Blog

Gelen Tsunami IPv6 : M2M ve IoT

Son yıllarda gittikçe daha sık duymaya başladığımız iki kavram M2M (Machine to Machine) ve IoT (Internet of Things). Çoğunlukla birbirinin yerine kullanılsa da aslında farklı kavramlar. M2M ve IoT uygulamalarına ilişkin birçok araştırma yazısı ve dokümana internetten ulaşmak mümkün. Bu yazımın amacı ise, bu uygulamalara ilişkin ayrıntılar vermekten çok, hayata geçirilmelerini sağlayan teknoloji ve standartlar hakkında okuyucuyu bilgilendirme. Dolayısıyla, kısaca tanımlara değindikten sonra, uygulama ihtiyaçlarının karakteristik özelliklerini vermeye çalışacağım. Son olarak da, bu ihtiyaçları karşılamak üzere geliştirilmiş standartlardan ve protokollerden bahsedeceğim.

M2M, makineler arası genellikle basit protokoller yardımıyla (örneğin IR : Infrared) -ve son zamanlarda internet üzerinden- iletişim sağlayan teknolojiler olarak tanımlanabilir.

IoT ise, bunun çok daha ötesinde bir kavramı ifade ediyor. İnternet ortamına taşınabilen, günlük hayatta kullandığımız herhangi bir nesne, direkt internete bağlı olmasa da IoT tanımı içinde olabiliyor. “Nesnelerin internet üzerinden etkileşimi” olarak tanımlayabileceğimiz IoT, akıllı olmayan hatta nete bağlı olmayan nesneleri bile (akıllı telefon ya da handsetleri, gateway olarak kullanarak) kapsayabilen çok daha geniş bir kavram. Örneğin, bir kitap, üzerindeki barkod aracılığıyla IoT kavramı içinde değerlendirilebilir. Oysa bebek odası dinleme cihazı M2M tanımına uyduğu halde internetle etkileşimi olmadığı sürece IoT kapsamında olmayabiliyor.

M2M ya da IoT, bazı yorumcuların “gelen tsunami” (Ref 1) olarak tanımladığı IPv6 ile birlikte, internet denen müthiş devrimin ikinci dalgası olarak yorumlanıyor. Bu teknolojilerin, önümüzdeki on yıl içinde gündelik hayatımızı oldukça değiştireceği muhakkak. Şu ana kadar yapılan birçok şeyin daha akıllıca (smart) yapılması konusunda muazzam açılımlar sunan bu teknolojilerin, hayata geçirilmesi ile birçok şeyin önünde ”akıllı” önekini kullanmaya başlayacağız, hatta başladık bile. Akıllı ölçüm, akıllı ev, akıllı şehir bunlardan yalnızca birkaçı.

Kablosuz ağ teknolojilerinin gelişmesi ile birlikte kablolama maliyetlerinin sıfırlanması, sensör maliyetlerinin her geçen gün düşmesiyle, akıllı hale dönüştürebileceğimiz nesne ve uygulamaların sayısı da baş döndürücü bir hızda artmakta. Öyle ki, Cisco 2015’te 15 milyar (Ref 2), Ericsson da 2020’de 50 milyar makinenin (Ref 3), internet ortamında birbiriyle konuşacağı öngörüsünde bulunuyor.

Peki nedir M2M ya da IoT uygulamalarının karakteristik özellikleri?
Kablosuz sensör ağları (WSN – Wireless Sensor Network) içeren M2M/IoT uygulamalarında düşük enerji tüketimi en önemli etkendir. Sınırlı enerji; sınırlı işlemci kapasitesi, sınırlı hafıza, sınırlı bant genişliği ve sınırlı servis etki alanı demektir. Bu da, kullanılan her türlü donanım ve yazılım kaynaklarında tutumlu olmayı gerektiriyor. teknoloji de, kısıtlı kaynak ve ekipman (constrained devices) içeren bileşenler ve yazılımları konusunda gerekli evrimleri geçiriyor. Tüm bunlar sensör ağlarının gündeme getirdiği ihtiyaçlardır.

Peki nedir bu sensör dediğimiz şey? Nasıl çalışır? Nasıl konuşur?
Şekil 1 (Ref 4), kablosuz sistemleri ve servis etki alanlarını çok güzel özetliyor. Etki alanı ve ihtiyaçlar doğrultusunda kablosuz iletişim teknolojileri geliştirilmiş, IEEE802 içerisinde değişik gruplar oluşturularak gerekli standardizasyon çalışmaları yapılmıştır/yapılmaktadır.

Görüldüğü gibi PAN yada WPAN teknolojisi, IEEE 802.15 standartlarını kullanır. IEEE 802.15 hakkında ayrıntılar IEEE 802.15 Working Group for WPAN sayfasından (detaylar için Ref 5) edinilebilir. M2M ve IoT açısından özellikle ilgilendiğimiz Low Rate WPAN (LR-WPAN) için gerekli olan sınırlı kaynak tüketimi (etki alanı, band genişliği vs) odaklı standart çalışmaları içinse var olan 802.15 gruplarına bir yenisi eklenmiş ve IEEE 802.15.4 standardı tanımlanmıştır.

