Internet of things (IoT) for effective post-disaster management
Kablosuz sensör ağ bazlı akıllı şebeke uygulamaları için hizmet katlitesi duyarlı sistem
- Tez No: 603696
- Danışmanlar: PROF. DR. TAŞKIN KOÇAK, PROF. DR. VEHBİ ÇAĞRI GÜNGÖR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, İletişim Bilimleri, Computer Engineering and Computer Science and Control, Communication Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Bahçeşehir Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Son zamanlarda nesnelerin interneti (Internet of Things – IoT) alanında yaşanan gelişmeler; kritik sistemlerin gerçek zamanlı gözlem ve yönetimine imkan veren güvenilir ve ucuz olay yönetim ve karar destek sistemlerinin geliştirilmesini mümkün kılmıştır. Nesnelerin internetinin geleneksel gözlemleme sistemlerine göre hata toleransı, güç yönetimi ve mobilite gibi birçok avantajı bulunmaktadır. Bu sebeplerle nesnelerin interneti, çeşitli afet yönetimi uygulamaları için (volkanik, taşkın, orman yangını, heyelan, deprem, kentsel afet yönetimi, terörist saldırı yönetimi ve mağdur konumlama gibi) çeşitli düşük maliyetli ve düşük güçlü kablosuz iletişim çözümleri sunmaktadır. Bununla birlikte, bir felaketin ortaya çıkma zamanı tahmin edilemediğinden ve bu kritik uygulamaların sistem bütünlüğü büyük önem taşıdığından; şu anda tasarlanmış ya da tasarlanması planlanan nesnelerin interneti tabanlı afet yönetimi uygulamalarınında; sahada kanıtlanmış donanım, güvenli ve güvenilir iletişim yetenekleri ve uzun pil ömrü gibi özelliklerin bulunması gerekir. Bu tezde, afet sonrası yönetim uygulamalarında kullanılmak üzere yukarıda belirtilen hedeflere ulaşmak için yeni tip iletişim, güvenlik ve pil tüketim yöntemlerinin gerekli olduğunu savunuyoruz. Türkiye büyük bir deprem bölgesinde yer aldığından ve can kayıplarının çoğu deprem sebepli olması nedeniyle, nesnelerin interneti tabanlı gerçek bir deprem afet yönetimi sistemi tez kapsamında geliştirmesi hedeflenmiştir. Geliştirilen bu sistem üzerinde tezde önerilen katkılar su üç aşamada incelenmiştir: İletişim yeteneklerinin arttırılması, pil ömrünün uzatılması, ve güvenlik ve veri bütünlüğünün arttırılması için gerekli yeni metotların geliştirilmesi. Tez kapsamında bir deprem sonrası Yapısal Sağlık İzleme (YSİ) sensörü geliştirilmiş ve sensörün doğruluğu inşaat mühendisleri ile birlikte deprem laboratuarında yapılan testler ile doğrulanmıştır. Interdisipliner çalışmalar ile farklı alanlarda başka nesnelerin interneti tabnlı başka çözümlerin üretilmesi mümkün olduğu gösterilmektedir. YSİ sensörleri, tezin diğer bütün katkılarının üzerinde test edildiği bir test ortamı olarak kullanılmıştır ve bu kapsamda enerji tasarruflu Optimize Link Durumu Yönlendirme (OLSR) protokülü, gelişmiş düşük güç gerektiren şifrelemesiz güvenlik sistemi denemeleri bu sistem üzerinde gerçeklenmiştir. Bir felaket durumunda gerçek hayattaki zorlukların üstesinden gelebilecek OLSR protokolünün geliştirilmiş bir sürümü önerilmiş ve gerçek bir donanım üzerinde uygulanmıştır. Önerilen Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA) çözümü, arama kurtarma ekiplerinin iletişimi için önemli olabilecek paralel çoklu ortam akışına izin vermektedir. Frekans atlama şeması, kablosuz ağın esnekliğini artırır ve kirletme saldırılarını önler. Genellikle, nesnelerin interneti tabanlı sensörlerinin kablosuz güvenliğini sağlayabilmek için şifreleme anahtarını gerektiren yöntemler kullanılmakta ve bu sebeple sensör üzerinde bu şifreyi saklayabilmek için nispeten pahalı bileşenler gerekmektedir. Bu durum maliyete duyarlı uygulamalar için güvenlik sorunlarının gözardı edilmesine neden olmaktadır veya verileri işlerken ve iletirken daha fazla güç tüketen kriptografik mesaj kimlik doğrulama protokolleriyle sağlanır. Sensörler tarafından üretilen verilerin gizli olmadığı, ancak veri bütünlüğünün çok kritik olduğu bazı durumlar vardır. Bu tezde, maliyeti düşük ve pil sınırlı olan nesnelerin interneti tabanlı afet yönetimi cihazlarının güvenilir iletişimini ele alan bir güvenlik yöntemi de öneriyoruz.
