Öğretim Üyesi Dr. Öğr. Üyesi Mahmut DURGUNOda NumarasıE-posta Mahmut.durgun@gop.edu.trDers Zamanı Cuma 09:30 – 12:15Derslik 4B

Dersin AmacıBilgisayar ağlarının sahip oldukları altyapıları, erişim yöntemlerini, ne tür uygulamalar için geliştirildiğini, diğer ağ

sistemlerinden farklılıklarını, vb. anlatarak ağ sistemlerinin kuramsal ve teknolojik altyapısını öğretmektir

D0000110 BİLGİSAYAR AĞLARI

10. Konu Ders İçeriği

Kablosuz AğlarWifi protokolü ve çerçeve yapısı.Bluetooth protokolü ve çerçeve yapısı.Xbee protokolü ve çerçeve yapısı.NFC protokolü ve çerçeve yapısı.

Kablosuz iletişim teknolojisi, en basit tanımıyla, noktadan noktaya veya bir ağ yapısışeklinde bağlantı sağlayan, bir teknolojidir.

Kablosuz iletişim teknolojisini diğerlerinden ayıran nokta ise; iletim ortamı olarak havayı kullanmasıdır.

Metal kablolar, elektrik akımını iletirken kablosuz ve optik iletim sistemleri belli frekanstan elektromanyetik dalga iletmektedir

Kablosuz İletişim YöntemleriKızılötesi (Infrared Data Association-IrDA)Mikrodalga istasyonlarbluetoothUyduUplink/DownlinkWi-Fi (IEEE 802.11)WiMAX (IEEE 802.16)Laser (iletimi elektromanyatik dalga ile değil ışık ile!)

Kablosuz Ağ Çeşitleri

Kablosuz Kişisel Alan Ağ

Kablosuz kişisel alan ağ (WPAN: Wireless Personel Area Network), yakınmesafedeki elektronik cihazları (PDA), fare, klavye, cep telefonu, dizüstü bilgisayar vb.kablosuz olarak birbirine bağlayan ağlardır.Kablosuz kişisel alan ağlar diğer ağlara kıyasla daha düşük veri hızına ve daha kısailetişim mesafesine sahiptir. Kablosuz kişisel alan ağların hızları 1 Mbps ve kapsamı 10metre civarındadır. Bu ağlar, HomeRF ve Bluetooth teknolojisini uygulamaları için kullanır.

https://medium.com/jaycon-systems/bluetooth-technology-what-has-changed-over-the-years-385da7ec7154

Kablosuz Yerel Alan Ağ

Kablosuz yerel alan ağları genellikle kablolu yerel alan ağın sınırlarını genişletmekiçin kullanılır. Bu ağlar IEEE 802.11 standartlarına göre çalışır. Kablosuz LAN (WLAN)sistemleri kullanıcılara kablosuz geniş bant internet erişimi, sunucu üzerindekiuygulamalara ulaşım, aynı ağa bağlı kullanıcılar arasında elektronik posta hizmeti vedosya paylaşımı gibi çeşitli imkânlar sağlamaktadır.

Kablosuz Metropol Alan Ağ

Bir şehri kapsayacak şekilde yapılandırılmış iletişim ağlarına veya birbirinden uzakyerlerdeki yerel bilgisayar ağlarının birbirleri ile bağlanmasıyla oluşturulan ağlara MetropolAlan Ağları (MAN) denilmektedir. Metropol alan ağlarda (MAN) ve geniş alan ağlarda(WAN) genellikle kiralık hatlar veya telefon hatları kullanılmaktadır. Bu tür alanlarda kabloyerine uydu veya RF iletişim teknolojileri kullanılması durumunda Kablosuz Metropol AlanAğları (WMAN: Wireless Metropol Alan Ağ) olarak isimlendirilmektedir

Kablosuz MAN’lar çok sayıda şubesi bulunan kurum ve büyük şirketler ile dağınıkyerleşime sahip üniversiteler gibi yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır. IEEE 802.16standardı WMAN için geliştirilmektedir. IEEE 802.16 standardı günümüzde WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access - mikrodalga erişim için dünya çapındabirlikte çalışabilirlik) olarak isimlendirilmektedir.

Kablosuz Geniş Alan Ağ

Bir ülke ya da dünya çapında yüzlerce veya binlerce kilometre mesafe arasındakablosuz iletişimi sağlayan ağlara “Kablosuz Geniş Alan Ağ (WWAN: Wireless Wide AreaNetwork)” denilmektedir. En iyi örneği cep telefonu şebekeleridir. Bu ağlar, Kod BölmeliÇoklu Erişim (CDMA) veya Mobil İletişim için Küresel Sistem (GSM) gibi teknolojilerikullanır ve genellikle kamu kurumları tarafından düzenlenir.

