Retrieving and classifying emergency situations for smart home applications
Akıllı ev uygulamaları için acil durumların saptanması ve sınıflandırılması
- Tez No: 738349
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Bir kablosuz iletişim teknolojisi olan Bluetooth'un kullanım alanlarından biri de çok gelişmiş olmayan elektronik cihazların işlevselliğini artırmak ve kullanıcıya ait verileri taşımak için elektronik cihazlarla haberleşmektir. Bluetooth, internet erişimi olmayan cihazların, olan cihazlarla kablosuz olarak haberleşmesine imkan tanıyarak bu cihazların çok daha düşük maliyetlerle internete erişebilmesinin de yolunu açmıştır. İş yerlerinde personel giriş çıkış hareketleri, evlerde beyaz eşyaların kontrolü, sıcaklık ölçümü gibi basit işler için çok fazla işlem gücü istemeyen cihazlar tercih edilir. Bu işler basit olsa da o cihazlardan alınması gereken veriler çok önemli olabilir. Basit dediğimiz cihazlarda da genellikle internet erişimi olmaz. Bluetooth teknolojisi, bu kısımda devreye girer ve bu basit cihazlara ufak bir Bluetooth donanımı yerleştirilerek bilgi toplanmasını düşük bir maliyetle kolay hale getirir. Böylece internet erişimi olan bir cihaza Bluetooth üzerinden istenilen verilar gönderilebilir ve böylelikle veriler artık internet ortamına taşınmaya hazır hale gelir. İnternete aktarılan veriler herhangi bir amaç için saklanabilir ve kullanılabilir. Bu çalışmada, bir akıllı ev sisteminde, acil durumlar için kullanıcı verilerinin yetkili kurumlarla nasıl paylaşılabileceği araştırılmıştır. Akıllı evdeki cihazları simüle edebilmek için ilk olarak Bletooth mesh network teknolojisi kullanılarak birbirleri ile haberleşen 4 adet cihaz seçilmiştir. Bu cihazlar; hareket sensörü, sıcaklık sensörü, buzdolabı ve klimadır. Cihazları simüle edecek olan elektronik kartlar, CYBT-213043-MESH EZ-BT Module Mesh Evaluation Kit 'inin kartlarıdır. Bluetooth Mesh projeleri için özelleşmiş olan bu kartların üzerinde projemiz için faydalı olabilecek bazı sensörler, haberleşme portları, ledler gibi çevresel donanımlar bulunmaktadır. Kartların programlanması için Cypress 'ın Yazılım Geliştirme Kit(SDK) 'i kullanılmıştır. SDK, işlemci satıcılarının sağlamış olduğu donanımların daha kolay kontrol edilebilmesine ve yeniden programlanmasına yardımcı olan bir araçtır. Sistemde acil durum oluştuğunda, gerekli acil durum kurumlarına bildirim gönderilirken kullanıcının sağlamış olduğu bilgilerin yanında bir de GPS sisteminden elde edilen konum bilgisi de bildirimin içerisine eklenir. Bu veri, kullanıcı kendi adresini kaydetmiş olsa dahi doğrulamayı arttırmak için önemli bir unsurdur. Burada konum bilgisi elde edebilmek için Arduino NEO-6M GPS sistemi kullanılmıştır. GPS modülü, bir antene sahiptir ve buradan çektiği enlem, boylam bilgileri sayesinde tarih ve saat gibi bilgileri de kendisi üretebilir. Çalışma için GPS modülünden sadece enlem ve boylam bilgileri çekilmiştir. Akıllı ev uygulamaları kullanıcılara, evin içinde olup bitenleri kontrol etmenin yanı sıra en çok da güvenlik çözümleri sunmayı hedefler. Bu yüzden sürekli yeni cihazlar ve sensörler akıllı ev sistemlerine dahil edilir ve yeni kullanıcı senaryoları yazılır. Ayrıca kullanıcının özgür olarak oluşturabileceği senaryolara da imkan tanınır. Bu çalışmada da evin fiziksel güvenliğini hedef alan bir kullanıcı senaryosuna hizmet etmek için yapılmıştır. Kullanıcının özellikle şehir dışına çıktığında aktif edebileceği bir kural olarak; evde izinsiz insan hareketi algılandığında polise veya yangın algılandığında itfaiyeye haber veren bir senaryo düşünülmüştür. Bu senaryolar elbette çoğaltılabilir. Böyle bir senaryo için ev içerisinde Bluetooth Mesh ağı içerisinde dolaşan bir verinin ilk olarak buluta çıkarılması ardından yetkili kurumlara gönderilmesi gerekmektedir. Normalde Bluetooth Mesh ağında, ağın dışıyla haberleşen cihaza 'vekil düğüm' denir ve GATT arayüzü kullanarak başka cihazlarla haberleşir; ancak bu çalışma için kullanılan geliştirme kartının Wi-Fi donanımı olmadığı için veri, ilk olarak seri