docmikrodenetleyici tabanli kablosuz veri toplama uygulamalari
download 
Şikayet Transkript
mikrodenetleyici tabanli kablosuz veri toplama uygulamalari
T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MİKRODENETLEYİCİ TABANLI KABLOSUZ VERİ TOPLAMA UYGULAMALARI Ömer ERİŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK BİLGİSAYAR EĞİTİMİ ANABİLİM DALI ELEKTRONİK-HABERLEŞME EĞİTİMİ PROGRAMI DANIŞMAN Doç. Dr. Hayriye KORKMAZ İSTANBUL 2010 T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MİKRODENETLEYİCİ TABANLI KABLOSUZ VERİ TOPLAMA UYGULAMALARI Ömer ERİŞ (141101020070118) YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK BİLGİSAYAR EĞİTİMİ ANABİLİM DALI ELEKTRONİK-HABERLEŞME EĞİTİMİ PROGRAMI DANIŞMAN Doç. Dr. Hayriye KORKMAZ İSTANBUL 2010 TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren danışmanım Doç. Dr. Hayriye KORKMAZ’a, tezimin her aşamasında benden yardımlarını esirgemeyen aileme ve arkadaşlarıma teşekkürlerimi sunarım. Temmuz, 2010 Ömer ERİŞ i İÇİNDEKİLER SAYFA TEŞEKKÜR.............................................................................................. i İÇİNDEKİLER ....................................................................................... ii SAYFA...................................................................................................... ii ÖZET ....................................................................................................... iv ABSTRACT ............................................................................................ vi KISALTMALAR.................................................................................. viii ŞEKİLLER .............................................................................................. x TABLOLAR .......................................................................................... xii BÖLÜM I. GİRİŞ VE AMAÇ ................................................................ 1 BÖLÜM II. GENEL BİLGİLER........................................................... 3 II.1 KABLOSUZ İLETİŞİM TEKNOLOJİLERİ .............................................. 3 II.2 ELEKTROMANYETİK TAYF ..................................................................... 3 II.3 KABLOSUZ İLETİŞİM YÖNTEMLERİ .................................................... 4 II.3.1 Kızıl Ötesi (Infrared) .................................................................................. 4 II.3.2 Radyo Frekans (RF).................................................................................... 5 II.3.3 Uydu Haberleşme Sistemleri ...................................................................... 9 II.4 KABLOSUZ İLETİŞİM AĞLARI .............................................................. 11 II.4.1 WPAN....................................................................................................... 12 II.4.1.1 Bluetooth ............................................................................................ 13 II.4.1.2 HomeRF ............................................................................................. 15 II. 4.1.3 Zigbee ............................................................................................... 16 II.4.2 WLAN ...................................................................................................... 18 II.4.2.1 IEEE 802.11x Standardı ..................................................................... 19 ii II.4.2.2 HiperLAN .......................................................................................... 20 II.4.3 WMAN ..................................................................................................... 21 II.4.3.1 Wimax ................................................................................................ 21 II.4.4 WWAN ..................................................................................................... 25 II.4.4.1 GSM ................................................................................................... 25 II.4.4.2 GPRS.................................................................................................. 27 II.4.4.3 EDGE ............................................................................................... 28 II.4.4.4 UMTS ................................................................................................ 29 II.4.4.5 CDMA2000........................................................................................ 30 II.5 BENZER ÇALIŞMALAR ............................................................................ 33 BÖLÜM III. KABLOSUZ VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ ...................................... 39 III.1 DONANIM ................................................................................................... 40 III.1.1 Verici birimin çalışma prensibi ............................................................... 40 III.1.2 Verici Birim Donanımı ........................................................................... 41 III.1.2.1 Algılayıcı Ünitesi ............................................................................. 44 III.1.2.2 Kontrol Ünitesi ................................................................................. 50 III.1.2.3 RF Modül Ünitesi ............................................................................. 52 III.1.2.4 Regüle Ünitesi ................................................................................. 54 III.1.3 Alıcı birimin çalışma prensibi ................................................................. 55 III.1.4 Alıcı Birim Donanımı ............................................................................. 55 III.2 YAZILIM ..................................................................................................... 57 III.2.1 Mikrodenetleyicinin Programlanması ..................................................... 57 III.2.1.1 Verici Ana Kontrol PIC16F877A Yazılımı...................................... 57 III.2.1.2 Alıcı Ana Kontrol PIC16F877A Yazılımı........................................ 58 III.2.2 LabVIEW ile Arayüz Tasarımı ............................................................... 59 BÖLÜM IV. SONUÇ VE ÖNERİLER ............................................... 72 KAYNAKLAR....................................................................................... 73 EKLER ................................................................................................... 78 ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................... 82 iii ÖZET MİKRODENETLEYİCİ TABANLI KABLOSUZ VERİ TOPLAMA UYGULAMALARI Günümüzde bilgiye her yerde, hızlı ve rahat bir şekilde ulaşmanın önemli bir hâle gelmesi, kablosuz ağ sistemlerinin büyük önem kazanmasına sebep oldu. Bugün insanların büyük bir çoğunluğunun cep telefonları sayesinde kablosuz ağ sistemlerini kullanmaları buna iyi bir örnektir. Kablosuz Ağ sistemleri, gelecekte önemini yitirmeyecek, hatta daha çok teknolojik yatırım yapılacak bir alan haline gelecektir. Kablosuz ortam kullanıcıya, kablolu bağlantı tarafından sunulan hizmetlerin benzerini vermektedir. Yer ve zaman kısıtlamalarını ortadan kaldırarak, kullanıcıya her yerde kolay bir şekilde çalışabilme imkanı sunar. Diğer kablosuz cihazlara bağlanan cihazlar, mobil çalışanlara daha kesintisiz çalışma yöntemleri sağlar. Kablosuz ortam işinizin daha becerikli ve verimli hâle gelmesi demektir. Kablosuz algılayıcılar ile veri toplama uygulamaları günümüzde, hareketli hedef takipleri, uzaktan algılama ve denetleme vb alanlarda; özellikle de medikal alanda hareketli bir hasta üzerinden algılanan biyolojik işaretleri ana üniteye aktarma konusunda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada, RF (434 MHz) standardı kullanılarak biri medikal alanda, diğeri ev otomasyonu alanlarında olmak üzere iki farklı uygulama gerçekleştirilmiştir. Medikal uygulamada, pals oksimetre algılayıcısı (nabız ve insan kanındaki oksijen miktarı algılayıcısı) kullanılmaktadır, ev otomasyonu uygulaması örneği olarak da, oda sıcaklığı ölçümü için bir yarı iletken sıcaklık algılayıcısı kullanılmaktadır. iv Sistem içerisinde biri alıcıda, diğeri vericide olmak üzere iki adet mikrodenetleyici kullanılmaktadır. Medikal uygulamada, verici birim hasta vücudu üzerine yerleştirilmektedir. Verici birimdeki mikrodenetleyici (PIC 16F877A) parmak tip pals-oksimetre algılayıcısından ve sıcaklık algılayıcısından aldığı sinyalleri aynı birim içerisindeki RF modüle iletmektedir. Alıcı birimde ise RF modül tarafından sinyaller alınır ve daha sonra mikrodenetleyiciye iletilmektedir. Gerilim seviye dönüşümünden sonra veri seri arabirim (RS-232) üzerinden bilgisayara transfer edilmektedir. Elde edilen veri, LabVIEW yazılımı kullanılarak geliştirilen kullanıcı arayüzünde görüntülenmektedir. Temmuz, 2010 Ömer ERİŞ v ABSTRACT MICROCONTROLLER-BASED WIRELESS DATA ACQUISITION APPLICATIONS Nowadays it has become important to get information everywhere in a rapid and comfortable way. As a result, wireless network systems have had an important place all over the world. Today the fact that most people use wireless networks over the cellular phones can be given as a good example. Wireless network systems will not lose their importance in the future. In fact, they will be an important technological area in which investment will be made. Wireless environments give the user the same opportunity which is served by wired connection. As place and time limitations disappear, the user can work everywhere easily. Devices connected to other wireless ones provide more ways of wireless working for mobile workers. Wireless environment means that your work will be more skillful and productive. These days the applications of data acquisition through wireless sensors are being used in the areas such as the monitoring of mobile targets, remote sensing and control, and especially in the medical area, they are often used in order to transfer the biological signals sensed from a mobile patient to the main unit. In this study, two different applications were realized using RF (434 MHz) Standard: one in the medical area and the other in the home automation area. In the medical application, pulse oximeter sensor (sensor of pulse and oxygen amount in human blood) was used; a semiconductor temperature sensor was used to measure the room temperature as an example for home automation application. Two microcontrollers are used in the system, one is in the receiver and the other is in the transmitter. In medical application, the transmitter block is attached to vi the patient’s body. The microcontroller (PIC 16F877A) in the transmitter, transmits the sensed signal from finger type pulse-oximeter and temperature sensors to the RF module in the same block. In the receiver block, signal is received