İsim KarmaşasıÖncelikle isim karmaşasının önüne geçmek adına bazı isimlerin ne anlama geldiğinden bahsedersek:

XBee: Digi firmasının üretmiş olduğu kablosuz iletişim cihazlarına verilen isimdir. Bu modüller, IEEE 802.15.4 ağ protokolünü kullanarak uçtan uca (peer-to-peer) veya çoklu bağlantı imkânları sunmaktadır. Bir diğer değişle XBee, Digifirmasının kendi geliştirdiği Zigbee protokolüdür.Zigbee: Enerji tasarruflu ve ekonomik bir haberleşme standardıdır. Birçok farklı markanın Zigbee protokolü destekleyen ürünü mevcuttur (akıllı ev ve aydınlatma sistemleri vs.).

Hangi Seri?XBee modülleri ile ilgili en çok karıştırılan konulardan birisi de serilerdir. Bunlardan temel olanları:

XBee Seri 1 (XBee 802.15.4 olarak da bilinir): Bu modüller konfigüre edilmeden de kullanılabilir, fakat istenildiği takdirde konfigürasyon yapılabilir. Modülünüzün üzerinde herhangi bir bilgi belirtilmemiş ise büyük ihtimal ile Seri 1 modüle sahipsiniz demektir. Seri 1 modüller ile 2/2.5/ZB modüller uyumlu değildir.XBee Znet 2.5 (Eski ismiyle Seri 2): Bu modülleri kullanmaya başlamadan önce konfigüre etmeniz gerekmektedir. Yüklediğiniz bellenime göre transparan iletişim veya API komutlarını kullanacak şekilde kullanabilirsiniz. Ayrıca mesh tipi ağları da desteklemektedirler. Bu modüller maalesef XBee Seri 1 modüller ile uyumlu değildir.XBee 2B ve 2C: Seri 2 modüllerin donanımsal olarak güç tüketimi vs. gibi konularda güncellenmiş ve iyileştirilmiş sürümüdür. ZB bellenimini çalıştırmaktadırlar fakat donanım tarafında değişiklikler yapıldığından Znet2.5 bellenimi bu modüller ile uyumlu değildir. Bu yüzden Znet2.5 ağları ile bu modülleri kullanırken dikkat etmeniz gerekir.XBee 900MHz: 900MHz frekans bandında çalışan ve yüksek menzil ihtiyacı duyacağınız uygulamalarınızda kullanabileceğiniz XBee modülleridir. DigiMesh veya point-to-multipoint bellenimi ile gelebilmektedir. İhtiyacınıza göre modülün bellenimini değiştirebilirsiniz.XBee XSC: Temelde 900MHz XBee modülleri ile aynı olan bu seride, çıkış gücü düşürülerek veri aktarım hızı arttırılmıştır. Yüksek kazançlı bir anten ile menzilini daha da arttırmanız mümkündür.XBee XSC S3B: XSC modüllerinin güç tüketimi iyileştirilmiş sürümüdür. Buna rağmen, 250mW gibi önceki nesile göre daha yüksek çıkış güçleri sunabilmektedir. Böylelikle daha yüksek menzile sahiptirler. Ayrıca daha yüksek veri hızları sunarlar.

Anten TipleriXBee modülleri arasında seçim yaparken dikkat etmeniz gereken bir diğer önemli nokta, modülün anten tipidir:

Çip anten: Modül üzerinde bulunan ufak ve çip şeklindeki antenlerdir. Güncel modüllerde bu tip antenler yerine devre kartının bakır yollarından oluşturulan antenler (trace antenna) kullanılmaktadır.PCB anten: Baskılı devre üretilirken, anten görevi görecek uzunlukta bir bakır devre hattı açıkta bırakılması ile elde edilen dahili anten tipidir.Kablo anten: Modül üzerinde frekansına uygun uzunlukta (çalışma frekansı ile anten boyu ters orantılıdır) bir kablo şekildeki antenlerdir.u.FL anten: Bu tip modüller üzerinde harici anten bağlantısı için u.FL tipinde bir anten konektörü bulunur. Bu sayede, kapalı kutu içerisinde yer alan projenizin antenini harici bağlama imkânınız olur. Bu modülleri kullanabilmeniz için uygun tipte u.FL konektörlü bir anten veya u.FL’den farkı tipte konektöre dönüşüm yapan bağlantı kablosu almanız gerekir.RP-SMA anten: Çoğu kablosuz modem veya router’dan aşina olduğumuz vidalı tipte RP-SMA anten konektörüne sahip modülleri kullanmak için harici olarak uygun frekansta bir RP-SMA anten temin etmeniz gereklidir. u.FL konektörden daha büyük yapıdaki bu konektörü de uzatma kablosu kullanarak projenizin muhafaza kutusu dışına taşımanız mümkündür.