haberleşme üzerinden başka bir işlemciye gönderilmiştir. Bu işlemci, Espressif 'in Wi-Fi ve Bluetooth işleri için özelleşmiş olan ESP32-S2 modülüdür. Farklı bir haberleşme metodu kullanmasına rağmen bu cihaza, ağ dışıyla haberleşmeyi sağladığı için yine de 'vekil düğüm' denebilir. Donanımsal olarak buluta veri göndermeye hazır olan bu sistemin, verileri göndermeden önce yapması gereken son şey şifrelemedir. Acil durum kurumlarına gönderilmesi hedeflenen bilgiler içerisinde metadata denilen isim, soyisim, adres, e-mail adresi, telefon numarası, ne zamandan beri evde olmadığı ve ne zaman eve döneceği gibi bilgiler yer almaktadır. Bu verilerin kötü niyetli insanların eline geçmesi istenmeyen sonuçlar doğurabilir. Ayrıca bulut sağlayıcısının sunucuları yurt dışında olabilir. Böyle bir durumda da kanuni kısıtlamalar ve yaptırımlar devreye girer. Tüm bunları önlemek adına her türlü taşınan kullanıcı verisinin, şifrelenerek taşınması gerekir. Bu çalışmanın odak noktası tam da burasıdır; acil bir durum için aktarılması gereken kullanıcı verisinin aktarılmadan önce şifrelenmesi ve entegre sistem üzerinden buluta aktarılmasıdır. RSA (Rivest-Shamir-Adleman) algoritması, dünyada kullanılan en yaygın en etkili şifreleme yöntemerinden biridir. İsmini, algoritmayı bulan üç kişinin soyadlarının baş harflerinden almıştır. Şifreleme işlemini iki adet çok büyük asal sayı kullanarak yapar. RSA 'yı zor bir kriptografi yapan şey bu iki çok büyük asal sayıyı çarpanlarına ayırmanın zor olmasıdır. Bu sebeple kullanılan asal sayılar ne kadar büyük olursa şifreleme işlemi o kadar iyi gerçekleşmiş, şifreyi çözmesi de bir o kadar zorlaşmış demektir. Bu sebeple en az 2048 bit 'lik sayılar seçilmesi önerilir. Şifreleme işleminin ana elementi olan iki büyük asal sayının nasıl bulunacağı da bu çalışma için en önemli noktalardan biridir. Asal sayıları bulmak oldukça zordur, bu yüzden izlenmesi gereken birtakım prosedürler vardır. Bu prosedürler yazılıma entegre edilirken üç önemli adım uygulanmıştır. Birincisi, istenen bit boyutunda rastgele bir tek sayı seçilmiştir. İkincisi, önceden seçilen 300 adet asal sayıya bölünüp bölünmediği kontrol edilmiştir ve bölünmediğinden emin olunan sayılarla yola devam edilmiştir. Üçüncü ve son adımda ise elimizdeki sayı Rabin Miller Asallık Testi iterasyonuna sokulmuştur. Kabul edilebilir bir hata oranı ile testi geçen sayı RSA algoritmasının uygulanması için uygun olarak seçilmiştir. RSA algoritması için uygun olarak seçilen iki asal sayı çarpılır ve elde edilen sayıya RSA modülü denir. RSA modülü kullanılarak iki adet anahtar üretilir. Anahtarlardan biri genel anahtar, diğeri özel anahtar olarak adlandırılır. Her cihazın bir genel anahtarı bir de özel anahtarı olur. Genel anahtar herkesle paylaşılırken özel anahtar gizli kalır ve kimseyle paylaşılmaz. Cihazlar göndermek istedikleri mesaja, alıcının genel anahtarını kullanarak şifreleme yaparlar. Şifreli mesajı alan alıcı cihaz ise kendi özel anahtarını kullanarak şifre çözme işlemi yapar. Böylelikle taşınan mesaj şifreli olarak taşınmış olur ve bu şifrenin anahtarı da kesinlikle taşınmamış, alıcı ve verici dışında kimsede bulunmamış olur. RSA algoritması Espressif işlemci üzerinde programlanmıştır. Kullanıcının daha önce sağlamış olduğu kişisel bilgileri ve GPS 'ten alınan konum bilgisi birleştirildikten sonra RSA şifreleme fonksiyonuna sokulmuş ve şifrelenmiş yeni veri acil durum kurumlarına gönderilmiştir. Böylece hem gizlilik ihlal edilmemiş hem de acil durum, yetkili kurumlara ve kullanıcıya bildirilmiştir. Şifre çözme işleminin kurumların bulut ortamında gerçekleştirildiği varsayılarak kurumların arama tablosuna bakarak ve bunları karşılaştırarak müdahaleye gittiği bir senaryo düşünülmüştür. Çalışma esnasında elimizde herhangi bir bulut ortamı bulunmadığı için acil durum mesaj bildiriminin ulaştığını göstermek adına bir e-mail gönderilmesi planlanmıştır. E-mail gönderebilmek için Basit Mail Taşıma Protokolü(Simple Mail Transfer Protocol - SMTP) kullanılmıştır. SMTP 'nin çalışması için bir adet mail