterneti meydana getiren piconet sayısının asgariye in-gdirmesi gibi farklı ana hedeï¬eri olan şok sayıda scatternet oluşturma yüntemic s oüünerilmiştir. Onerilen yüntemlerde farklı bir şok nokta güz ününde bulun-o s o c o oudurulmuş olmasına rağmen bant genişliğinin verimli kullanılması konusu yeterlis g sgdikkati şekememiştir.c sBu tezde, toplam bant genişliği kullanımını asgariye indirmeyi amaşlayansg cdağıtık ve değişen koşullara uyum sağlayabilen bir scatternet oluşturma ve idameg gs s g syüntemi ünerilmektedir. Bant genişliğinin verimli kullanımına bağlı olarak, or-o o sg gtalama paket gecikmesi ve toplam enerji tüketiminde düşuşun yanı sıra yeniu usüsühaberleşme ihtiyaşları işin kullanılmayan bant genişliğini arttırmak da hedeï¬en-s c c sgmektedir. Değerlendirme kriterleri ve bunlara dayalı olarak, ünerilen yünteming o obaşarımı da tez şalışmasında sunulmaktadır.s csAnahtar süzcükler : Bluetooth, Scatternet (Serpme Ağ) Oluşturma, Bantou g sËGenişliğini Verimli Kullanan Ilingeler.sgiv ABSTRACTDISTRIBUTED CONSTRUCTION ANDMAINTENANCE OF BANDWIDTH-EFFICIENTBLUETOOTH SCATTERNETSMetin TekkalmazM.S. in Computer EngineeringËSupervisor: Assist. Prof. Dr. Ibrahim Kürpeoğluo gAugust, 2004Bluetooth is currently the mainstream technology used for short range wirelesscommunication due to its low power and low cost properties. In order to com-municate, Bluetooth enabled devices can form networks called piconets, whichconsist of at most eight members. To construct larger Bluetooth networks, whichare called scatternets, any number of piconets can be combined. Although pi-conet construction process is standardized by Bluetooth Special Interest Group,scatternet construction policies and algorithms are not yet clariï¬ed.There have been many solution proposals for the scatternet construction prob-lem each of which focuses on diï¬erent aspects of it like the eï¬ciency of the con-struction algorithm, ease of routing in the resulting scatternet and number ofpiconets that constitute it. Although various considerations came into picture,bandwidth eï¬ciency of the resulting scatternet topology, which depends on theplacement of nodes and communication demand among them, did not take muchattention.In this thesis, we provide a distributed and adaptive algorithm that constructsa scatternet and based on collected traï¬c ï¬ow information, modiï¬es it to min-imize the overall bandwidth usage. As consequences of eï¬cient use of availablebandwidth, reduce in average latency and total energy consumption as well asincrease in available bandwidth for new communication demand are also aimed.Moreover, performance of the proposed algorithm is presented, based on the eval-uation criteria described.Keywords: Bluetooth, Scatternet Construction, Bandwidth-Eï¬cient Topologies.iii 72