NFC teknolojisi

Yakın Alan İletişimi' anlamına gelen NFC önümüzdeki senelerde teknoloji dünyasında önemli trendlerden biri olmaya aday. Teknoloji, büyük finansal kuruluşlar tarafından test edilmeye başlandı, NFC çipli telefonlar Avrupa ve Amerika'ya dağıtılıyor.

NFC'nin ödemeler dışında konum bazlı hizmetlerden bilet ve toplu taşımaya birçok endüstriye ulaşma potansiyeli mevcut. NFC, satın aldığımız bir ürün için ödeme yapmamızı sağlayabilir, kapıları açabilir, kişisel kimlik kartımız yerine geçebilir veya taşımada sanal bilet görevini görebilir. Anahtarlara, cüzdanlara, cebinizde ağırlık yapan her şeye güle güle demeye hazırlanın.

NFC (Near Field Communication) nedir?

NFC bağlantısı, Bluetooth'a göre çok daha çabuk kurulurNFC nedir?

NFC, 'öncü' ve 'hedef' cihazlar arasında elektromanyetik radyo alanlarının etkileşime geçerek bir takım veriler aktarmasıdır. Örneğin anahtar kartınız ve otel odanızın kapısı gibi. Kısa menzilli olması bakımından Bluetooth'a benzer ve RFID standartlarının bir alt kümesi sayılmaktadır. Ancak NFC'ninkendine has eşsiz karakteristikleri, onun gerçek hayattaki kullanımını belirlemektedir.

Bluetooth'un 10 metre hedefi yerine NFC, 4-10 cm gibi çok daha kısa mesafelerde veri aktarımı yapabilmektedir. Bu kısıtlamanın nedeni, istenmeyen karışmaların veya dinlemelerin engellenmesidir.

NFC'nin kısa mesafeli olması takip edilme riskini azaltsa da tek başına güvenli olmayı garantilemez. Uygulamaların SSL gibi daha yüksek seviyeli şifreleme protokolleri kullanması gereklidir.

NFC, bağlantıyı Bluetooth 3.0'a göre daha çabuk kurmaktadır. İki NFC cihazı arasındaki bağlantı saniyenin onda birinden daha kısa bir zamanda gerçekleşir.

NFC, evrensel olarak kullanıma açık ve lisannsız radyo frekansı 13.56 MHz'de çalışmaktadır ve en fazla 424Kb/sn. hızına ulaşabilir. Bluetooth ise 2.4GHz frekansında 2.1Mb/sn. hızına ulaşabilmektedir.

NFC nasıl çalışıyor?

Basit bir örnek vermek gerekirse, NFC'li akıllı cebinizi etiketli bir sinema posterine yaklaştırıp gerekli tüm bilgiyi saniyeler içinde alabilirsiniz. Bu durumda telefonunuz öncü ve etiketli poster pasif hedef olmaktadır.

NFC İş FırsatlarıNFC, yakın pazarlama(proximity marketing), satış noktası sadakati, geçiş kontrol, biletleme ve ödeme gibi yeni hizmetlere olanak sağlayacak ve mobil taşıyıcılar, bankalar, nakliye operatörleri ile cihaz ve ekipman satıcıları dahil olmak üzere birden fazla oyuncuyu etkileyecektir.

Bu teknolojiler arasında en fazla yaygınlık kazanan LoRa, Long Range (Uzun Mesafe) kelimelerinin ilk hecelerinden oluşan, WiFi ve kablolu haberleşme gibi rakip teknolojilere göre çok daha uzun mesafede iletişim sağlayan, ve bunu radyo frekanslarını kullanarak gerçekleştiren bir modülasyon tekniğidir. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) ise bölgesel, ulusal veya küresel ölçekte bir ağ üzerinde kablosuz olarak çalışan ürünlere yönelik tasarlanmış, düşük güçlü geniş alan ağı belirtimidir.

Nesneleri internete bağlamak amacıyla halihazırda kullanılmakta olan hücresel haberleşme (2G, 3G, 4G +) ve WiFigibi yöntemlerin son zamanlarda uzun mesafede veri iletimi veya bu iletimin sürekliliği gibi ihtiyaçları tam olarak karşılayamaması, ya da bu ihtiyaçları karşılarken yüksek maliyet ortaya çıkarması, bu dezavantajları giderebilecek yeni teknoloji arayışının itici gücü olmuştur. WiFi teknolojisindeki mesafe sınırlaması, hücresel haberleşmenin maliyetleri ve yüksek enerji kullanımı, LoRa teknolojisiyle önüne geçilmesi gereken temel eksiklikler olarak belirlenmiştir. Bölgesel olarak farklılık gösteren radyo frekansı aralıklarını kullanan LoRa, açık alanda 15 km’ye kadar genişleyebilen bir mesafede bağlantı kurabilirken, uç noktada bağlı cihazlar 8 yıldan 15 yıla kadar sorunsuz olarak iletişimi sürdürebilmektedir.