sağlayıcı sunucusuna ihtiyaç vardır ve dünya çapındaki çoğu sağlayıcılar bu sunucularını ücretsiz olarak kullanıma açık tutmuştur. Bu çalışma için Google'un sunucuları kullanılmıştır. Sunucu konfigürasyonları kod içerisine gömülerek SMTP 'nin çalışması sağlanmıştır ve acil durum mesajının istenilen adrese ulaştırılabildiği görülmüştür. Bu çalışmada, yangın durumunda itfaiyeye haber verme ve hırsızlık durumunda polise haber verme senaryosu simüle edilmiştir. Simülasyonda kullanıcı verilerinin nasıl şifreli bir şekilde gönderilebileceği gösterilmektedir. Ağın işleyişi ve veri iletimi incelendiğinde, RSA algoritmasının akıllı ev uygulamaları için yüksek güvenlikli bir çözüm sunduğu sonucuna varılmıştır. Böylece, gizliliği ihlal etmeden bir akıllı ev sistemine kurtarma bildirimi kullanım senaryosunun eklenebileceği de kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
One of the uses of Bluetooth, which is a wireless communication technology, is to communicate with smart devices in order to increase the functionality of not very advanced electronic devices and to carry data that appeals to the user. Bluetooth has also paved the way for devices without internet access to access the internet at a much lower cost by communicating wirelessly with devices with internet access. Data transferred to the Internet can be stored and used for any purpose. However, while doing this, user data must be kept encrypted by law and should not be shared with third parties. In this study, it has been investigated how user data can be shared with authorized institutions for emergencies. A mesh network was created using the Cypress BT-Mesh kit. Each of the 4 development boards is programmed to simulate a smart home device. Cypress's Software Development Kit(SDK) was used during programming. In addition, an Arduino GPS system included in the system is used to receive location data. The RSA (Rivest-Shamir-Adleman) algorithm is used to send all user data encrypted to authorized institutions in case of emergency. Thus, both the confidentiality was not violated and the emergency situation was reported to the authorized institutions and the user. The RSA algorithm was executed on the Espressif processor and the ESP-IDF SDK was used. Assuming that the decryption process is carried out in the cloud environment of the institutions, a scenario in which institutions intervene by looking at the lookup table and comparing them is considered. In this study, the scenario of notifying the fire department in case of fire and informing the police in case of a thief is simulated. In the simulation, it is shown how user data can be sent in an encrypted way. When the functioning of the network and the transmission of data are examined, it is concluded that the RSA algorithm provides a high-security solution for smart home applications. Thus, it has also been proven that a recovery notification use-case can be added to a smart home system without violating privacy.
Benzer Tezler
- Bilgi sistemlerinde bilgi akışı modellemesi
Başlık çevirisi yok
DUYGU DERİNÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET FAHRİ ÖZOK
- İzmir ilindeki köpeklerde görülen kalça displazisinin insidansının araştırılması
Investigation of the incidence of hip dysplasia in dogs in İzmir province
HÜSEYİN CAN TEMÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Veteriner HekimliğiFırat ÜniversitesiVeterinerlik Cerrahisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CENGİZ HAN
- IP trafiğinin optik şebekeler üzerinden taşınması
IP packet transmission over optical networks
NERGİN ÖZGÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
- Effect of hot extrusion, annealing and warm rolling on the functional fatigue behaviors of nitihf high temperature shape memory alloys
Sıcak ekstrüzyon, tavlama ve sıcak haddelemenin nitihf yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımların fonksiyonel yorulma davranışları üzerindeki etkisi
ERHAN AKIN
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BENAT KOÇKAR