Design and simulation of wireless sensor networks (WSN) for smart home applications using MATLAB and AI
MATLAB ve yapay zeka kullanarak akıllı ev uygulamaları için kablosuz sensör ağlarının (WSN) tasarımı ve simülasyonu
- Tez No: 1016612
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ LÜTFİYE ÖZLEM AKKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezin odak noktası, Kablosuz Algılayıcı Ağlarda (WSN) enerji verimli vebunların akıllı ev ortamlarındaki uygulamalarıdır. Bir WSN genellikle düşük güçözelliklerine sahip çok sayıda algılayıcı düğümden oluşur ve bu tür ağlar enerjiverimliliği, ağ ölçeklenebilirliği ve haberleşme güvenilirliği açısından ciddizorluklarla karşı karşıyadır. Bu doğrultuda, bu çalışmada üç farklı yaklaşımkarşılaştırmalı olarak incelenmiştir: LEACH protokolü, ZigBee protokolü ve yapayzekâ destekli ZigBee yaklaşımı.Araştırma, düğümler arasındaki enerji tüketiminidengelemek amacıyla rastgele küme başı (cluster head) rotasyonu ve veri toplulaştırmamekanizmalarını kullanan hiyerarşik bir kümeleme protokolü olan LEACH'in analiziile başlamaktadır. Bu çalışmada, kalan enerji, baz istasyonuna olan uzaklık ve paketboyutu gibi parametreleri dikkate alarak küme başlarını dinamik olarak seçen yeni birağırlıklandırma mekanizmasına dayalı, değiştirilmiş bir LEACH protokolüönerilmiştir. Bu sayede ağın genel kararlılığı ve yaşam süresi artırılmıştır. Ardından,IEEE 802.15.4 standardına dayanan, örgü (mesh) ağ yapısına ve düşük güç tüketimliIoT uygulamaları için uygun enerji verimli bir MAC katmanına sahip olan ZigBeeprotokolü incelenmiştir. Ancak ZigBee'nin sabit uyku-uyanma döngüleri, değişken ağkoşulları altında verimsiz olabilmektedir. Bu sorunu gidermek amacıyla, düğümetkinlik düzeninin akıllı bir şekilde ayarlanmasını sağlayan ve boşta dinlemeyi en azaindirerek gereksiz enerji tüketimini azaltan yapay zekâ tabanlı akıllı uyku zamanlamatekniği önerilmiştir. LEACH, ZigBee ve yapay zekâ destekli ZigBee olmak üzere üçhaberleşme modeli MATLAB ortamında gerçekçi ağ koşulları altında tasarlanmış vebenzetimi gerçekleştirilmiştir. Performans değerlendirmesi; enerji tüketimi, kalanenerji, paket iletim oranı, sinyal-gürültü oranı ve genel ağ ömrü gibi temel metriklerüzerinden yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The focus of this thesis is on the energy-efficient communication strategy in WSNs and their applications in smart home environments. A WSN normally consists of a large number of sensor nodes characterized by low power, which always faces serious challenges regarding energy efficiency, network scalability, and communication reliability. Accordingly, this work performs a comparison study between the three approaches: LEACH protocol, ZigBee protocol, and AI-enhanced ZigBee. The research starts with the analysis of LEACH, which is a hierarchical clustering protocol that uses randomized cluster head rotation and data aggregation to balance energy consumption among nodes. In this paper, the authors propose a modified LEACH protocol using a novel weighting mechanism to elect cluster heads dynamically,considering residual energy, distance to the BS, and packet size, thus enhancing overall network stability and lifetime. Then, the authors investigated the ZigBee protocol based on IEEE 802.15.4 standard, having mesh networking and an energy-efficient Mac layer design suited for IoT low-power applications. However, fixed sleep-wake cycles of ZigBee may be inefficient under varying conditions in networks. To addressees challenge, the study proposed an AI-driven smart sleep scheduling technique through which the node activity pattern will be intelligently adjusted to minimize idle listening and therefore reduce unnecessary energy dissipation. The three communication models, namely LEACH, ZigBee, and AI-enhanced ZigBee, have been designed and simulated using MATLAB under realistic network conditions.Performance is evaluated in terms of key metrics such as energy consumption, residual energy, packet delivery ratio, signal-to-noise ratio, and overall network longevity.Simulation results have shown that an AI-enhanced ZigBee approach outperforms both LEACH and the conventional ZigBee model in terms of energy efficiency and reliability.
Benzer Tezler
- Kablosuz algılayıcı ağlar için yeni bir röle mekanizması tasarımı ve benzetiminin yapılması
Design and simulation of a new relay mechanism for wireless sensor networks
DAVUT ARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBitlis Eren ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSA ÇIBUK
- Düşük güçlü ve kayıplı kablosuz sensör ağlarında topolojinin ağ kurulumunda enerji tüketimine etkisi
The effect of network installation on low power and lossy wireless sensor networks on energy consumption
NAMIK CEYLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- SDN integration for internet of things using WSN and RFID
Başlık çevirisi yok
MOHAMMED HUSSEIN AL-HUBAISHI
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELAL ÇEKEN
DOÇ. DR. SEÇKİN ARI
- Kablosuz haberleşme için anten tasarımı
Antenna design for wireless communication
HEMRAH HIVEHCHI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SAEID KARAMZADEH
- FPGA based control and reconfigurablemechanism in wsn
Kablosuz algılayıcı ağlar için FPGA tabanlı kontrol ve yapılandırılabilir mekanizma
AHMED KHAZAL YOUNIS AL AZZAWI
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYaşar ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TUNCAY ERCAN