LoRa haberleşme teknolojisinin kullanımı için en uygun alanlar, veri büyüklüğünün düşük veya orta seviyede olduğu, aktarımda yaşanabilecek kısa süreli gecikmelerin göz ardı edilebileceği, bir başka deyişle, “mission-critical” olarak da tabir edilen yaşamsal altyapı sistemlerinin dışında kalan uygulama alanlarıdır. Bu alanlara en iyi örnek akıllı tarım uygulamalarıdır. Uzun süre bakıma ihtiyaç duymadan geniş alanlara sinyal aktarımı yapabilen LoRa teknolojisi sayesinde akıllı tarım uygulamaları çok daha kolay takip edilebilir ve geliştirilebilir hale gelmiştir. Toprak kirliliği, nem, sıcaklık ve güneş ışığı gibi etkenleri ölçmek üzere konumlandırılan LoRa destekli sayaçlar ile uzak bir konumdan tarım alanının uygun şartlarda olup olmadığı kontrol edilebilir hale gelecektir. Akıllı tarımın yanı sıra küçük veri paketlerinin söz konusu olduğu su ve gaz sayacı uygulamaları, fabrika otomasyonu veya akıllı bina uygulamaları da LoRa’nınrahatlıkla kullanılabileceği alanlardır.

NB-IoT Nedir?

NB-IoT ise IoT için kullanılabilecek olan ağlardan birini temsil eder. Yakın gelecekte hayatımızın çok büyük parçası olacak bu ağın en büyük özelliği ise mevcut LTE ağını, yani GSM şebekesinin kullandığı ağı kullanmasıdır. Yani, yeni özel cihazlara ihtiyaç duymamaktadır.

AVANTAJLARIBiraz önce de bahsettiğimiz gibi en büyük avantajı, cihazların birbirleri arasında konuşacakları ağın hali hazırda mevcut olması. GSM operatörleri, ufak kapsamdaki güncellemeler ile ağlarını NB-IoT şekline dönüştürebilecekler.

Diğer avantajlarını ise şöyle listeleyebiliriz. [2]

Çok düşük güç tüketimiBinalarda ve yer altında mükemmel genişletilmiş menzilMevcut hücresel ağ mimarisine kolay kurulumAğ güvenliği ve güvenilirliğiDüşük bileşen maliyeti

DEZAVANTAJLARINB-IoT’nin en büyük avantajı olan GSM operatörlerinin ağını kullanması aynı zamanda da en büyük dezavantajıdır.

Mevcut durumda GSM operatörlerinin ağına kayıt olunabilmesi için bir SIM kartına ihtiyaç vardır. Maalesef bu durum NB-IoT’dede değişmemiştir. Önümüzdeki yıllarda bunun üstesinden geleceklerine dair işaretler olsa da günümüzde ihtiyaç ortadan kalkmamıştır.

Diğer dezavantaj da ağdaki her cihaz için ücret ödenmesi gerektiğidir. Bir de buna telekomünikasyon vergileri eklenince kullanıcıları düşündürecek maliyetler ortaya çıkacaktır.

KULLANIM ALANLARIAslına bakarsanız kullanım alanlarını listelemek pek mümkün değil, çünkü hayal gücümüz ile sınırlı bir konudan bahsetmiş oluyoruz. Fikir verebilmesi adına şu ana kadar hangi alanlarda çalışmalar yapıldığı listeleyebiliriz:

Su, Doğalgaz, Elektrik vb. sayaçların okunmasıSokak aydınlatması sistemleriAlarm ve olay tespiti, uyarı sistemleriOtomatik park yeri bulma sistemleriHayvancılık sektöründe, konum ve durum bilgisi almaEvcil hayvanların izlenmesiDoluluk oranını bildiren akıllı çöp kutularıNakliye takibiHareketli demirbaş takibiGiyilebilir cihaz haberleşmesiYaşlı/çocuk izlenmesi ve uyarı sistemleriAraç takip sistemleriAkıllı ev sistemleri (klima, aydınlatma, alarm vb.)

Parametreler LoRa NB-IoT

Spektrum Lisansız LTE bandı lisansı

Bant Genişliği 500 kHz–125 KHz 180 KHz

Maksimum Veri Hızı 290 bps-50 Kbps (DL/UL)

DL:234.7 kbps; UL:204.8 kbps

Dubleks Uygulama - Half duplex

Enerji Verimliliği >10 yıldan fazla pil ömrü

>10 yıldan fazla pil ömrü

Trafik Kapasitesi Gateway tipine göre Hücre başına 55

Parazit Bağışıklığı Çok Yüksek Düşük

Tepe Akımı 32 mA 120–300 mA

Uyku Akımı 1μA 5μA