Özet (Çeviri)
Recent advances in IoT have allowed reliable and cost-effective event management and decision support systems, that has the potential of real-time monitoring and management of the critical systems. IoT has many benefits over traditional monitoring systems including fault tolerance, power management and mobility. In this respect; IoT provides low-cost and low-power wireless communication solutions for diverse sets of disaster management applications, volcanic disaster management, flood disaster management, forest fire disaster management, landslide disaster management, earthquake disaster management, industrial disaster management, urban disaster management, terrorist attack management, victim localization. However, since the time of occurrence of a disaster cannot be predicted and the system integrity of these critical applications are utmost importance; the realization of these currently designed and envisioned IoT based disaster management applications needs field proven hardware, secure and reliable communication capabilities and long battery lifetime. In this thesis, we argue that new types of communication, security and battery preserving methods are needed to achieve the aforementioned goals for post-disaster management applications. Since Turkey lies on a big earthquake zone and many lives are lost because of earthquake type disasters, this thesis focuses on increasing communication capabilities and battery lifetime and enhancing security and integrity on a real earthquake disaster management IoT system. The contribution of this thesis is three-fold, which are explained in the following three paragraphs. First, we have developed a post-earthquake Structural Health Monitoring (SHM) sensor and the accuracy of the sensor is tested in an earthquake laboratory with the help of civil engineering scientists. This shows that IoT can be used in different post-disaster related areas with the contribution of other related domains. The SHM sensors are used during all phases of the thesis for development and testing i.e., power efficient Optimized Link State Routing (OLSR), enhanced low-power non-cryptography based security and in other parts of the thesis. In addition, we have proposed an improved version of OLSR protocol and implemented it on real hardware to overcome real-life difficulties in a disaster situation. The proposed Time Division Multiple Access (TDMA) solution allows parallel multimedia streaming which can be important for the communication of first responders. The frequency hopping schema improves the resilience of the wireless network and to prevent jamming attacks. Finally, we have proposed a battery-efficient protocol for ensuring integrity in IoT communications. Usually, wireless security of IoT sensors is provided by cryptographic message authentication protocols, which requires relatively expensive components for storing and processing the encryption key on the sensor and consumes more power while processing and transmitting data which results in the renunciation of security issues for cost-sensitive applications. There are some cases where the data generated by IoT sensors is not confidential, but the data integrity is very critical. In this thesis, we propose a method which addresses reliable communication of IoT devices that are cost constrained and battery limited.
Benzer Tezler
- Mesleki eğitimde teknolojiye bağlı yeterliliklerin geliştirilmesinde nesnelerin interneti (IoT) eğitimi
Internet of things (IoT) training in developing technology-related competences in vocational education
MURAT ADNAN TAMER
Doktora
Türkçe
2021
Eğitim ve ÖğretimMarmara ÜniversitesiBilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN ÖZDENER DÖNMEZ
- Elektrik pano yangınlarına karşı nesnelerin interneti destekli algılama sisteminin geliştirilmesi
Development of an internet of things supported detection system against electric panel fires
MUHAMMED FATİH PEKŞEN
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
- From media-based modulation to reconfigurable intelligent surfaces: Novel index modulation solutions
Ortam-tabanlı modülasyon'dan uyarlanabilir akıllı yüzeylere: Özgün indis modülasyon çözümleri
ZEHRA YİĞİT
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Investigation of asset management practices in airports
Havalimanlarında varlık yönetimi uygulamalarının incelenmesi
CEMİL CAN UZUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN ERGEN PEHLEVAN
- Nesnelerin interneti için kenar bilişim tabanlı akıllı görsel algılama analizi
Edge computing based intelligent visual sensing analysis for the internet of things(IoT)
EMRAH ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAtatürk ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ÖZYER