IoT’de Kullanılan Kablosuz Ağ Protokolleri
24 Eylül 2019 24 Eylül 2019 admin	0 yorum bluetooth nedir, IoT de Kullanılan Kablosuz Ağ Protokolleri, kablosuz ağ protokolleri, kablosuz ağ teknolojileri, LTE-A nedir, nfc nedir, radio signal, radyo sinyalleri nedir, rfid nedir, wifi direct nedir, wireless nedir
Ağ teknolojilerinin IoT projelerinde etkin bir şekilde kullanılması beraberinde bazı protokollerin kullanılmasını kaçınılmaz kılmaktadır. IoT sistemleri ile geliştirilen bir proje standart protokolleri ve ağ teknolojilerini kullanır. Protokolleri kullanarak IoT projesinde bulunan donanımların haberleşmesi veya veri iletişimi sağlanır.
IoT-Ignite platformu ile çalışırken bu protokol veya protokollerden bazılarını uygulamalarımızda kullanacağız. Örneğin Android (Gateway) bir telefonun Bluetooth üzerinden NodeMCU (Node) kartında bulunan sensörlerden veri alıp gönderebileceğiz. İsterseniz, bu işlem için Wi-Fi teknolojisini de kullanabilirsiniz. Bu tercih tamamen size kalmış. Önemli olan bu protokolleri kullanarak veri trafiğini sağlamak ve nihayetinde verileri buluta gönderip kayıt etmeyi ve gerektiğinde kullanabilmeyi sağlamaktır.
Şimdi IoT ile birlikte kullanılan kablosuz ağ protokoller hakkında bilgi verelim.
ISO/IEC tarafından 2003 yılında bir standart olarak kabul edilen NFC, iki elektronik cihazın haberleşmesini sağlayan bir ağ teknolojisidir. Bu teknolojide veri iletimi kısa mesafede, yüksek frekansta ve düşük bant genişliğinde gerçekleşir. NFC’nin uygulama alanı oldukça geniştir. Bunlara örnek olarak; ulaşım, akıllı posterler, cihazlar arasında veri iletimi, para transfer işlemleri veya ödeme işlemlerini verebiliriz.
NFC, RFID teknolojisinden farklı olarak veri iletimini kısa menzilde ve daha düşük bant aralığında gerçekleştirir. NFC ile veri iletişimi yapılabilmesi için iki elektronik cihazın arasındaki mesafenin maksimum 5 cm olması gerekiyor. Zaten bundan dolayı Near Field Communication, yani Yakın Alan İletişimi olarak adlandırılmaktadır. İletişimin yakın bir mesafede yapılma zorunluluğu güvenlik için oldukça önemlidir. Çünkü bu gibi iletişim protokollerinde ödeme gibi işlemler yapılırken güvenliğin sağlanması oldukça önemlidir. İki cihaz arasındaki mesafe bir nebze olsun güvenliğin sağlanmasında oldukça etkilidir. Bu iletişim teknolojisinde frekans olarak 13.56 Mhz’lik bir frekans kullanılır. Bu değer oldukça yüksek bir frekanstır.
NFC teknolojisi RFID’in özel bir alt kümesi olarak geliştirilmiştir. Özellikle veri alışverişinin güvenli bir şekilde yapılması için geliştirilmiştir. NFC cihazları hem okuyucu hem de NFC etiketi olma özelliğine sahiptir. Piyasada bu işlevi gerçekleştiren en önemli aygıt Akıllı Telefonlardır. Akıllı telefonlarda bulunan NFC aygıtları hem okuyucu hem de etiket olarak çalışabilmektedir.
NFC Tag’nın yapısı oldukça basit ve yukarıdaki gibidir. Burada bir anten ve chip görmekteyiz. Anten bakır veya alüminyumdan meydana gelmektedir. NFC okuyucular anten aracılığıyla etikete bir sinyal gönderir. Etiket kendisinde bulunan biricik bilgileri okuyucunun antenine gönderir. Anten gelen veriyi alarak dijital ortama aktarır.
Radio Frequency Identification, yani Radyo Frekanslı Tanımlama olan RFID, nesneleri veya objeleri tanımlamak için kullanılan bir teknolojidir. Nesneleri tanımak için radyo dalgaları kullanılır. Tanımlama veya tanıma işlemini yapabilmek için nesneye bir RFID etiketi eklenir. Bu etikete yazılan veri okunarak nesne hakkındaki kimlik bilgilerine kolaylıkla erişim sağlanabilir. Örneğin bu teknoloji kullanılarak California, Richmond’taki bir okulda öğrencilerin kimlik kartlarına yerleştirilen RFID çipleri ile öğrencilerin derste olup olmadığı kontrol edilmektedir. Hatta öğrencinin okul sınırları içinde olup olmadığı bu şekilde izlenebilmektedir.