by another RF module and then transmitted to the microcontroller. After voltage level conversion data are transferred to the computer over serial interface. Acquired data are monitored on the user interface developed by using LabVIEW software. July, 2010 Ömer ERİŞ vii KISALTMALAR 1G : First Generation (1. Nesil) 2G : Second Generation (2. Nesil) 3G : Third Generation (3. Nesil) 4G : Fourth Generation (4. Nesil) BSC : Base Station Controller BTS : Base Transceiver Station CDMA : Code Division Multiple Access CPU : The Central Processing Unit DS : Direct Sequence DSL : Digital Subscriber Line Edge : Enhanced Data Rates for GSM Evolution EMS : Electromagnetic Spectrum FDD : Frequency Division Duplex FHSS : Frequency-hopping spread spectrum FM : Frequency Modulation FPGA : Field Programmable Gate Array GEO : Geostationary Earth Orbit GMSC : Gateway Mobile Switching Center GSM : Global System for Mobile Communications GPRS : General Packet Radio Service Hb : Hyperbaric HbO2 : Hyperbaric oxygen IEEE : The Institute of Electrical and Electronics Engineers IR : Infrared radiation IrDA : Infrared Data Association ISM : The industrial, scientific and medical LAN : Local Aea Network viii LCD : Liquid Crystal Display LEO : Low Earth Orbit LOS : Line of Sight MEO : Medium Earth Orbit MSC : Mobile Switching Center NIC : Network Interface Controller OEM : Original Equipment Manufacturer PC : Personal Computer PDA : Personal Digital Assistant PIC : Peripheral Interface Controller RBC : Red Blood Cells RF : Radio Frequency SpO2 : Saturation of peripheral oxygen TDD : Time Division Duplex TDM : Time-Division Multiplexing UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter UMTS : Universal Mobile Telecommunications System VoIP : Voice Over Internet Protocol WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access Wi-Fi : Wireless Fidelity Wimax : Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN : Wireless Local Area Network WPAN : Wireless Personal Area Network WMAN : Wireless Metropolitan Area Network WWAN : Wireless Wide Area Network ZED : Zigbee End Device ZC : Zigbee Coordinator ZR : Zigbee Router ix ŞEKİLLER SAYFA NO Şekil II.1 Elektromanyetik Tayf .................................................................................. 4 Şekil II.2 Frekans ve Genlik Modülasyonları ............................................................. 6 Şekil II.3 Sayısal İletim ............................................................................................... 7 Şekil II.4 Sayısal İletim Modelleri .............................................................................. 7 Şekil II.5 Genlik Kaydırmalı Anahtarlama (ASK) ...................................................... 8 Şekil II.6 Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (FSK)..................................................... 8 Şekil II.7 Uydu Bantları ............................................................................................ 10 Şekil II.8 Kablosuz Ağ sistemleri.............................................................................. 12 Şekil II.9 Bluetooth Uygulamaları ........................................................................... 14 Şekil II.10 Piconet ve Scatternet ............................................................................... 14 Şekil II.11 Zigbee Network Modeli........................................................................... 17 Şekil II.12 IEEE 802.11x Standartları ...................................................................... 20 Şekil II.13 Wimax Yapısı .......................................................................................... 23 Şekil II.14 GSM Sistem Yapısı ................................................................................. 27 Şekil II.15 GPRS kullanan bir GSM Şebekesi .......................................................... 28 Şekil II.16 EDGE ve GPRS kullanan bir GSM şebekesi .......................................... 29 Şekil II.17 CDMA kodlama/kod çözümü süreci ....................................................... 31 Şekil II.18 CDMA2000 ve WCDMA taşıyıcı frekans kullanımı .............................. 32 Şekil II.19 CDMA2000 şebeke yapısı ....................................................................... 32 Şekil II.20 Kablosuz Teknolojiler ............................................................................. 33 Şekil II.21 3N (Üçüncü Nesil) ile Mobil sağlık sistemi ............................................ 35 Şekil II.22 Pals-Oksimetrelerden alınan verilerin görüntülendiği arayüz ................. 35 Şekil II.23 GSM tabanlı bilgisayar kontrollü insulin pompasının çalışması ............. 36 Şekil II.24 Gömülü sistemin blok diyagramı ............................................................ 37 Şekil II.25 Evde bakım ve hasta izleme için mobil teletıp sistemi............................ 37 Şekil III.1 Sistem Genel Şeması................................................................................ 39 x Şekil III.2 Açıklamalı Sistem şeması ........................................................................ 40 Şekil III.3 Verici Birimi Açık Devre Şeması ............................................................ 42 Şekil III.4 Verici Birim ............................................................................................. 43 Şekil III.5 Pals-Oksimetrenin Çalışma Mantığı ........................................................ 45 Şekil III.6 1 numaralı seri veri formatı ...................................................................... 47 Şekil III.7 OEM III Geliştirme Kartı ......................................................................... 48 Şekil III.8 Pals Oksimetre ......................................................................................... 48 Şekil III.9 DS18B20 Sıcaklık Algılayıcısı Pin Konfigürasyonu ............................... 49 Şekil III.10 DS18B20 sıcaklık okuma örneği ........................................................... 49 Şekil III.11 PIC (Peripheral Interface Contoller) ...................................................... 51 Şekil III.12 Verici Birimi Kontrol Ünitesi PIC16F877A Pin Bağlantıları ................ 52 Şekil III.13 RF Modül görünüşü ............................................................................... 53 Şekil III.14 RF Modül Genel Data Formatı .............................................................. 53 Şekil III.15 9V-3V Regülatör Devre Şeması ............................................................ 54 Şekil III.16 9V-5V Regülatör Devre Şeması ............................................................ 55 Şekil III.17Alıcı birimi açık devre şeması ................................................................ 56 Şekil III.18 Verici Birim Akış Şeması ...................................................................... 58 Şekil III.19 Alıcı birim akış şeması........................................................................... 59 Şekil III.20 LabVIEW National Instruments – VISA hiyerarşisi ............................. 60 Şekil III.21 VISA Seri Port Konfigürasyonu ............................................................ 60 Şekil III.22 LabVIEW uygulama blok diyagramı ..................................................... 61 Şekil III.23 Seri portdan veri alma işlemi ................................................................. 63 Şekil III.24 Verileri ayırma ve sayıya dönüştürme ................................................... 64 Şekil III.25 Gelen verilerin kayıt altında tutulması ................................................... 65 Şekil III.26 Nabız değerinin yaşa göre değerlendirilmesi ......................................... 66 Şekil III.27 “Hastanın solunum desteğine ihtiyacı var” mesajı için ikili case-structure yapısı .......................................................................................................................... 68 Şekil III.28 LabVIEW uygulama ön paneli .............................................................. 70 Şekil III. 29 LabVIEW internet ortamından yayın (Web Publishing Tool) .............. 71 xi TABLOLAR SAYFA NO Tablo II.1 Radyo Frekans Değerleri ........................................................................... 5 Tablo II.2 Uyduların özelliklerinin karşılaştırılması ................................................ 11 Tablo II.3 Bluetooth Genel özellikleri ...................................................................... 13 Tablo II.4 HomeRF Genel Özellikleri ...................................................................... 15 Tablo II.5 Benzer Çalışmalar Tablosu ...................................................................... 38 Tablo III.1 DS18B20 sıcaklık-sayısal veri ilişkisi .................................................... 50 Tablo III.2 RF Modül Pin Özellikleri ....................................................................... 53 Tablo III.3 RF Modül kanallarına göre çalışma frekansları ..................................... 54 Tablo III.4 Yaş-Nabız İlişkisi ................................................................................... 66 xii BÖLÜM I GİRİŞ VE AMAÇ Kablosuz algılayıcılar ile veri toplama uygulamaları günümüzde yaygın olarak kullanılan uygulamalardandır. Böylelikle iki nokta arasında bilginin kablosuz olarak taşınması sağlanmış olur [1]. Ayrıca kablosuz algılayıcılar çevreden her algılayıcının bağımsız duyumlar alabildiği alan içerisine hızlıca yerleştirilebilirler. Aynı zamanda karmaşık bilgilerin toplanması ve yayılmasını da başarabilirler. Bu özellikleri ile hedef takipleri, uzaktan kontroller, geniş çaplı incelemeler gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadırlar [2]. Kablosuz iletişim teknolojileri geniş perspektiften bakıldığında kişilere sınırsız özgürlük tanıyacak, kurumların ise daha etkin çalışmasını sağlayacaktır. Kablosuz iletişim sadece hareketli kullanıcıların erişimlerini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda durağan, ofis ve ev cihazlarının kablolama giderlerini de düşürmektedir [3]. Yoğun bakım ünitelerinde veya anestezi sırasında hastalar kablolar ile monitörlere bağlanmaktadırlar. Bu kablolar hemşireleri, hastane çalışanlarını ve hastaları hastane içerisinde özgürce dolaşmalarını kısıtlamaktadır. Kablosuz teknolojilerin bu problemi çözmesi umulmaktadır [4]. Bu ihtiyaçlar kablosuz iletişim teknolojilerini, telekomünikasyon, tıp ve sağlık, savunma sanayi, endüstriyel üretim, radyo televizyon ve eğlence, ulaşım gibi alanlarda kullanılır hale getirmiştir [2,4-7]. Kablosuz Algılayıcı Ağları (Wireless Sensor Network, WSN) kavramı ilk kez 1980’lerin başında karşımıza çıkmıştır. İlk zamanlarda askeri alanda kullanılan kablosuz algılayıcı ağları; zamanla maliyetlerinin düşmesi ile çok yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Algılayıcı ağları, nem, sıcaklık, basınç, ses, ışık ve hareketlilik gibi durumsal değişiklikleri takip edebilecek yapıdaki termik, sismik, manyetik ve görsel gibi birçok farklı tipte algılayıcı içerebilir. Bu ağların uygulama 1 alanları askeri, çevre, sağlık, ev ve diğer ticari alanlar olmak üzere sınıflandırılabilir. Askeri alanda, özellikle savaş alanlarında mevcut donanım bilgisine ulaşmak, düşman askerinin hareketlerini izlemek ve savaş hasarı ile ilgili bilgi toplamak için, çevresel uygulamalarda hayvanların hareketlerini izlemek, kimyasal ve biyolojik tespitlerde bulunmak, orman yangınlarını ve sel felaketlerini tespit etmek için, sağlık uygulamalarında ise hasta takibi için kullanılabilir. Ev uygulamalarında da, elektrik süpürgesi, mikrodalga fırın gibi cihazların içine yerleştirilirken, ticari uygulamalarda binaların havalandırma ve ısıtma sistemlerinde veya araba hırsızlıklarının tespiti gibi uygulamalarda kullanılmaktadır [8]. Kablosuz Algılayıcı Ağları sürekli veri toplamada, olay belirlemede ve tanımlamada, konum belirlemede ve yerel kontrollerde yaygın olarak kullanılmaktadır [9]. Bu kullanım alanlarında kablosuz algılayıcılar, modül halinde bulunmakta ve yüksek maliyet gerektirmektedir. Bu çalışmada : Piyasada bulunan geleneksel bir algılayıcının kablosuz hale getirilmesi için gerekli olan ara birim geliştirilerek, kablosuz şekilde kullanımı sağlanmıştır. Böylelikle özellikle hareketli bir hedef üzerinden veri toplama sürecinde, uygulamadaki zorluklar ortadan kaldırılmış olacaktır. Bu tezde güdülen amaç, klasik algılayıcıları kablosuz şekle dönüştürmek, bunun için gerekli arabirimi geliştirmek, kablosuz iletişim yöntemlerini incelemek ve avantajlarını sıralamaktır. Kablosuz iletişim teknolojileri, uygulama alanlarından Tıp ve sağlık ile ev otomasyonu alanlarında örnek oluşturabilecek uygulamalar, hem yazılımsal hem de donanımsal açıdan ele alınarak, amaca uygun bir tasarım gerçekleştirilmiştir. Tıp ve sağlık alanına örnek teşkil edebilecek örnek uygulamada, kandaki oksijen miktarını ve nabzı ölçen bir pals-oksimetre algılayıcı ile tek bir hastadan algılanan değerler kablosuz şekilde bilgisayara aktarılarak, bir grafiksel geliştirme ortamı vasıtasıyla aynı ağ içerisindeki doktorun bilgisayarına bilginin ulaşması gerçekleştirilmiştir. Ev otomasyonu örneğinde ise, bir ortamın sıcaklık bilgisinin uzaktan algılanarak izlenmesi ve sıcaklık denetiminin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Bu yüksek lisans tez çalışması, BAPKO tarafından desteklenmiş ve FEN-CYLP-300609-0224 numaralı proje kapsamında yürütülmüştür. 2 BÖLÜM II GENEL BİLGİLER II.1 KABLOSUZ İLETİŞİM TEKNOLOJİLERİ İletişim teknolojilerindeki büyük gelişmelerle birlikte, kablosuz iletişim sistemleri tüm dünyada hızla yayılmakta, mobil sistemler her an, her yerden birbirleriyle iletişim kurmayı ve internete ulaşmayı istemektedirler. Bu nedenle kablosuz ağ servisleri, yer ve zaman kısıtlaması olmadan konumları ne olursa olsun, nesnelerin mobil sistemler aracılığı ile tanımlanabilmesini, izlenebilmesini ve nesneler hakkında bilgiye erişimi kolaylaştırmayı sağlayabilmektedirler [10]. Kablosuz iletişim teknolojileri, noktadan noktaya ya da bir ağ yapısı şeklinde bağlantı sağlarlar. Günümüzde yaygın olarak kullanılan kablolu veya fiberoptik iletişim yapılarıyla benzerlik gösterirler. Yüksek hızlı ve geniş bantlı kablosuz erişim imkanı sunarlar [10]. Kablosuz iletişim teknolojilerini diğerlerinden ayıran nokta ise, iletim ortamı olarak havayı kullanmasıdır [11]. Bunun için de havada ya da boşlukta uzun mesafeler boyunca yol alabilecek bir tür taşıyıcı dalga kullanılması gereklidir. Bu taşıyıcı dalga olarak dalga spektrumundaki çok geniş bir bant aralığı kullanılabilir. Fakat en çok tercih edilenleri kızıl ötesi (infrared), lazer ve radyo dalgalarıdır [1]. II.2 ELEKTROMANYETİK TAYF Şekil II.1’de görülen, elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki bağıntılı yerlerini ifade eden kavramdır. Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan 3 karakteristik net elektromanyetik radyasyonu ifade eder [12]. Şekil II.1 Elektromanyetik Tayf [12] II.3 KABLOSUZ İLETİŞİM YÖNTEMLERİ II.3.1 Kızıl Ötesi (Infrared) Kızıl ötesi teknolojisi elektromanyetik spektrumda gözle görülebilen ışığın altındaki frekansları veri iletiminde kullanan bir teknolojidir (750nm - 1mm). Alıcı ile verici cihaz arasında açık görüş hattının bulunduğu ortamlarda ve kısa mesafeler için çok uygundur. Kızıl ötesi teknolojisini iki tür kullanmak mümkündür. Birincisi görüş hattı (direct beam, line of sight), ikincisi ise yansıma yöntemidir. Doğal olarak görüş hattı yöntemi diğerine oranla daha fazla veri iletişimi sağlamaktadır. Ancak uygulamada geniş alan kaplamak ya da çok kullanıcıya ulaşabilmek için yansıma yöntemi tercih edilmektedir. Kızıl ötesi teknolojisi büyük oranda uzaktan kumanda cihazlarında kullanılmaktadır [3,11]. Kızıl ötesi görüntüleme hem sivil hem de askeri kullanım alanları bulmuştur. Hedef tespiti, gözlemleme, gece görüşü, güdüm ve takip sistemleri gibi askeri kullanım alanlarının yanında, ısıl verimlilik analizi, uzaktan sıcaklık ölçme, kısa mesafeli kablosuz iletişim, hava tahmini gibi alanlarda da kullanılmaktadır. Kızıl ötesi görüş sistemleri, ortamdaki ışığı değil sıcak cisimler tarafından yayılan kızılötesi ışınımı kullanırlar. belirlemeye yarar. Kızıl ötesi ışınım cisimlerin sıcaklığını uzaktan Genelde askeri ve sanayi amaçlarla kullanılsa da üretim maliyetlerinin düşmesiyle kızılötesi kameralar olarak tüketici pazarına da girmiş bulunmaktadır. Kızıl ötesi takip sistemi kullanan füzeler, sıcak cisimler kızılötesi 4 ışık yaydığından “ısı güdümlü füze” olarak da bilinir. IR (Infrared-kızıl ötesi) veri iletişimi bilgisayar cihazları arasında kısa mesafe veri iletişiminde kullanılmaktadır. Bu tip aygıtlar genellikle IrDA protokolüne uygun üretilmektedir. IrDA cihazlar, plastik mercek tarafından odaklanıp, dar bir ışın haline getirilen kızılötesi led ışığı kullanmaktadır. Bu ledi kapatıp açarak (modüle ederek) bilgi kodlanır ve karşı tarafa aktarılır. Alıcı bir silikon fotodiyot kullanarak kızılötesi ışığı yeniden elektrik akımına çevirir. Kızılötesi lazerler aynı zamanda fiberoptik iletişim sistemlerinde de kullanılır. 1330nm (en az saçılım) ve 1550nm (en iyi iletim) frekanslarındaki ışık fiberoptik iletişimde tercih edilir [3,13]. Avantajları: Serbest kullanıma açıktır. Bir lisans ve ücret gerektirmez. RF sinyallerinden etkilenmez. Güç tüketimi düşüktür. Kapalı ortamlarda yetkisiz dinlemeye ve bozucu etkilere karşı tam bir güvenlik sağlar [11]. Dezavantajları: İletişim mesafesi kısadır. İdeal şartlarda 10–15 metredir. Sinyaller katı cisimleri geçemez. Bu sebeple kapalı alanlarda duvar, kapı, büro malzemeleri tarafından kullanım için uygundur. Sinyaller kar, sis toz ve ışık gibi hava şartlarından etkilenir. Bu sebeple açık alanlarda kullanım için uygun değildir. Fiziksel kirlilik sinyalleri etkiler [11]. II.3.2 Radyo Frekans (RF) Radyo dalgaları ya da radyo sinyalleri, 3 KHz ile 300 GHz arasında oldukça geniş bir frekans aralığını kapsar. Bu aralık Tablo II.1’de görüldüğü üzere, VLF, LF, MF, VHF, UHF şeklinde belirli bantlara ayrılmıştır [1]. Tablo II.1 Radyo Frekans Değerleri [1] Frekans İsim Kısaltma Dalga Boyu 10 – 30 KHz Very Low F. VLF 300 – 10 km. 30 – 300 KHz Low F. LF 10 – 1 km. 0.3 – 3 MHz Medium F. MF 1000 – 100 m. 3 – 30 MHz High F. HF 100 – 10 m. 30 – 300 MHz Very High F. VHF 10 – 1 m. 300 – 3000 MHz Ultra High F. UHF 1 – 0.1 m. 3 – 30 GHz Super High F. SHF 100 – 10 cm. 30 – 300 GHz Extremely High EHF 10 – 1 cm. 300 – 400 GHz Infrared light 1 – 0.008 mm 5 Haberleşme uygulamalarında bu bantların sadece belirli bölümleri kullanılmaktadır. Bunlardan ISM (Industrial Scientific Medical band) bandı birçok ülkede telsiz iletişimi için sertifika veya lisansa gerek olmadan belirli bir çıkış gücü sınırlamasına uyarak, üzerinden yayın yapılabilen bir banttır. Ülkemizde ISM bandının yaygın olarak kullanılan frekansları 315 MHz, 418 MHz, 433.92 MHz, 868 MHz, 915 MHz ve 2.4 GHz frekanslarıdır [1]. Çok alçak frekanslı sinyallerin (örneğin ses) çok uzak mesafelere gönderilmesi güçtür. Bu nedenle alçak frekanslı sinyalin, yüksek frekanslı taşıyıcı bir sinyal üzerine bindirilerek uzak mesafelere taşınması sağlanabilir. Bu olaya modülasyon denir. Kablosuz iletişimde de aynı şekilde gönderilecek olan bilginin bir taşıyıcı dalga ile modüle edilmesi gerekmektedir. Modülasyon işlemi birçok farklı tekniklerle yapılabilir. Bu tekniklerden, şekil II.2’de görüldüğü gibi, frekans modülasyonu (Frequency Modulation - FM), taşıyıcı dalga frekansının, bilgi sinyalinin frekansına bağlı olarak değiştirilmesi şeklinde olur. Benzer şekilde genlik modülasyonu (Amplitude Modulation - AM) ise taşıyıcı dalga genliğinin, bilgi sinyalinin frekansına bağlı olarak değiştirilmesiyle sağlanır [1]. Şekil II.2 Frekans ve Genlik Modülasyonları [1] Son yıllarda klasik analog sistemler (AM, FM, PM) yerine Şekil II.3’de görüldüğü gibi, sayısal iletişim sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır [14]. 6 Şekil II.3 Sayısal İletim [14] Şekil II.4 Sayısal İletim Modelleri [14] (a) Simplex = Sadece bir yönde bilgi iletimi vardır. (TV, Radyo vs. kullanılır) (b) Half duplex = İki yönde bilgi iletimi vardır, fakat aynı anda değil (Diafon) (c) Full duplex = Her iki yönde aynı anda iletim vardır. (Telefon vs.) 7 (d) Full/Full duplex = Geliştirilen son model olup, bir başka istasyondan bilgi alırken/gönderirken bir başkasına da bilgi gönderir/alır. (Tlf. Santrali vs.) a. Genlik Kaydırmalı Anahtarlama (ASK) ASK’da kullanılan ikili işaret (PCM) koduna bağlı olarak, taşıyıcı işaretin genliği iki değer arasında değiştirilir. Var-yok anahtarlama (on-off keying-ook) adı verilen bu teknikte modüle edilmiş dalga biçimleri Şekil II.5’de görülmektedir [14]. Şekil II.5 Genlik Kaydırmalı Anahtarlama (ASK) [14] b. Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (FSK) FSK’da genliği değişmeyen bir taşıyıcı frekansı ikili işaret düzeylerine (PCM) göre iki frekans değerinden birisini alabilir. Sayısal ikili işaret modülasyonu iki farklı frekansa sahip osilatör arasında bir anahtarlama olarak düşünülebilir [14]. Şekil II.6’da bu sinyal şekli görülmektedir. Şekil II.6 Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (FSK) [14] RF teknolojisinde, kablo yerine elektromanyetik dalgalar kullanılarak kablosuz iletişim gerçekleştirilmekte ve WLAN sistemlerinde yaygın olarak 8 kullanılmaktadır. Ekonomik sebeplerden dolayı WLAN sistemleri için lisans ve kullanım ücreti gerektirmeyen ISM frekans bantları esas alınmıştır. Bu bantlar öncelikle diğer telsiz servislerinin kullanımı için tahsisli olduklarından WLAN sistemleri muhtemel karışım olaylarını baştan kabul etmek zorundadır. Bu durum WLAN sistemleri için karışım olaylarına (enterferans) karşı dayanıklı teknolojilerin geliştirilmesini ve kullanılmasını zorunlu hale getirmiştir [11]. “Enterferans” terimi, ilgili kanun ve tüzüklere uygun olarak sağlanan her türlü haberleşme hizmetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade etmektedir [11]. II.3.3 Uydu Haberleşme Sistemleri Uyduların iletişimde kullanılma fikri ilk olarak İngiliz bilim kurgu yazarı Arthur C. Clarke tarafından ifade edilmiştir. Clarke 1945’te Wireless World dergisinde yazdığı bir makalede Dünya’dan 35786 km uzaklıktaki bir yörüngede uyduların konumlandırılabileceği ve sinyallerin bu uydular üzerinden iletilebileceğini belirtmiştir. Bu fikir pek çok araştırmacı ve bilim insanının ufkunu açarak günümüz uydu teknolojilerinin geliştirilmesi için bir başlangıç oluşturmuştur. Günümüzde uydular ile sesli iletişim, faks, meteoroloji araştırmaları, uzaktan algılama ve internet erişimi gibi çok çeşitli hizmetler sağlanmaktadır. Uydu ağları, karasal sistemlerden bağımsız olabildiklerinden, özellikle hiçbir altyapının kalmadığı deprem gibi doğal afetler sonrasında daha büyük bir öneme sahiptir [15]. Uydu iletişim sistemleri; bir uydudan, uydunun yörüngesini, uzaydaki konumunu ve çalışmasını denetleyen bir yeryüzü istasyonundan ve uydu üzerindeki transponder (alma frekansını, gönderme frekansına çevirici) aracılığıyla gerçekleştirilen ve iletişim trafiğinin gönderilmesini (çıkarma hattı - uplink) ve alınmasını (indirme hattı - downlink) sağlayan yer terminalleri ağından oluşmaktadır. Uydunun kendisi ise iki temel bölümden oluşmaktadır: • Yük (payload) • Link (Yol) Yük, iletişim sinyali için transponder işlevini yerine getiren antenler, alıcılar ve vericilerden oluşmaktadır. Linkte ise, yükün çalışması için destek (uydu bakım ve onarımı) görevlerini yerine getirir [16]. 9 Uydu uzaya atıldıktan sonra, ekvatorun üzerinde, yeryüzüne göre değişmeyen belli bir yükseklikte (36000 km), yörüngesel bir konum ya da bölme tahsis edilir. Bu bölmeler birbirlerinden 3° ya da 4° mesafede konumlandırılırlar. Uzay tarafından uygulanan kuvvetler nedeniyle uydunun senkron yörüngesinden çıkmasını engellemek amacıyla yerdeki kontrol merkezi, yörünge kontrol sinyalleri ile uyduyu kendisine tahsis edilen bölgede tutar [16]. Uydu kendisi için gerekli olan elektrik enerjisini üzerinde bulundurduğu güneş panellerinden sağlar [16]. Uydu haberleşme sistemlerinde genellikle 4 ana frekans bandı kullanılmaktadır. Bunlar sırasıyla Şekil II.7’de görüldüğü gibi, C-bandı, X-bandı, Ku-bandı ve Ka-bandıdır [16]. Şekil II.7 Uydu Bantları [15] Uydu Ağları Uydular, yörüngelerinin şekillerine, ağırlıklarına, sağladıkları hizmetlere ve benzeri pek çok kritere göre sınıflandırılabilir. Yaygın olarak kullanılan bir sınıflandırma türü ise yeryüzünden olan yüksekliklerine göredir; yeryüzüne en yakın olan Alçak Yörünge Uyduları (Low Earth Orbit - LEO), Orta Yörünge Uyduları (Medium Earth Orbit - MEO) ve Yerdurağan Yörünge Uyduları (Geostationary Earth Orbit - GEO). LEO ve MEO uydulara aynı zamanda Yerdurağan Olmayan Uydular (Non - Geostationary, NGEO) da denilmektedir [15]. a. Alçak Yörünge Uyduları (Low Earth Orbit - LEO) Yeryüzünden 200–3000 km yükseklikte konumlanmışlardır. Kapsama alanları dardır, bu nedenle evrensel hizmet sağlanabilmesi için çok sayıda LEO uydu kullanılmalıdır. Atmosfer etkilerine maruz kaldıklarından ömürleri kısadır. Yörüngede kalabilmek için oldukça hızlı hareket ederler. alanları 10 – 15 dakika içinde değişir [15]. 10 Bu nedenle kapsama b. Orta Yörünge Uyduları (Medium Earth Orbit - MEO) 5000 – 13000 km yükseklikte bulunan uydulardır [15]. c. Yerdurağan Yörünge Uyduları (Geostationary Earth Orbit - GEO) Yeryüzünden yaklaşık 36000 km yükseklikte Ekvator düzleminde olan uydulardır. Dönme periyotları dünyanın dönüş periyoduna eşittir ve dolayısıyla yeryüzündeki bir gözlemciye göre durağan olduklarından bu isim verilmiştir. Kapsama alanları neredeyse tüm dünyanın %40’ı olmak üzere oldukça geniştir. Ancak 36000 km gibi bir yükseklik söz konusu olduğundan sinyaller yüksek gecikme ve yol kaybına uğrarlar. Gecikme değeri h ile gösterilen uydunun yerden yüksekliğinin ışık hızına (c) bölümü ile bulunur. Tablo II.2’de bu üç tip uydunun genel özellikleri görülmektedir [15]. Tablo II.2 Uyduların özelliklerinin karşılaştırılması [15] Özellikler LEO MEO GEO Yükseklik (km) 200 – 3000 5000 – 13000 36000 Kapsama Alanı (km) Dar Orta Geniş Gecikme (ms) 10 – 20 80 – 100 270 Yol Kaybı Az Orta Çok Hareketlilik Çok Orta Sabit Ağ Karmaşıklığı Karmaşık Orta Az II.4 KABLOSUZ İLETİŞİM AĞLARI Kablolu iletişim teknolojilerine kıyasla birçok üstünlüğü bulunan kablosuz iletişim teknolojileri 1990’lı yıllarda büyük gelişmelere sahne olmuştur. RF’in yeniden keşfi olarak adlandırılan bu gelişmeler GSM (Global System for Mobile – Cep Telefonu Sistemi) gibi hem ses iletişiminde hem de veri iletişiminde yaşanmıştır. Özellikle veri iletişiminde yüksek veri hızlarına ulaşılması, kablosuz teknolojiyi yaygın kullanılır hale getirmiştir. Kablosuz iletişim ağları iki veya daha fazla bilgisayar veya sayısal cihazın birbirleriyle kablosuz veri iletişimi sağlamalarıyla oluşan yapıdır. Bu ağlar; özel amaçlı, eğitim amaçlı, ulusal veya halka açık olarak kurulabilirler. Kablosuz iletişim ağlarını hizmet yapısı, çalışma prensipleri, büyüklük veya mimarisine göre olmak üzere farklı şekillerde 11 gruplandırmak mümkündür [3,17]. sistemlerdeki yakınsama bu Ancak teknolojideki hızlı gelişme ve gruplandırmada kesin çizgilerin çizilmesini zorlaştırmaktadır. Çeşitli kaynakların bu gruplandırmayı farklı şekilde yaptıkları görülmektedir. Genel yaklaşıma göre kablosuz iletişim ağları, büyüklüklerine göre yani hizmet verdikleri fiziksel alanlara göre, Şekil II.8’de görüldüğü üzere, 4 sınıf altında toplanabilir. Bunlar; Kablosuz Kişisel Alan Ağları (Wireless Personal Area Networks, WPAN), Kablosuz Yerel Alan Ağları (Wireless Local Area Networks, WLAN), Kablosuz Metropol Alan Ağları (Wireless Metropolitan Area Networks, WMAN), Kablosuz Geniş Alan Ağları (Wireless Wide Area Networks, WWAN) olarak sıralanabilir [17]. Şekil II.8 Kablosuz Ağ sistemleri [17] II.4.1 WPAN (Wireless Personal Area Network – Kablosuz Kişisel Alan Ağı) Kişisel alan ağları, adından da anlaşıldığı gibi kişisel sayısal cihazların (PDA) kablosuz olarak birbirlerini görmesiyle ortaya çıkmış bir kavramdır. Amaç yakın mesafede olan sayısal cihazların (klavye, fare, kulaklık vb.), çevre birimlerinin birbirleriyle kolayca etkileşimde bulunmasını sağlamaktadır [11]. Kişisel alan ağları denildiğinde ilk akla gelen Bluetooth ve HomeRF‘dir. Bluetooth daha çok birkaç metre gibi kişinin etrafındaki sayısal sistemlerin birbirini kablosuz görmeleri ve iletişimde bulunabilmeleri için tanımlanmışken, HomeRF kablosuz LAN uygulamasının ev veya küçük işyerlerinin kullanımı için tanımlanmıştır, denilebilir [10]. IEEE 802.15 çalışma grubu WPAN teknolojisi 12 olarak tanımlanmaktadır. Bluetooth teknolojisi, 802.15.1 standardı temellidir. Bir de Zigbee olarak bilinen, düşük oran (low rate) 802.15.4 standardı temelli WPAN teknolojisi mevcuttur [18]. II.4.1.1 Bluetooth Bluetooth, kablo bağlantısını ortadan kaldıran kısa mesafe radyo frekans (RF) teknolojisidir. Kısa mesafedeki aygıtları birbirine bağlayan bir kablosuz teknolojidir. Bluetooth cep telefonları, bilgisayarları, PDA’ları, yazıcıları, klavyeleri kablosuz olarak bir araya getirir [3,11]. Bluetooth’un geçmişi, 1994 yılında telefon üreticisi Ericsson’un cep telefonlarının kulaklıklarına kablosuz olarak bağlantısı ile başlamıştır. Hareketli (dinamik) kişisel ağlar oluşturulmasını da sağlamaktadır. Ayrıca ses iletimini de desteklemektedir. Aşağıdaki Tablo II.3’de bluetooth sisteminin genel özellikleri görülmektedir [3,11]. Tablo II.3 Bluetooth Genel özellikleri [11] Ortaya Frekans Maksimum Veri Mesafe [m] Kanal Çıkış Tarihi Aralığı [GHz] Hızı [Mbit/s] Genişliği 2004 2,4 – 2,4835 2,1 10 Band 1 MHz Bluetooth mümkün olan en basit şekilde sabit veya taşınabilir cihazların aralarında bilgi aktarmalarına, paylaştırmalarına imkan sağlar. Evde, büroda veya hareket halinde basit bir ağ oluşturarak dosya paylaşımı, bilgi iletimi, elektronik posta, internet erişimi, yazıcıdan çıktı alma gibi işlemler gerçekleştirilebilir. Endüstriyel uygulamalarda cihaz ve makineler kontrol edilebilir. Erişimi zor olan yerlerdeki cihazlara kolayca hizmet verilebilir [3,11]. 13 Şekil II.9 Bluetooth Uygulamaları [11] Bluetooth, 2.4 GHz üzerinde, endüstriyel, bilimsel ve tıbbi radyo dalgalarının lisanssız olarak yayın yapabildiği aralıkta çalışır. Bu bant aynı zamanda kablosuz yerel alan ağlar ve mikrodalga fırınların da kullandığı bir aralıktır. Bluetooth dünya çapında yaygın kılınabilmesi için düzenleyiciler, bluetooth teknolojisinin 2400 MHz ile 2483.5 MHz aralığında yayın yapmasında görüş birliğine varmış bulunmaktadırlar [3,11]. Bluetooth’lar 2.4 GHz ISM bandında 2.402 GHz’den başlayarak 2.480 GHz’e kadar 1 MHz atlayarak 79 atlama frekansı kullanır. Bluetooth ağları sekiz cihaza kadar birlikte “master – slave” (efendi-köle) durumunda bir ağ oluşturabilirler ki buna “pikonet” (piconet) denilmektedir. Bir pikonet’de bir cihaz master konumunda diğer 7 cihaz ise slave konumunda, master cihaza bağlanabilir ve böylece kablosuz ağ zinciri oluşturulur. Master cihaz ağı kontrol eder. Pikonet’deki tüm cihazlar aynı frekans kanalını ve aynı frekans atlama sırasını (frequency hopping sequence) kullanırlar. Şekil II.10’da görüldüğü üzere, kapsama alanını genişletmek amacıyla Pikonet’ler birbirine bağlanarak “Scatternet” ler oluşturulabilir [17]. Şekil II.10 Piconet ve Scatternet [17] 14 Frekans Zıplama: Bluetooth frekans bandında karışmayı önlemek için Bluetooth frekans atlama adında bir teknoloji kullanır. Frekans bandını 79 kanala böler ve her saniye 1600 kere rasgele olarak aralarında değişir [11]. Bluetooth Ağları : Bluetooth yakın konumdaki iki cihazın birbirlerini tanımalarını ve haberleşmeye başlamalarını destekler. Bluetooth ağları, “Piconets” ve “Scatters” şeklini alır [11]. Piconets: 10 metre içerisindeki bluetooth aygıtları birbirlerini bulabilme ve piconets adı verilen yerel ağları oluşturma yeteneğine sahiptir. Bir piconet 8 bluetooth aygıtına destek verebilir [11]. Scatternets : Daha esnek bluetooth aygıt kurulumu yapabilmek için piconetlerin bir araya geldiği ağdır [11]. Eşleşme: Eşleşme sadece her iki cihaz da isterse oluşur. Başlatıcı, cevap verecek olandan sadece servislerini istemez aynı zamanda cevap veren için gereken onaylama ve güvenlik kısıtlamalarından da memnun olmalıdır. Eğer iki taraf da tatmin olursa, eşleşme oluşur ve başlatıcı yönetici, cevap veren de yönetilen olur [11]. II.4.1.2 HomeRF HomeRF, genel olarak küçük ofis ve ev ihtiyaçları için düşünülmüş kablosuz erişim standardıdır. 