Nesnelerin İnterneti (IoT) ve LoRa (Long Range)
Nesnelerin İnterneti (IoT) Nedir?
Kısaltması IoT olan , “internet of things” yani nesnelerin interneti, gelişen teknoloji ile günlük hayatımızda sıkça duyduğumuz bir konu haline geldi.Peki bu sık duyduğumuz konunun tarihi nedir?
Nesnelerin İnterneti kavramı 1999 yılında, Kevin Ashton tarafından şirket içi sunumda ilk defa kullanıldı. Nesnelerin İnterneti teknolojisi, günlük hayatta kullandığımız elektronik cihazların, internet sayesinde diğer cihazlar ve ağla veri iletişimi yapabilmesine dayanır. IoT özellikli cihazların birbirleriyle senkronizasyon içinde olması, bu teknolojinin en önemli özelliğidir.
En basit şekilde IoT, Uç cihazların oluşturduğu ağ ve bu cihazların, aralarındaki bağlantı üzerinden veri alışverişi yapması şeklinde tanımlanabilir.
Nesnelerin İnterneti (IoT) Uygulamaları
Evimizde, işyerimizde, günlük hayatta bir çok elektronik cihaz ve sensör kullanıyoruz. Bu sensörlerin bizim için birbirleriyle ve ağla haberleştiğini düşünün. Örneğin bir buzdolabı, içerisine konulan ürünlerin son kullanma tarihleri yaklaştığında telefonunuza bir uyarı mesajı gönderebilir. Veya IoT ile, eviniz için anahtar taşıma derdini tamamen ortadan kaldırabilirsiniz. Kapınızın önüne geldiğinizde, kapınız sizin geldiğinizi anlayarak kilidi açabilir. Bir diğer örneği de endüstriden verelim. Tedarik zinciri güçlü olan bir fabrika, stoklarında ne kadar ürün olduğunu sensörlerden gelen veri sayesinde anlık olarak görebilmektedir. Bu tarz yenilikçi ve akıllı uygulamalar, ev kullanıcılarına ve işletmelere zaman, verimlilik, para vb. birçok katkı sağlamaktadır.
Nesnelerin İnterneti (IoT) Mimarisi
Nesnelerimiz, yani cihazlarımız, kullanıldıkları ortamlardan, istenen verileri toplayıp, sunucuya gönderirler. Bu veri gönderme işlemi Wi-Fi, GSM, Bluetooth, Zigbee ve RF kartı yöntemlerinden biriyle olabilir.
Sunucumuza gelen veri bizim anlayabileceğimiz şekilde işlenir. Sunucudaki veri son kullanıcıya yani bizlere, uygulama üzerinden ulaştırılır. Sunucu uygulamaları ve protokoller, veri paylaşımı, uzaktan kontrol, izleme ve diğer işlevleri gerçekleştirmemize yardımcı olurlar.
Bluetooth, Wi-Fi ve kablolu bağlantı, alan genişliği olarak kısıtlı bir mesafe sunar. Hücresel Verinin ise maliyeti ve güç tüketiminin fazla olması dezavantajdır.
Mesafe problemini daha az maliyetle çözmek ve güç tüketimini azaltmak için LoRa ve LoRaWAN geliştirilmiştir.
Nesnelerin İnterneti (IoT) Katmanları
Veri iletimini katmansal olarak inceleyelim.
Perception Layer(Algılama Katmanı), fiziksel dünyayla etkileşime giren sensörlerden oluşur. Çevresel verileri toplar ve bu verileri dijital sinyallere dönüştürür.
Transport Layer(Taşıma Katmanı), algılanan verilerin ağa iletilmesini sağlar. Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, RF kartı gibi iletişim teknolojileri kullanılır.
Processing Layer(İşleme Katmanı), taşınan verilerin analiz edilmesi ve saklanmasını sağlar. Veri analizi, veri tabanlarına kayıt, veri filtreleme ve özetleme işlemleri gerçekleştirilir. Verilerin anlamlı bilgilere dönüştürülmesi bu katmanda gerçekleşir.