NFC teknolojisi yakın alan iletişimi için kullanılırken, RFID teknolojisinde verilerin uzaktan iletimi söz konusudur. Her iki teknolojide sektörde “tag” denilen etiketler kullanılır. Etiketlere yazılan veri okunarak takip, ödeme vb. işlemler rahatlıkla yapılabilir.
RFID tabanlı bir sistemde en azından birer adet etiket, okuyucu ve antene ihtiyaç vardır. RFID okuyucular anten aracılığıyla etikete bir sinyal gönderir. Etiket kendisinde bulunan biricik bilgileri antene gönderir. Anten gelen veriyi bilgisayar ortamına dijital olarak gönderir. Destek yazılımlar sayesinde bu veriler okunarak işlemlerin yapılması sağlanır.
RFID teknolojisini kullanan bir sistemin çalışma yapısı aşağıdaki gibidir.
RFID teknolojisinde etiketler aktif ve pasif olmak üzere ikiye ayrılır. Aktif etiketlerin kendi güç kaynakları olduğu için 100 metreye kadar sinyal yayma gücüne sahiptirler. Bu etiketler özellikle konum tespiti gibi geniş alana yayılan işlemleri yapmak için tercih edilir. Pasif etiketlerde durum biraz daha farklı. Bu etiketlerin kendi enerji kaynakları bulunmadığı için enerji ihtiyacınız antenden gelen elektromanyetik enerjiden karşılarlar. Alınan bu enerji etiket içinde bulunan verinin okunması ve antene iletilmesinde kullanılır.
Bluetooh teknolojisi 2.4 GHz bandında radyo dalgaları ile çalışan ve temel amacı farklı cihazlar arasında veri iletişimini sağlayan kablosuz bir teknolojidir. Oldukça düşük enerji ile çalışan bu teknoloji özellikle cep telefonları ile standart bir teknoloji haline gelmiştir. Bu teknolojide iki cihaz arasında 100 metreye kadar bir mesafede veri iletimi yapılabilmektedir.
2007 yılında Bluetooth 2.1 ile birlikte enerji tasarrufu 5 kat daha iyileştirildi. 2009 yılında çıkan Bluetooth 3.0 ile veri iletim hızı 24 Mbps’ye kadar yükselerek kullanıcıların dosya paylaşımı ve oyun oynamaları daha konforlu bir seviyeye yükselmiştir.
Bluetooth 4.0 ile birlikte güç tüketimi daha da azaltılarak, fitness, kalp atışı ve adım sayacı gibi donanımların telefonlarda kullanılması sağlanmıştır. IoT ile ilgilenenlerin özellikle low-energy protokolü olarak bildiği en önemli Blutooth sürümü 4.0’dır. Çünkü bu sürümde enerji tüketimi daha da azalarak IoT sistemlerinde kullanılabilecek bir hale gelmiştir.
Bluetooth.com’daki açıklamaya göre 6 Aralık 2016 yılında yayınlanan Bluetooth 5.0 versiyonu, özellikle IoT uygulamalarına hitap etmektedir. Bu sürümün en önemli özelliği duvarlardan daha etkili geçebilmesi ve ev, ofis gibi iç mekanlarda daha etkin kullanılabilmesidir. Bluetooth 5.0 ile birlikte menzil mesafesi 4 katına, veri iletim hızı 2 katına ve bağlantısız veri yayın kapasitesi 8 katına çıkarılmıştır. Bunları yaparken de düşük güç tüketimini sağlaması IoT için vazgeçilmez bir protokol haline gelmesini sağlamıştır.
Ev ve ofis ortamında Wifi bağlantısının yaygın bir şekilde kullanılması Wireless teknolojisinin IoT içinde tercih edilmesinde en büyük etkene sahiptir. Bu ağ protokolü ile büyük verilerin işlenmesi ve iletilmesi hızlı bir şekilde gerçekleşir. Şu an için kullanılan en yaygın Wifi standardı 802.11n standardıdır. Verilerin iletimi hızlı bir şekilde yapılmasına karşın enerji tüketiminin fazla olması IoT projeleri için en büyük dezavantajdır. Wifi bağlantısının kullanıldığı projelerde güç tüketimini azaltmak için kablosuz bağlantı dinleme modunda bırakılmaktadır.
