Geri Dön

Next generation wireless networks for social good

Sosyal fayda için yeni nesil telsiz ağlar

PDF İndir

  1. Tez No: 816186
  2. Yazar: SULTAN ÇOĞAY
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SEÇİNTİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 67

Özet

Teknolojinin ve iletişim sistemlerinin sürekli ilerlemesi şüphesiz hayatlarımızı daha iyiye doğru dönüştürmüştür. Kablolu telefonların ilk günlerinden kesintisiz telsiz iletişimin modern çağına kadar, bu evrimsel süreçteki her adım, günlük varlığımızın çeşitli yönlerinde dikkate değer değişiklikler ve iyileştirmeler getirmiştir. Yeni nesil telsiz ağların entegrasyonu bu teknolojik devrimin ön saflarında yer almaktadır. Yüksek hızlı veri iletimi, düşük gecikme süresi ve geniş bağlantı yetenekleriyle karakterize edilen bu ağlar, modern toplumumuzun ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir. Yeni nesil telsiz ağlar, en son teknolojilerden ve yenilikçi yaklaşımlardan yararlanarak mümkün olanın sınırlarını zorlamış, ilerleme ve refah için yeni yollar açmıştır. Bu ağların en önemli avantajlarından biri, mobil iletişim üzerindeki etkilerinde yatmaktadır. Dahası, bu gelişmiş kablosuz ağlar üretim, sağlık, ulaşım ve tarım gibi çeşitli sektörlerde kapsamlı uygulamalara da öncülük etmiştir. Endüstriyel ortamlarda, yeni nesil telsiz ağlar tarafından etkinleştirilen Nesnelerin İnterneti (IoT) konsepti, akıllı fabrikaların ve verimli otomatik süreçlerin yükselişine yol açmıştır. Bu durum üretkenliği önemli ölçüde artırmış, işletme maliyetlerini düşürmüş ve genel güvenlik ve kalite standartlarını iyileştirmiştir. Buna ek olarak, yeni nesil kablosuz ağların kamu sağlığı üzerindeki etkisi de küçümsenemez. Uzaktan hasta izlemeden teletıp hizmetlerine kadar bu ağlar, sağlık hizmeti sağlayıcılarının coğrafi konumlarından bağımsız olarak hastalara kişiselleştirilmiş ve erişilebilir tıbbi bakım sunmalarını sağlamaktadır. Bu durum, kaliteli sağlık hizmetlerine erişimin bir zamanlar sınırlı olduğu kırsal ve yetersiz hizmet alan bölgelerde özellikle değerli olmuştur. Çevresel ve toplumsal problemler baz alındığındaysa, yeni nesil telsiz ağlar doğal afetlerin izlenmesi ve azaltılmasında kritik bir rol oynamaktadır. Uzak sensörlerden ve izleme istasyonlarından hızlı bir şekilde veri aktarabilen bu ağlar, değişen hava durumu modelleri, sismik faaliyetler ve diğer kritik göstergeler hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlar. Bu veriler, afet müdahale ekiplerinin bilinçli kararlar almasını ve etkili yardım çabalarını koordine etmesini sağlayarak sonuçta hayat kurtarır ve zararları en aza indirir. Ayrıca, trafik ve ulaşım zorlukları bağlamında, bu ağlar akıllı şehirlerin ve akıllı ulaşım sistemlerinin geliştirilmesini kolaylaştırır. Yeni nesil kablosuz ağlar araçları, altyapıyı ve yolcuları birbirine bağlayarak trafik akışını optimize eder, tıkanıklığı azaltır ve genel yol güvenliğini artırır. Yolcular gerçek zamanlı trafik güncellemelerinden, alternatif rota önerilerinden ve sorunsuz toplu taşıma deneyimlerinden yararlanır. Bu dönüştürücü olasılıklar ışığında, tez telsiz ağların potansiyelinden ve avantajlarında yararlanarak iki ana problemi konu alıp, bu problemlerin çözümlerine odaklanmaktadır. Öncelikle, bu tez orman yangınlarıyla mücadele için, yeni nesil ağlardan da faydalanarak bir görüntüleme sistemi önermektedir. Orman yangınlarına karşı verilen amansız mücadelede, insansız hava araçlarını (İHA) kullanarak önerilen orman yangını izleme yöntemi, giderek artan bu küresel endişenin üstesinden gelmek için son teknoloji bir çözüm sunmaktadır. İklim değişikliği, insan faaliyetleri ve doğal faktörlere atfedilen orman yangınlarının yaygınlığı ve şiddetindeki benzeri