BİRLEŞTİRİLMİŞ VLC-IR VE VLC-RF KABLOSUZ AĞLARI İÇİN ORTAMERİŞİM KONTROL PROTOKOLÜ TASARIMI
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: DAWSON LADISLAUS MSONGALELI
Danışman: Kerem Küçük
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde dünya üzerindeki İnternet erişimi talebinde kayda değer bir artış yaşanmaktadır. İnternet erişimi talebindeki bu artış, İnterneti kullanan yeni cihaz ve uygulamaların, sosyal medya ortamlarının, ortaya cıkarılmasındakı yeniliklerden kaynaklanmaktadır. Yüksek miktardaki İnternet trafiği ihtiyacının giderilmesinde genellikle kablosuz iletişim kullanılmaktadır. Özellikle radyo frekansı (Radio Frequency, RF), kablosuz ağ bağlantısı için en çok kullanılan spektrumdur. İnternet abone sayısı hızla artarken, radyo spektrumunun limitlerine ulaştığı görülmektedir. Sürekli olarak artan İnternet erişim talebi için yeterli spektrum bulunmamaktadır. Optik spektrumun iletişim amaçlı kullanılması, İnternet endüstrisindeki bant genişliği sorununu iyileştirebileceği varsayılmaktadır. Literatürdeki güncel çalışmalar, kızılötesi (Infrared, IR), görünür ışık (Visible Light, VL) ve ultraviyole (Ultraviolet, UV) spektrumlarının sinyal iletimi için kullanılabileceğini göstermektedir. Optik spektrumun iletişim amaçlı kullanılmasında, yüksek bant genişliği ve güvenlik başta olmak üzere farklı yararları vardır. Buna göre, görünür ışık iletişimi (Visible Light Communication, VLC), kızılötesi iletişim (Infrared Communication, IRC) ve ultraviyole iletişim (Ultraviolet Communication, UVC) gibi optik spektrum tabanlı kablosuz ağların kullanımı artmaktadır. Son yapılan çalışmalar, VLC'nin iç mekan kablosuz ağları için daha uygun olduğunu göstermektedir. Dayanıklı, uygun maliyetli ve enerji verimliliği sağlayan ışık yayan diyotun (Light Emitted Diode, LED) iyileştirilmesi, VLC teknolojisinin gelişmesine neden olmuştur. Bu nedenle, iç mekan kablosuz ağlarında VLC teknolojisi kullanılarak İnternet bant genişliği sorunu ele alınabilmektedir. Bununla birlikte, VLC'yi sadece fiziksel katman perspektifinden ilerletmek için önemli çabalar bulunmaktadır. Mevcut VLC teknolojisi çalışmaları, noktadan noktaya bağlantılar ve yarı çift yönlü iletişim gibi basit varsayımları göz önünde bulundurmaktadır. VLC teknolojisini ölçeklenebilir ve çift yönlü ağa (mesh network) dönüştürmek gerekmektedir. VLC kablosuz ağların temel zorluklarından biri, yukarı bağlantı kanalının oluşturulmasıdır. Enerji tüketimi ve ışık kaynaklarından kaynaklanan görsel bozukluklar, VLC kablosuz ağlarda yukarı bağlantı kanalının gerçekleşmesini engelleyen ana faktörlerdir. Bu nedenle, VLC kablosuz ağlarda çift yönlü iletişim elde etmek için kızılötesi veya radyo spektrumu gibi diğer spektrumların kullanılması zorunludur. Bu tezde, VLC ve diğer kablosuz ağların bir arada bulunması durumunda ortam erişim kontrolü problemi üzerinde durulmaktadır. VLC ve diğer kablosuz ağların bir arada bulunmasında, iki olası senaryo bulunmaktadır; (i) her bir ağın bağımsız bir sistem olarak çalıştığı hibrit bir sistem ve (ii) iki sistemin birlikte çalıştığı, bir ağın yukarı bağlantı kanalı için diğer ağın aşağı bağlantı kanalı için kullanıldığı birleştirilmiş bir ağ. Literatürde, birleştirilmiş sistemin hibrit sistemden daha iyi performans sergilediği gösterilmiştir. Bu nedenle tezde ortam erişim kontrol protokolü tasarımında birleştirilmiş sistem göz önüne alınmaktadır. Ek olarak, VLC kablosuz ağlarda yukarı bağlantı kanalını gerçekleştirmenin iki uygulanabilir çözümünü göz önünde bulundurulmaktadır; (i) yukarı bağlantı kanalı için kızılötesi spektrumun kullanımı ve (ii) yukarı bağlantı kanalı için radyo spektrumunun kullanımı. Sonrasında, ölçeklenebilir, çift yönlü ve çok noktalı kablosuz ağ faktörleri dikkate alınmaktadır. İlk durumda, Uyarlamalı Sorgulama Ortam Erişim Kontrolü (Adaptive Polling Medium Access Control, APMAC) protokolü adı verilen birleştirilmiş VLC-IR kablosuz ağlar için ortam erişim kontrol protokolü tasarlanmıştır. APMAC protokolünde, aşağı bağlantı kanalı VLC, yukarı bağlantı kanalı ise IR kullanmaktadır. İkinci olarak, birleştirilmiş VLC-RF kablosuz ağları için Kendinden Uyarlamalı Ortam Erişim Kontrolü (Self-Adaptive Medium Access Control, SA-MAC) protokolü tasarlanmıştır. Bu durumda, aşağı bağlantı kanalı VLC'yi kullanırken yukarı bağlantı kanalı RF'nı kullanmaktadır. Simülasyonlardan elde edilen sayısal sonuçlar bu tezin avantajlarını ortaya koymaktadır. Özetle, bu tezin teknik katkısı, birleştirilmiş VLC-IR ve VLC-RF kablosuz ağları için ortam erişim kontrol protokollerinin tasarımını içermektedir.