Application Layer(Uygulama Katmanı), son kullanıcının cihazları ve verileri yönetmesini ve kullanmasını sağlar. İnsanlar, cihazlar ve sistemler arasındaki etkileşimi yönetir.
Nesnelerin İnterneti (IoT) Sistemlerinde Gizlilik ve Güvenlik
Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisinin hızla yaygınlaşmasıyla birlikte, güvenlik ve gizlilik konuları daha da önem kazanmıştır. IoT cihazları, kişiye ve kurumlara ait özel verileri toplar, iletişim kurar ve işler. Bu nedenle, cihazların güvenliği ve veri gizliliği, hem kullanıcılar hem de endüstriler için önemlidir. Veri güvenliğinin sağlanması için yapılabilecek birkaç maddeyi şöyle sıralayabiliriz.
Kimlik Doğrulama ve Yetkilendirme: IoT cihazlarının güvenliğini sağlamak için kimlik doğrulama (authentication) ve yetkilendirme (authorization) yöntemleri kullanılır. Cihazların ve kullanıcıların kimlikleri doğrulanmalı ve sadece gerekli izinlere sahip olanlar, belirli işlevleri gerçekleştirebilmelidir.
Fiziksel Güvenlik: IoT cihazları fiziksel olarak korunmalıdır. Herhangi bir çalınma veya kasıtlı hasar verme problemlerine, önlemler alınmalıdır.
Güncel Yazılım ve Yama Yönetimi: IoT cihazlarının güvenliği, güncel yazılımın kullanılması ve güvenlik açıklarının zamanında yamalanması ile sağlanır. Üreticilerin, cihazları güvenli bir şekilde güncelleme mekanizmaları sunmaları önemlidir.
LoRa (Long Range) Nedir?
LoRa, uzun menzilli ve düşük güç tüketen bir kablosuz haberleşme teknolojisidir. LoRa (Long Range: Uzun Menzilli) terimi, cihazların birbirleriyle iletişim kurabilmesi için kullanılan bir protokolü ve fiziksel haberleşme katmanını ifade eder. Genellikle 1 GHz altı ISM frekans bantlarında (433Mhz, 868MHz, ,915MHz vb.) çalışır. Tarım, endüstriyel otomasyon, akıllı şehirler ve akıllı ev cihazları gibi birçok alanda kullanılır.
LoRa Teknolojisinin Temel Özellikleri
Uzun Menzil: LoRa teknolojisi, düşük frekanslı radyo dalgalarını kullanarak iletişim sağlar. Bu nedenle veriler uzun mesafeler boyunca iletilebilir.
Düşük Güç Tüketimi: LoRa, çalışmak için düşük güç tüketir. Böylece maliyet azalmış olur.
Düşük Veri Hızı: LoRa teknolojisi, düşük veri hızlarına sahiptir. Yüksek hızlı veri iletimi gerektiren uygulamalar için uygun değildir.
Lisanssız Bantta Çalışma: LoRa lisans gerektirmeyen ISM bandında çalışır. Bu durum kullanıcıya esneklik sağlar.
LoRaWAN: LoRa cihazlarının yönetimini, ağ bağlantısını ve veri iletimini düzenler. Bağlantı katmanıdır.
Bu saydığımız özelliklerden şöyle bir çıkarım yapabiliriz. LoRa, IoT isterlerine göre tasarlanmıştır.
LoRaWAN Nedir?
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), IoT cihazları için geliştirilmiş, uzaktaki sensörlerin veya cihazların, verilerini toplamak ve yönetmek için özel olarak tasarlanmış bir ağ protokolüdür. Bu protokol LoRa Alliance tarafından geliştirilmiştir.