görülmemiş artış, bu acil ekolojik krizi ele almak için yenilikçi teknolojilere ve disiplinler arası yaklaşımlara yönelik bir çağrıya yol açmıştır. Yangınla mücadele ve izleme operasyonlarında İHA'ların kullanımı oyunun kurallarını değiştiren bir unsur olarak ortaya çıkmıştır. Bu hava araçları, kullanıcı dostu arayüzler, olağanüstü manevra kabiliyetleri ve yaygın kullanılabilirlik gibi sayısız vazgeçilmez özelliğe sahiptir. Sonuç olarak, İHA'lar orman yangınlarının etkin bir şekilde tespit edilmesi ve bunlarla mücadelede vazgeçilmez araçlar haline gelmiştir. Bununla birlikte, tekil İHA'lardaki sınırlı enerji kapasitesi sorunu, yangından zarar görmüş geniş alanların etkili bir şekilde gözetlenmesinde zorlu bir engel teşkil etmektedir. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek ve yangınla mücadele operasyonlarında yenilik yaratmak için gelişmiş izleme uygulaması“Phoenix”i geliştirdik. Phoenix, yol planlama, grafik motoru ve değiştirilmiş Gezgin Satıcı Problemi (TSP) algoritmalarının gücünü kullanan gelişmiş bir yangın izleme sistemi sunmaktadır. Bu akıllı bileşenleri entegre ederek, İHA yangın bölgelerinde olağanüstü bir hassasiyetle gezinme ve kapsamlı yangın alanı kapsamı için yörüngesini optimize etme yeteneği kazanır. Sonuç olarak, müdahale süresi önemli ölçüde kısalır, bu da orman yangınlarının hızla yayılmasını azaltmada ve değerli kaynakları korumada çok önemli bir rol oynar. Phoenix'in en güçlü yönlerinden biri, izleme verilerinin itfaiye ve diğer yangınla mücadele birimlerine hızlı ve sorunsuz bir şekilde iletilmesini sağlayan ağ mimarisinde yatmaktadır. Sahadaki mevcut koşullarla ilgili gerçek zamanlı güncellemeler, yangın söndürme ekiplerinin doğru kararlar almasını ve koordinasyon çabalarını geliştirmesini sağlar. Bu kesintisiz bilgi akışı, daha senkronize ve etkili bir yangınla mücadele yaklaşımına dönüşerek yangını başarılı bir şekilde kontrol altına alma ve söndürme şansını en üst düzeye çıkarır. Ayrıca Phoenix, İHA'ların karşılaştığı zorlukları ele almak için özel olarak tasarlanmış enerji optimizasyon stratejilerini dahil ederek geleneksel izleme uygulamalarının ötesine geçer. Eliptik yangın modelleme ve simülasyon tekniklerini kullanan uygulama, İHA'ların uzun süre havada kalmasını sağlayarak geniş coğrafi bölgelerin daha kapsamlı ve derinlemesine incelenmesini kolaylaştırıyor. Enerji kullanımındaki bu optimizasyon, İHA'ların daha geniş alanları kapsayabilmesi ve potansiyel yangın tehditlerini daha kapsamlı bir şekilde tespit edebilmesi sayesinde yangınla mücadele operasyonlarının genel verimliliğini önemli ölçüde artırmaktadır. Ek olarak, yangın bölgesi analizine yakıt nem içeriği (fmc) verilerinin dahil edilmesi Phoenix'i faydalarına katkı sağlamaktadır. fmc verilerini hesaba katan uygulama, gerçek dünyadaki yangın durumlarına etkili bir şekilde yanıt verme konusunda gelişmiş bir yetenek kazanmaktadır. Bu da yangınla mücadele ekiplerinin stratejilerini değişen yakıt koşullarına göre uyarlamalarını sağlayarak orman yangınlarıyla mücadelede başarılı sonuçlar elde etme olasılığını artırır. Sonuç olarak, gelişmiş izleme uygulaması“Phoenix”tarafından desteklenen önerilen orman yangını izleme yöntemi, orman yangını yönetimine yeni ve kapsamlı bir yaklaşım getirmektedir. Bu yenilikçi sistem, İHA'ların, akıllı algoritmaların ve veri analitiğinin potansiyelinden yararlanarak yangınla mücadele alanında devrim yaratmayı, hayat kurtarmayı, ekosistemleri korumayı ve orman yangınlarının gezegenimiz üzerindeki yıkıcı etkisini en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Değişen iklim ve artan orman yangını vakalarının getirdiği zorluklarla yüzleşmeye devam ederken, Phoenix gibi çözümler çevremizi korumada ve daha dayanıklı