İlk sürümü 2003’te tamamlanan IEEE 802.15.4, uygulama alanlarının çeşitlenmesi ve piyasadaki ürün sayısının artmasına paralel olarak son yıllarda popülerliğini her geçen gün arttırmıştır. Uygulama alanlarının değişik ihtiyaçlarına cevap verebilmek için 802.15.4’ün farklı sürümleri tanımlanmıştır. Ancak halen IEEE standart geliştirmeleri devam etmektedir. Bu sürüm ve hedef uygulama alanlarına ilişkin özet bilgiler Tablo 1’de de verdim.

Uygulanabilirliği (özellikle Zigbee ürünleriyle) ispatlanmış olan 802.15.4, LR-WPAN uygulamaları için vazgeçilmez fiziksel (Layer 1) ve ortam erişim katmanı (Layer 2) haline gelmiş durumdadır. Bu temel üzerine kurulan değişik üst katman ve özel sistemler Tablo 2’de verilmistir.

Tablo 2’de verilen sistemlerin her birisi başlı başına ayrı araştırma konuları olabilecek teknolojilerdir. Bu yazıda özellikle ilgilendiğim ilk üç sistem arasında karşılaştırma yapacağım.

Zigbee’nin, 2007’ye kadar çıkan sürümlerinde Zigbee’ye özel (proprietary) ağ ve uygulama katmanları kullanılmıştır. Hali hazırda piyasadaki birçok Zigbee WSN sistemi de bu yığın (protocol stack) yapısını kullanır. 6LowPAN ise; Zigbee, Bluetooth gibi WPAN uygulamalarının zayıf noktalarını bertaraf edebilmek amacıyla, IPv6 üzerinde oluşturulan bir adaptasyon katmanıdır (Adaptation Layer).

Zigbee ve 6LowPAN protokol yığınları Şekil 2’de verilmiştir.

Bunların dışında RFID (Radio Frequency Identification) sistemi, günümüzde nesnelerin tanımlanma ve takibinde kullanılan en popüler çözümlerden biri olmuştur. RFID sistemi, ISO (International Organization Standardization) ve IEC (International Electrotechnical Commission) tarafından belirlenmiş standartlara sahiptir. En popüler olanları ISO/IEC 14443 ve ISO/IEC 15693’tür. 802.15.4’ün low power WPAN’larda kullanımının artması sonucu, RFID’nin 802.15.4 üzerinden konuşturulması çalışmaları gündeme gelmiş ve Tablo 1’de belirtildiği gibi, 802.15.4f grubu bu amaçla oluşturulmuştur. Henüz yayınlanmış sürümleri olmamakla beraber, 802.15.4f grubu aktif olarak çalışmalarını sürdürmektedir.

Şekil 3’te (Ref 6); yukarıda bahsedilen üç sistemin farklı parametrelere göre karşılaştırması yapılmıştır. 6LowPAN, IPv6’nın tüm avantajlarını otomatik olarak kullanabildiği için Zigbee ve RFID’ye göre çok daha esnek ve tercih edilecek bir çözüm olarak karşımıza çıkar.

Zigbee’de IPv6 karşısında hiçbir şansı olmadığını görmüş ve Zigbee Smart Energy 2.0’ı, IPv6 üzerine oturtmuştur (Ref 7). Zigbee SE 2.0 yığın yapısı Şekil 4’te (Ref 7) verilmiştir.

Sonuç olarak, 802.15.4 + 6LowPAN + IPv6, iletişim yığınının vazgeçilmez ilk üç katmanı olarak yerlerini oldukça sağlamlaştırmış durumdalar. Önümüzdeki on yıl içinde,, bu üçlüden sıkça bahsedileceğini söyleyebilirim.

REFERANSLAR:

(1) “gelen tsunami”; Hostingcon Staff, The IPv6 Tsunami is Coming — What’s your plan? http://www.hostingcon.com/blog/the-ipv6-tsunami-is-coming-whats-your-plan/

(2) CiscoVNI Global IP Traffic Forecast 2010, http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns827/networking_solutions_sub_solution.html#~forecast

(3) Stacey Higginbotham, Ericsson CEO Predicts 50 Billion Internet Connected Devices by 2020, http://gigaom.com/2010/04/14/ericsson-sees-the-internet-of-things-by-2020/comment-page-2/

(4) Hiroshi Hojo, Trends in Wireless Access System Technology toward Expanded Broadband based on Optical and Wireless Systems, NTT Tsukuba Forum 2007

(5) IEEE 802.15 Working Group for WPAN, http://ieee802.org/15/index.html

(6) Reza Khoshdelniat, 6LowPAN Applications and Internet of Things, http://bit.ly/w56DTJ , Mimos (Malaysian Institute Of Microelectronic Systems )

(7) Robert Craige, The Zigbee IP Stack, http://labs.chinamobile.com/attachments/wiise/MiracleW-3.pdf , ZigBee Alliance 2010

Tarih: 20.02.2012 21:56 Yazar: Nejat Şengüler

Yazar'a Soru Sorun!

eBülten Üyeliği

Tüm yeniliklerimizden haberdar olmak için eBültenimize kayıt olun!