2.4 GHz ISM bandında çalışmaktadır. HomeRF IEEE 802.11x standartlarına göre güçlü yanı veri aktarımının yanı sıra ses desteğinin de olmasıdır [3,11]. Tablo II.4’de HomeRF genel özellikleri görülmektedir. Tablo II.4 HomeRF Genel Özellikleri [11] Frekans Aralığı 2.402 – 2.480 GHz Veri Oranı 10 Mbps Mesafe ~100 metre RF Atlama 50 kez/s TX Çıkış Gücü Azami 20dbm HomeRF 2.0 sistemlerinde FHSS modülasyon tekniği kullanılmaktadır. Bu teknikte veri kanalı bir frekanstan diğerine saniyede 50 defa atlamaktadır. Bu 15 teknoloji iletişimin izlenmesini ve verilerin çalınmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Ayrıca ağa giriş için ağ şifresi istenerek güvenlik arttırılmaktadır [3,11]. HomeRF’in kullanım yerleri sıralanırsa; • Bilgisayarlar arası kablosuz ağ kurulabilir. • Evin içinde ve etrafında taşınabilir aygıtlar ile internete bağlanılabilir. • Çok bilgisayarlı ortamda dosya, modem, yazıcı paylaşımı sağlanabilir. • Sadece bilgisayar uyumlu el setine konuşarak ev elektronik sistemi aktif hale getirilebilir [11]. II. 4.1.3 ZigBee Yeni bir teknoloji olan ZigBee; IEEE 802.15.4 altyapısında ve standart sarmal ağlar (Mesh Network dizilişi) ile uygulama profilleri kullanılarak kurulan kısa mesafe kablosuz ağ standardı olarak tanımlanmaktadır. Güvenirliliği, düşük maliyeti ve enerji tasarrufu gibi avantajları göz önüne alındığında ZigBee, PC (Personal Computer – Kişisel Bilgisayar) girdi aygıtları gibi algılayıcı ve yönetim ürünlerinin kablosuz bağlantıları için kullanılabilmektedir. ZigBee, kablosuz iletişim kanallarının otomatik olarak aranmasına ve çok sayıda kablosuz ağın bir arada var olmasına imkan tanımaktadır. ZigBee 1.0’ın kurulumu Mayıs 2003 tarihinde IEEE 802.15.4 tarafından tamamlanmış, Aralık 2004 tarihinde Zigbee özelliği onaylanıp, Haziran 2005 tarihinde kullanıma sunulmuştur. ZigBee 2007 yeni teknik özellikleri ile Eylül 2007’de piyasaya sürülmüştür. Son olarak ilk ZigBee uygulama profili olan ev otomasyonu da 2 Kasım 2007’de kullanıma açılmıştır [16]. ZigBee teknolojisi ürünleri, dünya çapında kullanıma açık olan 2,4 GHz frekans bandını kullanmaktadır. Buna ek olarak Amerika kıtasında 915 MHz ve Avrupa’da 868 MHz de kullanılabilmektedir. 2,4 GHz frekansında 10 kanal ile 250 Kbps, 915 MHz frekansında 6 kanal ile 40 Kbps ve 868 MHz frekansında 1 kanal ile 20 Kbps hızlarına erişebilmektedir. Ürünlerin erişim mesafesi, iletim gücü ve çevre etkilerine bağlı olarak 10 ile 75 metre arasında değişmektedir [16]. ZigBee, IEEE 802.15.4 standardının özelliğini kullanarak güvenilir, düşük güçlü izleme ve kontrol ürünlerinin telsiz iletişimini sağlamaktadır. IEEE 802.15.4 ve 802.15 standartlarının bir parçasını ve kişisel yerel ağ (“PAN” Personal Area Network) teknolojisini desteklemektedir. Protokolün amacı düşük maliyetli, uzun süreli pil kullanan algılayıcıların kullanılmasını desteklemektir [16]. 16 ZigBee protokolünde Şekil II.11’de görüldüğü gibi kullanılan üç araç vardır: 1. ZigBee Coordinator (ZC – Zigbee Koordinatörü) : ZigBee protokolünü kullanan araçların en yetenekli olanıdır. ZC aracı ağ bağlantılarını düzenler ve diğer ağlarla olan köprülemeyi sağlar. ZigBee Koordinatörü ayrıca ağda bilgi depolayabilme özelliğinin yanı sıra güvenlik anahtarlarının da ağda yönetilmesi ile ilgili bilgileri depolayabilir. ZigBee koordinatörü ağda yalnızca bir tanedir ve ağı başlatmakla görevlidir. 2. ZigBee Router (ZR – Zigbee Yönlendiricisi) : ZigBee’de uygulama çalıştığı zaman router kendini ara router olarak göstererek veri akışını sağlar. ZigBee sistemlerde geçiş aygıtı olarak görev almaktadır. ZigBee Yönlendiricisi isteğe bağlı bileşenlerdir. Düğümler arasında yönlendirme yapmakla görevlidir. Yapılan bu yönlendirmelerle ağın kapsamını arttırır. 3. ZigBee End Device (ZED – Zigbee Sonlandırıcısı) : Bağlı diğer ZigBee Koordinatör ve ZigBee Yönlendiricisi araçlarıyla iletişim kurmak için yeterli derecede özellik içermektedir. ZigBee sonladırıcısı, düşük güç tüketimini en iyi şekilde belirlemekle görevlidir. ZigBee sistemlerde kullanılan en pahalı cihazdır. Ağ içinde sadece ZigBee koordinatörü ile haberleşmektedir. ZigBee sistemlerin çekirdeği sayılan algılayıcılar bu bölümde bulunmaktadır [16]. ZigBee sistemler, şifrelemeyi destekleyerek saldırganın araya girip bağlantıyı dinlemesini önlemektedir. Sistem, 128 bit AES (Advanced Encryption Standard – Gelişmiş Şifreleme Standardı) şifreleme tekniği kullanmaktadır [16]. Şekil II.11 Zigbee Network Modeli [33] 17 II.4.2 WLAN (Wireless Local Area Network – Kablosuz Yerel Alan Ağı) Kablosuz Yerel Alan Ağları (Wireless Local Area Networks, WLAN), iki yönlü geniş bant veri iletişimi sağlayan, iletim ortamı olarak fiberoptik veya bakır kablo yerine telsiz frekansı (Radio Frequency, RF) veya kızılötesi ışınları kullanan ve salon, bina veya yerleşke gibi sınırlı bir alanda çalışan iletişim ağlarıdır. Kurulum kolaylığı ve hareket serbestliği gibi önemli avantajlar sağlayan WLAN sistemleri kablolu ağların yerini alabilmekte hatta bu ağlara göre daha fazla fonksiyonlar içerebilmektedir. Kablosuz yerel alan ağları Avrupa düzenlemelerinde Telsiz Yerel Alan Ağları, Radyo Yerel Alan Ağları (Radio Local Area Networks) , RLAN olarak adlandırılmasına karşın başta ABD olmak üzere birçok ülkede Kablosuz Bağlılık (Wireless Fidelity Wi-Fi), Kablosuz Yerel Alan Ağları (Wireless Local Area Networks), Wireless LAN, WLAN olarak adlandırılmaktadır [17]. WLAN sistemlerinde RF haricinde çok az miktarda kızılötesi teknolojisi de kullanılmaktadır. Ancak bu sistemler toz, nem, ışık, yağmur ve sis gibi fiziksel etkilere aşırı duyarlıdır. Kızılötesi kullanıldığında kablosuz ağda yer alan cihazların mutlaka görüş hattında bulunması gerekmektedir. Ayrıca iletişim mesafesi de 10 metre olduğundan oldukça kısadır. Bu tür sorunları nedeniyle kızılötesi sistemler yaygın olarak kullanılmamaktadır [17]. Kablosuz LAN (WLAN) sistemi iki ana unsurdan oluşmaktadır. Birincisi Erişim Noktası (AP – Access Point), ikincisi ise kablosuz cihazlardır. Ancak cihazdan cihaza (peer to peer) çalışma modelinde erişim noktasına ihtiyaç duyulmaz. Bu durumda kablosuz ağ kartına sahip bilgisayarlar kendi aralarında ilave bir cihaz veya kabloya ihtiyaç olmadan bir ağ oluşturabilirler. Kablosuz cihazlar genellikle dizüstü bilgisayar, kişisel bilgisayar (PC), cep bilgisayarı veya kablosuz ağ ünitesi (NIC, Network Interface Controller – Network Arayüz Denetleyicisi) ile donatılmış benzeri bir cihaz olabilir. Network Arayüz Kartları, Radyo Frekans veya kızıl ötesi kullanarak takılı bulunduğu cihaz ile Erişim Noktası arasındaki bağlantıyı sağlar [11]. WLAN sistemleri aslında tamamen kablosuz değildir. Çünkü sistemde bulunan Erişim Noktası’nın geniş bant erişim hizmeti veren DSL, Fiberoptik veya benzeri bir kablolu altyapı üzerinden şebekeye bağlanması gerekebilir. Bu sebeple, WLAN sistemleri, tamamen kablosuz olmaktan ziyade kablolama ihtiyacı en az düzeye indirilmiş sistemlerdir [11]. 18 WLAN Sistemleri havada yayılan elektromanyetik dalgalarla bir noktadan başka bir noktaya fiziksel bağlantı olmaksızın bilgi iletişimini sağlar. WLAN sistemlerinde kullanılan yüksek frekanslı RF sinyali (2.4 GHz ve 5 GHz) temel özelliği sebebiyle katı cisimlere nüfuz edebilir ve geçebilir. Bu özellik görüş hattının sağlanamadığı bina içi kullanımlarda da fayda sağlar. Ancak katı cisimler kullanılan maddeye bağlı olarak sinyal zayıflamasına sebep olur. Bu da sonuçta erişim mesafesini kısaltır [11]. Dünyada yaygın olarak kullanılan iki tür WLAN teknolojisi mevcuttur. Bunlardan birisi Amerika tabanlı IEEE 802.11x ve diğeri ise Avrupa tabanlı HiperLAN sistemleridir [17]. II.4.2.1 IEEE 802.11x Standardı Wi-Fi (Wireles Fidelity – Kablosuz bağlantı) olarak bilinen 802.11 standardı, 1997 senesinden beri, uluslararası bir sivil toplum örgütü olan, Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (EEME / IEEE) tarafından geliştirilmiş bir radyo iletişim standardıdır. IEEE kısaltması bu kuruluşu belirtmektedir. spektrumda çalışır. Wi-Fi 2.4 GHz’lik 100 m yarıçap menzilindeki tüm Wi-Fi uyumlu cihazlarda 11Mbps (Megabit Per Second) – 54 Mbps gibi yüksek hızlarda veri alışverişi gerçekleştirmektedir. Wi-Fi IEEE 802.11g, 802.11b ya da 802.11a diye bilinen telsiz teknolojilerini kullanır [10]. Şekil II.12’de IEEE 802.11x standartları ve genel özellikleri görülmektedir. a. 802.11 b 2.4 GHz ISM bandında gerçekleşen işlemler için tanımlanmış bir standarttır. Yüksek hızlarda daha uzak noktalara veri iletimi sağlar. Ofis ortamları, hastaneler, depolar ve fabrikalar gibi ortamlarda kullanılmaya oldukça uygundur. Özellikle kablo çekmenin tehlikeli olduğu ve orta hızlı ağ bağlantılarına ihtiyaç duyulan alanlarda kullanılır [3,10]. b. 802.11 g Temel olarak 802.11b standardının bir uzantısıdır. 802.11g standardı 802.11b’nin sunduğu 11Mbps hız ile yetinemeyen kullanıcıların bant genişliği ihtiyacını karşılamak üzere oluşturulmuş yeni bir teknolojidir. 2.4 GHz bandında 19 çalıştığı için onun özelliklerini taşır ancak toplam 54Mbps bant genişliği sunar. Böylelikle video uygulamaları da dahil olmak üzere, bir çok multimedya uygulaması desteklenebilir hale gelmektedir [3,10]. c. 802.11 a Veri iletim hızı 802.11b’ye göre 5 kat daha arttırılarak saniyede 54Mbit’e çıkarılmaktadır. Bu standartların kullanım bulacağı alanlar, yüksek veri hızlarını gerektiren sistemler ve içeriğin iletilmesi gereken durumlardır. Sağladığı çok yüksek veri hızı doğru alanlarda kullanıldığında etkili sonuçlar verebilir [3,10]. 802.11 iletişim kuralının en çok kabul görmüş diğer sürümlerden (b,g) farklı bir frekans aralığı (2.4 – 2.5 GHz) kullanmasının olumlu ve olumsuz yönleri bulunmaktadır. 5 GHz frekansını kullanmanın olumsuz yönü sinyalin erişim mesafesi söz konusu olunca ortaya çıkmaktadır. “b” ve “g” sürümlerine nazaran bu sürümü kullanan cihazların erişim mesafesi daha kısadır. Bunun en önemli nedeni ise, 5 GHz frekans aralığında yayın yapan cihazın sinyallerinin duvar ve diğer nesneler tarafından daha fazla emilmesidir. Bu frekansın olumlu yanı ise veri aktarım hızı ve veri aktarımındaki güvenilirlikte ortaya çıkmaktadır. Bu frekansta yayın yapan çok fazla kablosuz elektronik cihaz bulunmamaktadır. Bundan dolayı, 802.11a kullandığı farklı frekans aralığı nedeni ile diğer elektronik cihazların etkisine daha az maruz kalmaktadır [3]. Şekil II.12 IEEE 802.11x Standartları [32] II.4.2.2 HiperLAN HiperLan (High Performance Radio LAN – Yüksek Performans Radyo Yerel Alan Ağı), yüksek hıza sahip WLAN standardı olarak Avrupa ülkelerinde 20 geliştirilmiştir. HiperLAN1 ve HiperLAN2 olmak üzere iki tipi vardır. Her iki tipte 5 GHz bandında çalışmaktadır. HiperLAN’lar, 802.11 standartları ile benzer özellik ve kapasiteye sahiptir. HiperLAN1 1996 yılının başlarında geliştirilmiş olup; 5 GHz frekans bandında 20 Mbps data hızı sağlamaktadır. HiperLAN2 ise aynı frekans bandını kullanarak 54 Mbps data hızlarına ulaşabilmektedir. HiperLAN2’nnin fiziksel1 katmanı 802.11a ile aynıdır ve iki grup ortak çalışma yürütmektedir. 