ve sürdürülebilir bir gelecek inşa etmede teknolojinin gücünü örneklemektedir. İkincisi, bu tez trafikte kör nokta tespiti yapan bir uygulama üzerine odaklanmaktadır. Yol güvenliğini artırma ve trafik kazalarını önleme arayışında, önerilen kör nokta tespit yöntemi, özellikle yayalar, bisikletliler ve motosikletliler gibi savunmasız yol kullanıcıları için oyunun kurallarını değiştiren bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Çeşitli güvenlik önlemlerinin uygulanmasına rağmen, trafik kazaları ciddi bir endişe kaynağı olmaya devam etmekte ve dünya genelinde, özellikle de yüksek trafik hacmine ve yetersiz altyapıya sahip orta gelirli ülkelerde sayısız ölüm ve yaralanmaya yol açmaktadır. Araç kör noktaları, bu kazalara katkıda bulunan kritik bir faktör olmaya devam etmekte ve özellikle görüş alanının engellendiği durumlarda savunmasız kullanıcıları tespit etme ve korumada zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Bu acil sorunu ele almak için ultra geniş bant (UWB) teknolojisinin kullanımı, etkili ve erişilebilir bir kör nokta algılama sistemi geliştirmede önemli bir rol oynamaktadır. UWB teknolojisinin maliyet etkinliği ve yaygın kullanılabilirlik gibi doğal avantajları onu bu uygulama için ideal bir aday haline getirmektedir. Geniş bir frekans aralığında veri iletme kabiliyeti, hassas ve doğru algılamayı mümkün kılarak yol güvenliğini artırmak için güvenilir bir çözüm haline getirir. Varış Zaman Farkı (TDOA) yöntemi, önerilen kör nokta tespit sisteminde önemli bir rol oynamaktadır. Sistem, UWB sinyallerinin araç üzerindeki farklı alıcılara ulaşması için geçen süreyi analiz ederek kör nokta alanındaki yayaların, bisikletlilerin veya motosikletlilerin varlığını etkili bir şekilde belirleyebilir. Bu gerçek zamanlı tespit, sürücüleri kritik bilgilerle güçlendirerek bilinçli kararlar vermelerini ve olası kazaları önlemek için proaktif önlemler almalarını sağlar. Ayrıca, önerilen bu yöntemi bir demo ile gerçeklenmiştir. Dört UWB kiti ve UWB destekli bir cep telefonunun kullanıldığı demo, sistemin etkinliğine ve pratikliğine dair somut kanıtlar sunmaktadır. Bu demo için, UWB kitleri ve cep telefonu uygulaması yazılımı geliştirmiştir. Buna ek olarak, bu yöntemin simülasyon kullanılarak diğer yaklaşımlarla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bu tez yeni nesil telsiz ağlarından faydalanarak önerilmiş iki methodu ele almaktadır. Öncelikle, gelişmiş izleme uygulaması“Phoenix”tarafından desteklenen önerilen orman yangını izleme yöntemi, orman yangını yönetimine yeni ve kapsamlı bir yaklaşım getirmektedir. Bu yenilikçi sistem, İHA'ların, akıllı algoritmaların ve veri analitiğinin potansiyelinden yararlanarak yangınla mücadele alanında devrim yaratmayı, hayat kurtarmayı, ekosistemleri korumayı ve orman yangınlarının gezegenimiz üzerindeki yıkıcı etkisini en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Değişen iklim ve artan orman yangını vakalarının getirdiği zorluklarla yüzleşmeye devam ederken, Phoenix gibi çözümler çevremizi korumada ve daha dayanıklı ve sürdürülebilir bir gelecek inşa etmede teknolojinin gücünü örneklemektedir. İkinci adımda ise, kör nokta tespit yöntemi gibi yol güvenliği teknolojilerinin sürekli geliştirilmesi ve iyileştirilmesi, trafik kazalarını önemli ölçüde azaltma ve sayısız hayat kurtarmada rol oynayan bir sistem önerilip incelenmiştir. UWB teknolojisinin ve yenilikçi algoritmaların gücünden yararlanarak, herkes için daha güvenli ve daha kapsayıcı bir yol ortamı yaratabilir. Gelişmiş yol güvenliğine yönelik bu uygulamalar, teknoloji, politika ve kamu bilincini birleştiren kolektif bir çabadır ve gelecek için daha az kaza ve daha güvenli yolların olduğu bir geleceğe doğru yönlendirir.