Radyo sinyalleri ile düşük oranlı ağlar oluşturmak için ZigBee, Z-Wave veya Thread gibi radyo protokolleri kullanılır. Bu teknolojiler düşük güç tüketimiyle birlikte yüksek oranda verim sağlamaktadır. Küçük cihazlar için yerel ağlar kurulurken bu tip radyo protokollerini rahatlıkla kullanabiliriz.
ZigBee, Bluetooth benzeri, kişisel alan ağlarının oluşturulması için kullanılan ve bu işlemi yaparken düşük güç tüketimi sağlayan bir iletişim protokolüdür. Temel amacı gündelik cihazların bir ağ içerisinde yönetilmesini ve kontrol edilmesini sağlamaktır.
Z-Wave, düşük enerjili bir RF iletişim teknolojisidir. Başta geliştirilme amacı, lamba ve sensör gibi ürünler için ev otomasyonu oluşturmayı sağlamaktır. 100Kbits/s gibi veri hızlarına sahip küçük veri paketlerini güvenilir ve düşük gecikmeli olarak iletmek için tasarlanmıştır. Bu radyo protokolü 1GHz altındaki bantta çalışır ve 2.4 GHz aralığında Bluetooth ve ZigBee gibi diğer kablosuz teknolojilerden kesinlikle etkilenmez. Z-Wave ile 232 adet cihaza kadar kontrol sağlanabilmektedir.
Thread, IPv6 tabanlı ve ev otomasyonu ortamını hedefleyen bir ağ protokolüdür. Bu protokol Bluetooth veya ZigBee gibi bir protokol değildir. IP veri aktarımını kullanan kablosuz bir ağ protokolü olduğu için Wifi bağlantısını tamamlayan bir ağ protokolüdür. Bu protokol özellikle IoT projeleri için geliştirilmiştir. Özellikle tüketici uygulamaları, ev içi ve ev çevresindeki cihazlar için tasarlanmıştır. Wifi’ye göre en büyük artısı veri iletimini yaparken düşük güç tüketimi sağlamasıdır.
Hücresel bir iletişim protokolü olan LTE-A ile daha uzun mesafelerde çalışacak IoT uygulamalarının geliştirilmesi sağlanır. LTE-A ile büyük verilerin yüksek hızda iletimi sağlanır. Tabii bunun yerine GSM veya 3G gibi teknolojileri de kullanabiliriz. Ancak uzak veri iletişiminin gerekli olduğu yerlerde 4G yani LTE-A bandını kullanmak IoT uygulamasının daha hızlı işlem yapmasını sağlayacaktır.
Büyük verilerin bu yolla gönderimi hem pahalı hem de yüksek güç tüketimine neden olmaktadır. Ancak daha küçük verilerin hızlı iletimi gibi durumlarda bu protokolü kullanmamız işlemlerin daha hızlı yapılmasını sağlayacaktır. Özetle uzak mesafelerde veri almak veya cihazları kontrol etmek için LTE gibi hücresel ağ teknolojilerinden faydalanmak gerekiyor.
Wifi Direct önceleri Wifi P2P olarak adlandırılan ve iki adet Wifi istemcisine sahip cihaz arasında kablosuz bağlantı oluşturarak dosya ve veri transfer işleminin yapılmasını sağlayan ağ kurma işlemidir. Bu yöntemde kablosuz bağlantı kullanılarak Bluetooth’ta olduğu gibi veri iletiminin yapılması sağlanır. Ancak veri iletimi Bluetooth’a göre daha hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleşmektedir. Bunu yaparken internet bağlantısına da yerel ağ bağlantısına da ihtiyacınız yok. Çünkü burada internet üzerinden veri iletimi yapılmıyor, aynı ortamda bulunan iki cihaz arasında haberleşme sağlanıyor.
Bu yöntemin en büyük avantajı büyük verilerin hızlı bir şekilde ve gecikmeye izin vermeden iletilmesini sağlamaktır.
Sonraki makalede IoT için kullanılan veri protokollerinden bahsedeceğim. Şimdilik hoşça kalın.
← Internet of Things (IoT) ve M2M, IIoT, WoT, IoE, Industry 4.0 Kavramları
IoT Veri Protokolleri →