802.11a özellikle çoklu ortam (multimedya) uygulamalarını kısıtlarken, HiperLAN2 daha pahalı bir sistem olmakla birlikte yüksek veri oranlarıyla resim ve görüntü aktarımında daha iyi performans sağlamaktadır. HiperLAN’lar, 802.11 teknolojisinden daha iyi servis kalitesine sahiptir. Mevcut WLAN uygulamaları içinde HiperLAN’ların en iyi alternatif teknoloji olduğu söylenebilir. Ancak henüz 802.11 teknolojisi kadar yaygın değildir [17]. II.4.3 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network – Metropol Alanlar için Kablosuz Erişim) Bir şehri kapsayacak şekilde yapılandırılmış iletişim ağlarına veya birbirinden uzak yerlerdeki yerel bilgisayar ağlarının (LAN) birbirleri ile bağlanmasıyla oluşturulan ağlara Metropol Alan Ağları ( Metropolitan Area Networks, MAN) denilmektedir. Bu tür ağlarda kablo yerine uydu veya RF iletişimi teknolojileri kullanılması durumunda Kablosuz Metropol Alan Ağları ( Wireless Metropolitan Area Networks, WMAN) olarak isimlendirilmektedir. WMAN’lar çok sayıda şubesi bulunan kurum ve büyük şirketler ile dağınık yerleşime sahip üniversiteler gibi yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır. WMAN’lar kablolu ağlardan çok daha ucuz, esnek ve kolay kurulum özelliklerine sahiptir. Ancak bu tür uygulamalar oldukça yenidir ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Bu alanda Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum, kâr amacı gütmeyen bir organizasyon olup; WWAN sistemleri için teknoloji geliştirmektedir) adı altında uygulamalar yapılmaktadır [17]. II.4.3.1 Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum) Genişbant haberleşme sistemlerinin kurulum maliyetinin yüksekliği nedeniyle ulaşamadığı kırsal bölgelerde ve veri haberleşme konusunda yeterli hizmeti alamayan alanlarda, Wimax teknolojisi alternatif olmaktadır. 21 Uzun menzilli ve yüksek bant genişliğine sahip kablosuz internet erişimi sağlayan Wimax, kullanıcılara hız ve maliyet yönünden değerlendirilmesi gereken bir imkan sunmaktadır [10,19]. Wimax teknolojisi sabit istasyonlar için yaklaşık 50 km, mobil istasyonlar için yaklaşık 15 km. çapında bir alanda etkili ve 70 Mbps hızında kablosuz internet erişimi sağlayan daha verimli bir bant genişliği kullanımına olanak getiren, uzun mesafelerde daha fazla veri iletimini amaçlayan ve girişimlerden kaçınan 2. Nesil bir protokoldür [20]. Başlangıçta 10–66 GHz frekans aralığında hizmet vermek amacıyla tasarlanmış olan WIMAX, bu haliyle görüş açısı hattı (LOS) gerektirmektedir. IEEE 802.16a standardı ile daha sonra 2–11 GHz’e kadar olan frekans aralığı da eklenmiştir. Eklenen bu frekanslar ve görüş açısı bulunmayan hat performansı sayesinde Şekil II.13’de görüldüğü üzere, WIMAX istasyonlarının yüksek yapılar veya kuleler yerine bina üstlerine kurulabilir olması da aynı zamanda kablolu internetin sağlamadığı rahatlığı sağlamaktadır [20]. Bir alanda bilgisayar ağlarının yanı sıra cep telefonları için baz istasyonları, geniş bant internet ve telefon şebekesi de kendi başlarına birer yapıya sahiptirler. WIMAX teknolojisiyle birlikte gelişen metropol ağ bağlantısı (MAN), sayesinde bu hizmetlerin hepsi tek bir ağ üzerinden yapılabilmektedir [20]. Wimax, mesafeye bağlı olarak aynı anda yüzlerce kullanıcıya yüksek hızlı geniş bant internet erişimi sağlayabilmektedir. Bu aynı zamanda diğer servislerin kapsama alanında olan tüketiciler için de geniş bant bağlantı seçeneklerinin artması anlamına gelmektedir. Bu avantajlarının yanında Wimax, mevcut kablosuz iletişim sistemlerinin 3. ve 4. kuşak mobil iletişim teknolojileriyle (3G-4G) birlikte kullanılabilmesi için ortak bir platform olanağı sunmaktadır. Bu sayede geniş bant bağlantı imkanı sağlayan 3. Kuşak cep telefonları, kablosuz yerel Wi-Fi ağları, bluetooth, GPRS, Zigbee, Wimax üzerinden bağlantı kuran cihazlar aynı platform üzerinde yer alabilecekler. Bu da yeni iş modellerini mümkün hale getirecektir [10]. 22 Şekil II.13 Wimax Yapısı [20] Wimax teknolojisi, IEEE’nin 802.16 MAN grubu tarafından ilk olarak Nisan 2002’de 10–66 GHz frekans bandı için yayınlanmış olup metropol alanlarda kullanılması öngörülen bir genişbant kablosuz erişim teknolojisidir. Ancak bu frekans aralığı için görüş hattı (LOS – Line of Sight) gerektiğinden, görüş hattında olmayan cihazlar için ihtiyaçlara cevap veren IEEE 802.16a versiyonu Nisan 2003’te yayınlanmış ve bu versiyondaki frekans aralığı 2–11 GHz’e düşerek lisanslı ve lisanssız olarak kullanılabilir hale gelmiştir. IEEE ‘de Wimax için halihazırda kullanılan standart versiyonu, Haziran 2004’de onaylanan IEEE 802.16–2004 olarak da bilinen IEEE 802.16d ve Wimax’e mobilite özelliğini kazandırmak amacıyla Aralık 2005’de onaylanarak yayınlanan IEEE 802.16e şeklinde bilinmektedir. ETSI ise 2-11 GHz frekans bandı için Avrupa’daki kablosuz şebeke iletişimini tanımlayan ve 802.16 ile aynı olan standardını Kasım 2003’te onaylayarak yayınlamıştır. Sabit, göçebe, taşınabilir ve mobil erişimleri destekleyen Wimax, 1.25 MHz’den 20 MHz’e kadar bant genişliklerini desteklemektedir. 802.16d sürümü ile 20 MHz bant genişliğinde 75 Mbps hıza ulaşırken, mobilite özelliğinin eklendiği 802.16e sürümü ile de 10 MHz bant genişliğinde 30 Mbps hıza ulaşılabilmektedir [21]. İleri hata düzeltme yeteneği, mesafeyi ve kapasiteyi arttırmak için kullanılan gelişmiş anten teknikleri desteği, geleneksel TDM ses trafiği veya İnternet üzerinden ses (VoIP – Voice Over Ip) ile video’da ideal taşıma ve veri trafiğinin önceliği gibi gecikme duyarlıklı hizmetler için düşük gecikme süresi sağlamaktadır. 23 Ayrıca kişisel güvenlik ve şifreleme özellikleri ile güvenli iletim desteklemekte ve kimlik denetimi ile veri şifrelemesi sağlanabilmektedir [21]. a. 802.16.a 2–11 GHz frekans aralığını kullanan, sabit bilgisayarlar arasında telsiz internet erişimi sağlayan standart olarak geliştirilmiştir. KabloNET ve DSL’in ulaşamadığı noktalar için uygulama alanı bulmuştur. Haberleşme için alıcı-verici sistemler arasında doğrudan görüş (LOS) koşullarına gerek duymaz. Söz konusu standart 2.5 GHz, 3.5 GHz ve 5.8 GHz frekanslarının kullanılması ile 50km uzaklıklarda bile 70Mb/s bant genişliğinde internet erişimine olanak tanımaktadır [10]. b. 802.16.b Kullanılan spektrum arttırılarak 5–6 GHz frekans bandına çıkarılmıştır. Servis kalitesi desteği sağlanmıştır. Böylece Wimax’in gerçek zamanlı ses ve video uygulamalarında yüksek performansla çalışması mümkün olmaktadır [3,10]. c. 802.16.c 10–66 GHz frekans aralığında çalışan Wimax standardıdır. Farklı üreticilere ait sistemlerin bir anda çalışmasına olanak tanır [3,10]. d. 802.16.d Alıcı-verici haberleşmesi için doğrudan görüş hattının gerektiği ya da gerekmediği koşullarda haberleşme mümkün olmaktadır [3,10]. e. 802.16.e Sabit ve hareketli sistemler arasında haberleşmeyi ve hızlı internet erişimini sağlamaktadır. Hareketli sistemler arasında haberleşmenin sürekliliğinin sağlanabilmesi için hızlı aktarma teknikleri bu standartla sağlanmaktadır. Çalışma aralığı 2.3 GHz ve 2.5 GHz’dir [3,10]. 24 II.4.4 WWAN (Wireless Wide Area Network – Geniş Alan Ağları Kablosuz Erişim) Bir ülke ya da dünya çapında yüzlerce veya binlerce kilometre mesafeler arasında iletişim sağlayan ağlara Geniş Alan Ağları (WAN, Wide Area Networks) denilmektedir. WAN’larda genellikle kiralık hatlar veya telefon hatları kullanılmaktadır. Bu tür ağlarda kablo yerine uydu veya telsiz iletişimi kullanılması durumunda Kablosuz Geniş Alan Ağları (WWAN, Wireless Wide Area Networks) olarak isimlendirilmektedir. Uzak yerleşim birimleriyle iletişimin kurulduğu bu ağlarda çok sayıda bilgisayar çalışabilir. WWAN uygulamalarına örnek olarak GSM, GPRS, CDMA ve 3G sistemleri sayılabilir. WWAN’larda trafik yükünün büyük kısmı ses iletişimi ile ilgilidir. Ancak son yıllarda yoğun olarak veri iletişimi ve internet erişimi talepleri yaşanmaktadır [17]. II.4.4.1 GSM (Küresel Mobil İletişim Sistemleri - Global System for Mobile Communication) GSM, mobil haberleşme için kabul edilmiş ikinci nesil, sayısal hücresel bir sistemdir. Dünya çapında yaygınlaşmış olan mobil telsiz standardıdır. GSM iki frekans bandı ile çalışır: konuşmaların cep telefonları üzerinden baz istasyonlarına taşındığı 890 – 915 MHz’lik alt bant ve 935 – 960 MHz ‘lik karşı yön için kullanılan üst banttır [3]. Her frekans bandında 124 kanal vardır. Her kanal aynı zamanda maksimum 8 kanal taşıyabilir. Bir baz istasyonunun eş zamanlı olarak taşıyabildiği maksimum konuşma sayısı yaklaşık 1000’dir [3]. GSM, basit olarak devre anahtarlamalı sayısal ve analog veri bağlantısı hizmetleri sunan bir sistemdir [11]. Anahtarlama Sistemi: Bir haberleşme şebekesinde, birbiriyle birçok bağlantı kurmaya çalışan iki nokta arasında bilgi aktarımı sağlamak amacıyla bağlantı kurmak ve bu bağlantıyı istenildiği sürece devam ettirmektir. Bir GSM şebekesinde, binlerce cep telefonu arasından sadece arayan ve aranan cep telefonlarının birbiri ile bağlantıya geçmesi ve görüşme bittikten sonra bağlantının kesilmesini gösterebiliriz. Günümüzde devre ve paket anahtarlama olmak üzere iki anahtarlama sistemi kullanılmaktadır [11]. Devre anahtarlaması, ses şebekelerinde yıllardır kullanılmaktadır. Devre anahtarlama şebekelerinde, çağrı kurulmadan önce şebeke kaynakları çağrı için 25 ayrılır ve kaynaklar çağrı süresince kullanılıp çağrı sonunda bırakılır. Gecikme minimumdur, çünkü çağrının gerçekleşeceği yol bir kez en başta belirlenir ve çağrı süresince değişmez. Yüksek kalitede telefon hizmeti sağlamak için tasarlanmıştır [11]. Devre anahtarlama daha çok telefon iletişimi için kullanılırken, paket anahtarlama veri haberleşmesinde kullanılmaya daha uygun bir anahtarlama modudur. Paket anahtarlamalı şebekelerde, paketlerin aynı hedefe farklı yollardan ulaşması mümkündür. Bu sebeple ardışık paketler aynı sırada ulaşamayabilirler. İnternet, TCP/IP protokol kümesini kullanan en bilinen Paket anahtarlamalı şebekedir [11]. Mobil telefon sistemlerinde, haberleşmenin yapılacağı alan, hücre adı verilen küçük coğrafi alanlara bölünmüştür. Her hücrenin merkezinde bir baz istasyonu (BTS - Base Transceiver Station – Temel gönderici/alıcı istasyon) bulunur. Mobil telefonlar haberleşmelerini baz istasyonu üzerinden yapar. Baz istasyonları birbirlerine bir ağ yapısı şeklinde bağlıdır. Abonenin şebekeye girişini ve cep telefonları ile santral arasındaki bağlantıyı sağlayan sisteme Baz İstasyonu Sistemi (BSS – Base Station System) denilmektedir. Baz istasyonu sistemi iki birimden oluşmaktadır. 1. BTS (Base Transceiver Station) : BTS, ağdaki her hücreye hizmet sunabilmek için ihtiyaç duyulan alıcı/verici üniteleri ve alıcı/verici antenlerinden oluşur. 