Özet (Çeviri)

The advancement of technology and communication systems has yielded beneficial outcomes in everyday life. Including next generation wireless networks is an integral component of this evolutionary process. Consequently, the advancement of technology and evolving needs have led to the enhancement of wireless communication systems by implementing next generation wireless networks, thereby rendering them more powerful and efficient. These technologies, such as mobile communications, industrial applications, and the Internet of Things (IoT), significantly impact our lives. In addition to the factors above, wireless networks have emerged as a pivotal tool in addressing societal challenges. Next generation wireless networks have the potential to manage various critical domains such as natural disasters, environmental concerns, traffic and transportation challenges, and public health issues. Because of these reasons , this thesis has two main objective utilizing wireless networks. Firstly, we propose a wildfire monitoring method. Wildfires have emerged as a significant worldwide concern in today's world. The prevalence and severity of wildfires have increased due to climate change, anthropogenic actions, and natural influences. In response to the prevailing ecological crisis, researchers and professionals in science and engineering are actively exploring a range of technological and supplementary precautions. The findings of this investigation indicate that unmanned aerial vehicles (UAVs) significantly impact combatting forest fires. UAVs have become essential tools in firefighting and monitoring operations due to their notable attributes, including user-friendly interfaces, exceptional maneuvering capabilities, and enhanced availability. Nevertheless, the constrained energy capacity of a singular UAV poses a significant challenge in efficiently surveilling expansive fire zones. To effectively tackle these challenges and enhance the efficiency of firefighting operations, a proposed solution is implementing an advanced monitoring application called“Phoenix.”Phoenix provides an advanced fire-tracking monitoring system, which integrates path planning, a graph engine, and modified Traveling Salesman Problem (TSP) algorithms. This system aids the UAV in effectively tracking fire areas and optimizing its trajectory. This capability enables the UAV to conduct a more efficient scanning of the fire area, reducing response time. Consequently, this helps to mitigate the spread of the fire. Phoenix has designed a network architecture that facilitates the prompt transmission of monitoring data to the fire brigade and other firefighting units. This enables the firefighting crews to remain informed about the prevailing conditions at the site and enhance their coordination efforts.The Phoenix application facilitates energy optimization to tackle the energy limitations an individual Unmanned Aerial Vehicle (UAV) faces. Therefore, UAVs can remain airborne for an extended duration and effectively survey more significant geographical regions. This enhances the efficacy of firefighting operations. The application operates by employing elliptical fire modeling and simulation techniques. Additionally, the analysis of critical fire zones incorporates fuel moisture content (fmc) data within the fire zone. This facilitates Phoenix's enhanced ability to respond effectively to real-world situations, thereby augmenting the likelihood of success in firefighting endeavors. Secondly, we propose a blind spot detection method to protect pedestrians, cyclists and motorcyclists in traffic and prevent accidents. Traffic crashes are a significant issue that regrettably results in numerous fatalities and injuries in contemporary times. Traffic accidents are a prominent contributor to global mortality rates, particularly in middle-income nations with high traffic volumes and insufficient or inadequate infrastructure. Despite implementing numerous safety measures to address this issue, a significant level of risk remains, particularly for susceptible road users, including pedestrians, cyclists, and motorcyclists. The significance of vehicle blind spots is a crucial factor in such accidents. Despite the recent introduction of advanced safety systems incorporating costly hardware, detecting vulnerable users remains challenging, particularly in situations where the field of view is obstructed. Furthermore, we utilized ultra-wide-band (UWB) technology to develop this system. UWB is an advantageous wireless communication tool for both cost-effectiveness and widespread availability. We use the Time Difference Of Arrival (TDOA) method to detect the vehicle or pedestrian in the blind spot. We have developed a demo by developing this proposed method. We used four UWB kits and a UWB-supported mobile phone for this demo. We implement the software in the kits used for the demo and the software of the application on the mobile phone ourselves. Apart from that, we compared our method with different methods using simulation. In conclusion, this thesis proposes two next-generation wireless network approaches. First, Phoenix, an advanced monitoring program, powers the suggested wildfire monitoring technique. This novel technology uses UAVs, advanced algorithms, and fire model to revolutionize firefighting, save lives, preserve ecosystems, and reduce wildfire damage. Phoenix shows how technology can safeguard our environment and develop a more resilient and sustainable future as we battle climate change and wildfires. The second stage of this thesis proposes and examines the continuing development and enhancement of road safety technology like blind spot identification, which reduces traffic accidents and saves lives. UWB technology and new algorithms may make roads safer and more inclusive. These road safety applications use technology, legislation, and public awareness to reduce accidents and make roads safer.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    492501