LoRaWAN Ağ Yapısı
Sensörlerden alınan veriler radyo frekansları kullanılarak, antenler üzerinden Gatewaye iletilir. Sensörlerden Gatewaye veri yollanırken LoraWAN protokolü kullanılır. Gateway ağ geçidi anlamına gelmektedir. Gatewaye gelen veri burada IP paketine dönüştürülerek, TCP/IP protokolüyle sunucuya gönderilir. Dönüştürme işlemini Gateway yapar. Gönderme işleminde Wi-Fi veya hücresel veri kullanılır. Gateway sunucuya veriyi yollar. Cloud kısmında 2 tür sunucu vardır. Bunlardan biri ağ sunucusu diğeri de uygulama sunucusudur. Ağ sunucusu veri iletimini yönetir, güvenlik ve ağ yönetimi konularına odaklanır. Uygulama sunucusu verinin son kullanıcıya nasıl sunulacağı, işleneceği ve kullanılacağı konularına odaklanır. Sunucudan çıkan veri yine aynı protokol ile son kullanıcı olan bizlere mobil veya web uygulamalar üzerinden ulaşmış olur.
Özetleyecek olursak LoRa bizim sensörlerimizin bulunduğu ve iletişimden sorumlu olan fiziksel katmanımızdır. LoRaWAN ise sensörlerden gelen verinin sunucuya güvenli bir şekilde iletilmesi için geliştirilmiş bir protokoldür. Bağlantı katmanıdır.
LoRa ve LoRaWAN Katmanları
RF katmanında ISM bandında kullanılacak frekans aralığı tanımlanır. Bu aralık ülkelere göre değişkenlik gösterir.
Fiziksel Katmanda, sensörler bulunur. Verinin iletimi, ve alımı düzenlenir.
MAC Katmanında, aynı iletişim kanalını paylaşan cihazların, nasıl erişim sağlayacağı düzenlenir. Bu katman, veri paketlerinin doğru bir şekilde aktarılmasını sağlayan, çerçeveleme ve hata düzeltme işlemlerini de içerir.
Uygulama Katmanı, son kullanıcı uygulamalarının ve servislerinin iletişimini yöneten katmandır. Bu katman, kullanıcıların e-posta, web tarayıcıları, dosya paylaşımı ve diğer hizmetlere erişimini sağlar.
LoRaWAN Sınıfları
MAC katmanında görmüş olduğumuz Class A, Class B ve Class C’yi daha detaylı anlamak için görseldeki tabloyu inceleyebiliriz. Class A’da gatewaye veri gönderme, sürekli yapılabilir ancak veri alma, veri gönderdikten sonra yapılır. Bu nedenle güç konusunda verimlilik sağlanmış olur.
Class B’de veri alma ve gönderme işlemleri Gateway ve uç cihazın senkronize olduğu, önceden belirlenmiş bir zamanda gerçekleşir. Yani uç cihaz belli aralıklarla uyku modundan çıkıp ağı dinleyebilir. Class A ile Class B’nin farkı şudur. Class B de kullanıcı, uç cihaza periyodik aralıklarla komut gönderebiliyorken, Class A da komut göndermek için, önce uç cihazın ağa komut göndermesini beklemek zorundadır.
Class C de ise cihazlar sürekli olarak, veri gönderip alabilirler.
LoRaWAN Protokolü Veri İletim Animasyonu
Sensörler, cihazlar veriyi toplar. LoRaWAN protokolü kullanılarak, RF paketi şeklinde Gatewaye veri gönderilir. Gateway, gelen veriyi IP paketine dönüştürür ve clouda yollar. 2 tür sunucumuz olduğundan bahsetmiştik. Ağ ve uygulama sunucusu. Ağ sunucusu iletişim verilerini analiz eder, cihazların hizmet durumunu izler ve hangi uygulama sunucusuna yönlendirilmesi gerektiğine karar verir. Uygulama sunucusu, ağ sunucusundan yönlendirilen veriyi alır ve son kullanıcının gereksinimlerine uygun olarak işler. Alınan veriyi analiz eder, filtreler, dönüştürür ve gerektiğinde veri tabanına kaydeder. Son kullanıcı olan bizlere mobil uygulama, web sitesi veya e posta üzerinden ulaşmasını sağlar.