2. BSC (Base Station Controller) : Baz İstasyonu Denetleyicileri (Base Station Controller) adı verilen ve BTS’lerin denetlenmesinde kullanılan sistemlerdir. Abone tarafından yapılan bir arama, BTS’ler tarafından onaylandığında; BSC’ler, BTS ve MSC arasında iki yönlü bir kanalı açar. Ayrıca BSC’ler aramalarda gürültü olaylarının yaşanmaması için BTS’lerin çıkış gücünü sürekli denetler. Baz istasyonları arasında, trafik ve kapsama alanına bağlı olarak abonenin geçiş işlemlerini kontrol eder. Baz istasyonu sistemleri, Mobil Anahtarlama Merkezlerine (MSC – Mobile Switching Center) bağlıdır. Mobil anahtarlama merkezleri de farklı anahtarlama merkezleri ile birbirlerine bağlıdhır. görülmektedir. Mobil telefonlarla GSM sistemi genel yapısı Şekil II.14’de baz istasyonları arasındaki iletişim, elektromanyetik dalgalar yoluyla gerçekleştirilmektedir. Hücresel yapı sayesinde aynı anda daha çok kullanıcı haberleşebilir [11]. 26 Şekil II.14 GSM Sistem Yapısı [11] HLR : Merkez Konum Kaydı (Home Location Register) MSC : Mobil Anahtarlama Merkezi (Mobile Switching Center) VLR : Ziyaretçi Konum Kaydı (Visitor Location Register) AUC : Doğrulama Merkezi (Authentication Center) EIR : Cihaz Kimlik Kaydı (Equipment Identity Register) II.4.4.2 GPRS (Generic Packet Radio Service – Genel Paket Radyo Servisi) GPRS, verilerin mevcut GSM şebekeleri üzerinden saniyede 28.8 – 115 Kbps’lık hızlarda iletilebilmesine imkân veren, cep telefonu ve mobil cihaz kullanıcılarına kesintisiz internet bağlantısı sunan paket tabanlı bir mobil iletişim servisidir. Şekil II.15’de GSM şebekeleri üzerinden çalışan bir GPRS yapısı görülmektedir. GPRS, mobil iletişim teknolojisinde halen kullanılan devre anahtarlamalı teknik (kullanıcıya tahsis edilen bir tek hat üzerinden sürekli bağlantı) yerine paket anahtarlamalı (aynı hattı birden çok kullanıcının paylaştığı bir bağlantı) tekniği kullanmaktadır. GPRS teknolojisi, kullanıcıya yüksek erişim hızının yanı sıra, bağlantı süresine göre değil de gerçekleştirilen veri alışverişi miktarı üzerinden tarifelendirilen ucuz iletişim olanağı 27 sağlamaktadır. GPRS teknolojisini kullanabilmek için mobil şebeke ve servis sağlayıcı altyapısı, bu altyapıya entegre GPRS donanım ve yazılımlar, GPRS uyumlu mobil cihazlar gerekmektedir [3,10]. Geleneksel GSM sisteminde, bağlantı kurulumu birkaç saniye almaktadır ve veri iletim hızı 9.6 kbit/s ile sınırlıdır. GPRS ağ, oturum kurulumunu bir saniyenin altında gerçekleştirmekte ve veri hızı onlarca kbit/s değerlerine ulaşmaktadır [11]. GPRS, 2,5G (Yeni geliştirilmiş 2. Nesil) teknolojisi olarak tanınmaktadır [3]. Şekil II.15 GPRS kullanan bir GSM Şebekesi [22] II.4.4.3 EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution – Küresel Evrim için geliştirilmiş veri Hızları) Sistemi EDGE, Sekiz Faz kaydırmalı anahtarlama (8 – Phase Shift Keying, 8-PSK) kullanan bir telsiz arayüzüdür. EDGE mevcut GPRS sisteminin veri hızını üç kat arttıracak potansiyele sahiptir. GPRS’ye benzer şekilde bir kullanıcı sekiz kanalı da kullanabilir. Her bir kanalda 48 Kb/s’lik veri taşınabilen EDGE ile veri hızı 384 Kb/s’ye ulaşmaktadır. Şekil II.16’da görüldüğü üzere, EDGE, GSM ile aynı TDMA çerçeve yapısını ve mevcut hücre ayarlarını kullandığı için sadece her hücreye bir EDGE alıcı verici birimi eklenmesi ile kolaylıkla mevcut GSM şebekesi üzerine kurulabilir [22]. 28 Şekil II.16 EDGE ve GPRS kullanan bir GSM şebekesi [22] GPRS altyapısını kullanabilmek için gerekli olan operatör aboneliklerinden farklı bir abonelik gerektirmeden data hızını arttırması en önemli avantajıdır. Her an alınan/gönderilen verinin hızı baz istasyonlarındaki yoğunluğa, GSM/GPRS modemin terminal sınıfına göre değişiklik gösterebilir. EDGE, GSM şebekesi üzerinden veri “paketleri” gönderen GPRS servisine dayanır. Paket anahtarlaması, yapboz bulmaca gibi çalışır. Veri birçok parçaya bölünür; sonra şebekeler üzerinden gönderilerek diğer uçta tekrar birleştirilir [3,10]. EDGE hizmetlerinden yararlanmak için yeni terminal cihazlarına ihtiyaç bulunmaktadır. Halen 52 ülkede 84 EDGE şebekesi hizmet sunmaktadır ve 113 EDGE uyumlu terminal cihazı yer almaktadır [22]. II.4.4.4 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – Evrensel Mobil Telekomünikasyon Sistemi) UMTS, 3. Nesil uygulamaların ilk boyutudur. Bu teknoloji teorik olarak 2 Mbps veri hızına ulaşabilmesi ve paket anahtarlamayı kullanması ile günümüzün mobil ve uydu teknolojisine yönelik uygulamalara hız katacak, kapasite arttıracak ve yeni uygulamaların geliştirilmesine imkan verecek bir platform özelliği sağlar. UMTS’nin asıl avantajı ise oldukça yüksek veri oranına sahip olmasıdır. Bu teorik olarak saniyede 2 megabit, pratikte ise 384 kilobittir. Bu rakam GSM’den 40 kat, ISDN bağlantısındansa 6 kat daha fazladır [15]. UMTS, klasik frekans veya zaman çoklu iletişim (multiple access) tekniklerinden prensip olarak çok farklı olan Genişbant kod bölmeli çoklu iletişim WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) teknolojisini kullanır. Bir 29 çeşit dağınık frekans (spread spectrum) tekniği olan bu teknolojide kullanıcılar 5 MHz genişliğindeki aynı banttan haberleşirler. Her vericinin sinyali özgün bir yonga koduyla çarpılarak (bu kodun hızı 3.84 Mchip/s) 5 MHz genişliğindeki spektruma yayılır. Alıcı da bu spektruma yayılmış sinyali aynı yonga koduyla çarparak veriyi elde eder [3,10]. WCDMA, CDMA2000’de kullanılan CDMA çoklu erişim tekniğinin daha büyük bant genişliklerinde kullanılan biçimidir. WCDMA’da kullanıcı tarafından gönderilen veriler, WCDMA yayılım kodlarından türetilen rastlantısal bitlerle çarpılarak iletilmektedir. UMTS’de kodlar, kanal oluşturmanın yanı sıra senkronizasyon için de kullanılır. WCDMA’da, CDMA’dan farklı olarak Çift Yönlü Frekans Bölmesi (Frequency Division Duplex -FDD) ve Çift Yönlü Zaman Bölmesi (Time Division Duplex – TDD) olmak üzere iki temel çalışma kipi bulunmaktadır [22]. FDD kipi, biri şebekeye biri de kullanıcıya doğru olmak üzere bir frekans çiftine ihtiyaç duyar. FDD kipi, kentsel ve kırsal alanlarda geniş alan kapsama amacıyla tanımlanmıştır. Bu kip eşzamanlı gerçekleşmesi gereken ses, video konferans gibi bakışımlı uygulamalar için uygun olup tam hareketliliğe imkan tanımaktadır [22]. TDD kipi, tek frekans bandının çift yönlü veri aktarımı için kullanılması anlamına gelmektedir. Bu amaçla veri, belirli zaman aralığı süresince ya kullanıcıya doğru ya da şebekeye doğru iletilebilir. TDD’nin yüksek ve düşük yonga hızında olmak üzere iki şekli bulunmaktadır. İlki, 5 MHz bant genişliğinde ve 3,84 Mc/s yonga hızında çalışırken, ikincisi 1.6 MHz bant genişliği ve 1.28 Mc/s yonga hızında çalışmaktadır [22]. UMTS’de daha geniş taşıyıcı frekans bandı sayesinde; bir vericiden çıkan bir telsiz dalgası, coğrafi veya kentsel yapılardan dolayı oluşan yansımalar sayesinde birden fazla yolu kullanarak alıcıya ulaşır. Bu dalga bileşenleri alıcıda birleştirilerek daha hızlı veri iletimi sağlanmış olur [22]. II.4.4.5 CDMA2000 (Code Division Multiple Access) CDMA2000’in dayandığı teknoloji olan CDMA ilk olarak 2. Dünya Savaşı sırasında ABD tarafından askeri amaçlarla kullanılmaya başlamıştır. CDMA2000, yeni frekans tahsisi gerekmeksizin 2G 30 CDMAone şebekelerinin üzerine kurulabilmesi nedeniyle anılan 2G işletmecilerinin 3G’ye geçişi için en uygun seçenek olarak ortaya çıkmaktadır [22]. CDMA2000, bir yayılı spektrum modülasyon tekniği olan Doğrudan Sıralı (Direct Sequence, DS) CDMA’yı kullanmaktadır. DS-CDMA, veri işaretini küçük parçalara bölerek bu veri parçalarını frekans bandı boyunca yayar. kodlayıcı işaretler kullanılır. Bu amaçla Frekans atlamasının alternatifi olan DS-CDMA’yı kullanan cihazların güç sarfiyatı ve maliyeti daha fazla olmasına karşın güvenirlilik ve performans değerleri daha yüksektir [22]. CDMA, farklı abonelerin haberleşme verilerini belirli kodlar ile birbirlerinden farklılaştırmaktadır. CDMA kodları sayesinde çağrı güvenliği artmakta olsa da kodlar esasen çağrı tanımlanması amacıyla kullanılmaktadır. Bu nedenle her bir kod diğer kodlardan farklı olmalıdır. Şekil II.17’de gösterilen CDMA kodlama ve kod çözümü sürecinde; iletilen kodlanmış veri, girişim yapan verilerden alıcı abonede süzülerek haberleşme verisi tekrar elde edilmektedir. Kodlar, haberleşme verisinin çok üzerinde frekanslarda üretilen 1 ve 0 dizilerinden oluşmaktadır. Kodlayıcı işaretin frekansı, yonga hızı (chip rate) olarak adlandırılmaktadır [22]. Şekil II.17 CDMA kodlama/kod çözümü süreci [22] CDMA2000; FDD kipinde, biri kullanıcıya doğru diğeri şebekeye doğru olan veri iletiminin gerçekleştirilmesinde kullanılan frekans çifti üzerinden çalışır. Taşıyıcı başına 2 x 1,25 MHz frekans bandı kullanan CDMA2000, tüm hücresel mobil frekans spektrumunda kurulabilmesi nedeniyle hem ülkeler hem de işletmeciler için frekans tahsisi açısından esneklik sağlamaktadır [22]. Ses ve veri hizmetlerinin farklı frekans taşıyıcılar üzerinden verilmesi sayesinde ses kalitesi yüksek bir seviyede tutulurken veri hizmetleri de yüksek azami 31 hızlarda sunulabilmektedir. Ancak Şekil II.18’de görüldüğü gibi, WCDMA’nın aksine bu yöntemde her bir taşıyıcı ya veri ya da ses taşımakla görevlendirildiğinden ve taşıyıcıların arta kalan kapasiteleri kullanılamadığından kaynak israfına yol açmaktadır [22]. Şekil II.18 CDMA2000 ve WCDMA taşıyıcı frekans kullanımı [22] CDMA’ de kullanıcıların adeta farklı diller konuşması sağlanır. Yani aynı dili konuşanlar anlaşabilir mantığından hareketle farklı kullanıcılara farklı kullanıcı kodları verilerek farklı kanallar oluşturulması sağlanır. CDMA teknolojisi sayesinde çok yüksek hızda veri kablosuz olarak taşınabilmektedir [3,10]. CDMA özellikle çok yüksek hızlarda internet bağlantılarının taşınmasında kullanılmaktadır [23]. Şekil II.19’da genel bir CDMA2000 şebekesi görülmektedir. Şekil II.19 CDMA2000 şebeke yapısı Şekil II.20’de tüm kablosuz haberleşme yapılarının güç tüketimi – maliyet ve veri hızları açısından kıyaslanması görülmektedir. 