    Energy and spectrum-efficient communication techniques for next-generation internet of things

    Gelecek-nesil nesnelerin interneti için enerji ve tayf-verimli haberleşme teknikleri

    ECEHAN BERK PEHLİVANOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    İletişim BilimleriKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR BARIŞ AKAN

  2. Tez No

    789612

    Çöz ve aktar röleli iletim sistemlerinin başarım analizleri

    Performance analysis of decode and forward relayed transmission systems

    YAKUP ŞAHİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TANSAL GÜÇLÜOĞLU

    DOÇ. DR. EYLEM ERDOĞAN

  3. Tez No

    863387

    New edge computing offloading methods for next generation wireless networks

    Yeni nesil haberleşme sistemleri için geliştirilen kenar ağlarda bilgi işlem yük boşaltma yöntemleri

    BESTE ATAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA

  4. Tez No

    380582

    Görünür ışıkla kablosuz yeşil haberleşme sistemleri

    Wireless green communication systems with visible light

    DİLEK ŞENYER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHava Harp Okulu Komutanlığı

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR BARIŞ AKAN

    YRD. DOÇ. DR. NUMAN ÜNALDI

  5. Tez No

    348662

    Sosyal zekâ tabanlı yönlendirme algoritmaları incelenmesi ve karşılaştırılması

    Analysis and comparison of swarm intelligence based routing algorithms

    UĞUR ÖZBEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ETEM KÖKLÜKAYA

Geri Dön