32 Şekil II.20 Kablosuz Teknolojiler [8] II.5 BENZER ÇALIŞMALAR Benzer çalışmalar incelendiğinde, Ömer Çayırpunar’ın “Kablosuz Seri Haberleşme Uygulamaları ve RF Kontrol” adlı çalışmasında, bir aracın kablosuz olarak hareketi gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada UDEA firmasının ATX-34 ve ARX-34 tipinde 2 adet RF modülü kullanılmıştır; böylelikle iki dc motorun uzaktan denetimi sağlanarak; araç hareket ettirilmiştir. Bu modüller, RF kablosuz iletişim tekniği ile 433.920 MHz frekans bandını kullanmakta ve verileri genlik kaydırmalı anahtarlama tekniğini kullanarak transfer etmekte ve almaktadır. Ayrıca bu modüller alıcı (receiver) ve verici (transmitter) olmak üzere iki ayrı tiptedir [1]. Chien ve arkadaşlarının “Microcontroller-based wireless recorder for biomedical signals” adlı çalışmasında, Biyomedikal sinyallerin kablosuz olarak taşınması ve transfer edildiği noktada bilgisayara alınarak verinin işlenmesi ve analizi basamakları anlatılmıştır. Kablosuz iletişim tekniği olarak RF bandında, 433.92 MHz taşıyıcı frekansına sahip, mikrodenetleyiciler ile tümleşik bulunan rfPIC olarak isimlendirilen mikrodenetleyicili RF modüller kullanılmıştır [5]. Oweis ve arkadaşlarının “PIC microcontroller-based RF wireless ECG monitoring system” adlı çalışmasında ise, hastaya ait ECG (Elektrocardiography) sinyali kablosuz olarak, kullanılan RF modülün özellikleri doğrultusunda belli 33 mesafe uzaklıktaki bilgisayara aktarılması ve bilgisayarda da MATLAB aracılığı ile verinin işlenmesi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma içerisinde yine kablosuz iletişim tekniği olarak RF 433 MHz frekans bandında çalışan RX-433 MHz ve TX-433 MHz kablosuz iletişim modülleri kullanılmıştır [6]. Aleksandrowicz ve Leonhardt’ın “Wireless and Non-contact ECG Measurement System-the Aachen Smart Chair” adlı çalışmasında kablosuz ECG (Electrocardiogram) ölçüm sistemi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, akıllı sandalye olarak isimlendirilen ve sandalyenin sırt dayanan kısmına yerleştirilen elektrodlar (algılayıcılar) vasıtasıyla alınan ECG biyomedikal sinyalleri, kablosuz olarak transferi gerçekleştirilmektedir. Kablosuz iletişim tekniği olarak, IEEE 802.15.4 (2.4 GHz) protokolünü kullanan ZigBee kablosuz modülleri kullanılmıştır. Alıcı tarafında da aynı modül kullanarak alınan sinyaller, Philips MP70 hastabaşı monitör cihazında görüntülenmiştir. Ayrıca çalışma içerisinde görüntüleme işleminin LabVIEW programı ile de gerçekleştirilebileceği belirtilmiştir [34]. Miller ve arkadaşlarının “Design and Implementation of a Wireless (Bluetooth) four Channel Bio-Instrumentation Amplifier and Digital Data Acquisition Device with User Selectable Gain, Frequency, and Driven Referance” adlı çalışmalarında, EMG (Electromyography) ve EKG (Electrocardiography) sinyallerinin ölçümü, kuvvetlendirilmesi, sayısal veri toplama kartının tasarlanması ve elde edilen verilerin kablosuz olarak ortama yayılması gerçekleştirilmiştir. Aynı kablosuz modül kullanılarak veriler alınıp, osiloskop ekranında verilerin alındığı gözlemlenmiştir. Ayrıca çalışma içerisinde MATLAB programı kullanılarak sinyallerin görüntülenebileceği belirtilmiştir. Bu çalışmada kablosuz iletişim tekniği olarak IEEE 802.15.1 protokolünü kullanan ve WPAN sınıfında yer alan Bluetooth teknolojisi kullanılmıştır [35]. Reza Fazel-Rezai’nin “A Low Cost Biomedical Signal Transceiver based on a Bluetooth Wireless System” adlı çalışmasında, Bluetooth kablosuz sistemi kullanılarak biyomedikal sinyallerin gönderilmesi ve alınması gerçekleştirilmiş olup, alıcı birimde LabVIEW grafiksel geliştirme yazılımı kullanılmıştır [36]. Navarro ve arkadaşlarının “Enhanced 3G-Based m-Health System” adlı çalışmasında ambulanstaki personel ile uzaktaki hastanede bulunan bir uzman hekim arasında 3N (Üçüncü Nesil) ile mobil erişimin gerçekleştirilmesi, ayrıca gerçek zamanlı olarak fizyolojik işaretlerin ve video konferansın diğer gerçek zamanlı 34 olmayan servisler kullanılarak iletilmesi anlatılmaktadır. Şekil II.21’de Navarro ve arkadaşlarının önerdiği mobil sağlık sistemi mimarisi görülmektedir [37,38]. Şekil II.21 3N (Üçüncü Nesil) ile Mobil sağlık sistemi [37] Monon ve arkadaşlarının “A wireless monitoring system for pulse-oksimetry sensors” adlı çalışmasında, Şekil II.22’de görüldüğü gibi bir veya birçok kullanıcıdan bluetooth ile oksijen konsantrasyonu ve nabız işareti alınmakta ve bu fizyolojik işaretler WLAN ve GPRS ile iletilmektedir. Böylece tek bir merkezden birçok hastanın oksijen konsantrasyonu ve nabzı görüntülenmektedir [37,39]. Şekil II.22 Pals-Oksimetrelerden alınan verilerin görüntülendiği arayüz [37] 35 Groning ve arkadaşlarının “Telemedicine: Insulin pump controlled via the Global System for Mobile Communications (GSM)” çalışmasında, SMS ile kontrol edilebilen bir insulin pompası geliştirmişlerdir. Bilgisayarda yüklü olan yazılım, hastaya insulin verilmesi gerektiği zaman bir SMS oluşturmakta ve bu SMS’i insulin pompasına bağlı olan GSM modeme göndermektedir. Bu SMS içerisinde ne miktarda insulin enjekte edilmesinin bulunduğu şifreli bir metin bulunmaktadır. Insulin pompası tarafında bulunan GSM modem SMS’i aldıktan sonra ne kadar insulin pompalanacığını ayarlayan step motora SMS içerisindeki komutu iletir ve step motor insulin enjekte etme işlemini gerçekleştirir. Şekil II.23’de GSM tabanlı bilgisayar kontrollü insulin pompasının çalışma prensibi gösterilmektedir [37,40]. Şekil II.23 GSM tabanlı bilgisayar kontrollü insulin pompasının çalışması [37] Valdastri ve arkadaşlarının “An implantable Zigbee ready telemetric platform for in vivo monitoring of physiological parameters” adlı çalışmasında, vücut içerisinde çeşitli fizyolojik parametrelerin gerçek zamanlı izlenebilmesi için çok kanallı, çift yönlü ve gömülebilir biyotelemetrik bir platform geliştirilmiştir. Şekil II.24’de görüldüğü gibi sistem iki kısımdan oluşmaktadır. Gömülü kısım ile uzaktan izleme merkezi arasındaki telemetrik bağlantı için Zigbee Kablosuz iletişim teknolojisi kullanılmıştır. Gömülü ünitenin aygıt yazılımı kodu telemetrik bağlantı üzerinden güncellenebilmekte ve kullanıcı ile gömülü ünite arasında etkileşim sağlanmaktadır. Sistemde sıcaklık ve basınç olmak üzere iki adet algılayıcı kullanılmıştır. Kullanıcı ünitesi ile gömülü ünite arasında noktadan noktaya ZigBee bağlantısı kurulmuştur [37,41]. 36 Şekil II.24 Gömülü sistemin blok diyagramı [37] Figueredo ve arkadaşlarının, Şekil II.25’de görülen “Mobile telemedicine system for home care and patient monitoring” çalışmasında yaşlı nüfusunun giderek artması, hastanelere ulaşım zorluğu ve kronik hastalıkların sürekli bakım ihtiyacı dikkate alınmış ve hastalardan EKG, kalp atışı, kan basıncı, SpO2, solunum değerleri, sıcaklık değerleri Agilent A3 marka hasta başı monitör ile alınmıştır. Buradan da söz konusu veriler RS232 seri port aracılığıyla mobil telefona aktarılmıştır. Mobil telefon söz konusu verileri paketlere dönüştürmekte ve TCP/IP veya UDP protokolü ile hastanedeki sunucuya göndermektedir. Sunucu tarafında Java tabanlı yazılım, tıbbi verilerin doktorlar tarafından görüntülenmesini, arşivlenmesini, analiz edilmesini; hasta tarafında çalışan istemci yazılım ise kullanıcılar için kullanımı kolay bir arayüz sağlamaktadır [37,42]. Şekil II.25 Evde bakım ve hasta izleme için mobil teletıp sistemi [37] 37 Yukarıda bahsedilen benzer çalışmalar Tablo II.5’de uygulamada kullanılan yaşamsal veri ve algılayıcısı, tercih edilen kablosuz iletişim teknolojisi, kullanıcı arayüzü tasarım ortamı ve uzaktan erişim gibi dört kategoriye göre karşılaştırılmıştır. Tablo II.5 Benzer Çalışmalar Tablosu Kaynak Numarası Kullanılan Algılayıcılar Kablosuz İletişim Teknolojisi Uzaktan Erişim Görüntülemede kullanılan Arayüz ya da Donanım 1 Yok RF ( 433.92 MHz ) Yok Yok 5 ECG ve EMG RF ( 433.92 MHz ) Yok Yok 6 ECG RF ( 433.92 MHz ) Yok MATLAB 34 ECG ZigBee Yok Philips MP70 Hastabaşı Monitör Cihazı 35 ECG ve EMG Bluetooth Yok Osiloskop 36 ECG Bluetooth Yok LabVIEW 38 ECG, SpO2 ve Nabız 3G (Üçüncü Nesil) Mobil Haberleşme Var Yok 39 SpO2 ve Nabız Bluetooth ve GPRS Var NCI Grafik arayüzü 40 Infrared insulin miktarı algılayıcı GSM Var Visual Basic program penceresi 41 Sıcaklık ve Basınç ZigBee Yok LabVIEW 42 ECG, SpO2, Nabız, Sıcaklık Internet Yok Java 38 BÖLÜM III KABLOSUZ VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Bu tez çalışmasında tasarlanan kablosuz veri toplama sistemi, donanım ve yazılım olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Şekil III.1’de görüldüğü gibi geliştirilen donanım kısmında üç blok yer almaktadır : • Verici Kısım (Hasta Ünitesi) • Alıcı Kısım (Alıcı Ana Ünite) • Yerel Ağda Bulunan Bilgisayarlar Şekil III.1 Sistem Genel Şeması 39 Şekil III.2’de sistem genel şemasındaki ünitelere ait açıklamalara yer verilmiştir. Şekil III.2 Açıklamalı Sistem şeması Yazılım kısmı ise: • Mikrodenetleyicinin programlanması ve • Arayüz tasarımı olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. III.1 DONANIM III.1.1 Verici birimin çalışma prensibi Verici birim donanım açısından temel olarak Şekil III.3’den de görüldüğü gibi beş alt üniteden oluşmaktadır. Algılayıcı alt ünitesinde, iki adet algılayıcı mevcuttur. İlki insan kanındaki oksijen miktarını ve nabzı ölçen pals-oksimetre algılayıcısı ve diğeri de sayısal sıcaklık algılayıcısıdır. Parmak tip pals-oksimetre algılayıcısı kendi içerisinde üç kısımdan oluşmaktadır. Birincisi durum, nabız ve kandaki oksijen miktarı bilgilerini ölçüp, elektriksel sinyallere dönüşümünü gerçekleştiren pals-oksimetre prob, ikincisi sinyal şartlandırıcı OEM III modül, üçüncüsü ise sayısal veriyi istediğimiz formatta (saniyede 3 byte veri gönderen format seçildi) seri arabiriminden aktaran OEM III geliştirme kartıdır. Sayısal 40 sıcaklık algılayıcısı ise, okumuş olduğu ortam sıcaklığını uygun elektriksel sinyale dönüştüren ve 0.5°C hassasiyetle data hattından gönderen bir algılayıcıdır. Algılayıcı ünitesinden elde edilen 3 byte durum, nabız ve kandaki oksijen miktarı verileri ile birlikte 1 byte sıcaklık verisi mikrodenetleyiciye aktarılmaktadır. Kontrol ünitesinde, mikrodenetleyici pals-oksimetre algılayıcısından gelen 3 byte veriden sondaki 2 byte’ı (nabız ve oksijen miktarı) seçmekte ve almaktadır. Almış olduğu bu verilere ek olarak, sıcaklık algılayıcısından alınan sıcaklık verisi de eklenerek, RF modül ve LCD ekran ünitelerine veriyi aktarmaktadır. RF Modül ünitesi gelen verileri 9600 baud rate’de kablosuz ortama aktarmaktadır. Regüle Ünitesi, 9 Volt’luk batarya gerilimini, mikrodenetleyici için 5V’a, RF modül için de 3V’a dönüşümlerini gerçekleştirerek devreyi beslemektedir. III.1.2 Verici Birim Donanımı Şekil III.1’de görüldüğü gibi verici birim donanım açısından 5 alt üniteden oluşmaktadır: • Algılayıcı ünitesi • Kontrol ünitesi • RF modül ünitesi • Regüle ünitesi • LCD gösterge ünitesi 41 Şekil III.3 Verici Birimi Açık Devre Şeması 42 (b) (a) (c) Şekil III.4 Verici Birim a) Pals-Oksimetre Algılayıcısı, b) Devre Kartı, c ) Devrenin Kutulanmış hali 43 III.1.2.1 Algılayıcı Ünitesi a. Parmak Tip Pals-Oksimetre Algılayıcı Temel fizyolojik mekanizmaların çalışma şartları hakkında bilgiler elde etmek, yalnız teşhis ve tedavi amaçlı klinik uygulamalar için değil, aynı zamanda tıbbi destek hizmetleri ve biyomedikal araştırmalar için de zorunlu bir ihtiyaçtır. Bu kapsamda ölçülmesine gerek duyulan temel parametrelerden birisi de, solunum sisteminin çalışma şartlarına ilişkin doğrudan bilgi sağlayan artelyel (atardamar) oksijen saturasyonudur. Bu parametrenin ölçümü için kullanılan yöntemler esas olarak kan gazı analiz yöntemi ve oksimetre yöntemi olarak iki ana başlık altında toplanabilir [24]. Bunlardan kan gazı analiz yöntemi, genellikle anestezi uzmanları tarafından uygulanabilen invazif (cerrahi işlem gerektiren) bir yöntemdir. Bu ölçme yöntemi güvenilir olmasına karşılık yüksek maliyetlidir. Oksimetre yöntemi ise, noninvazif (cerrahi işlem gerektirmeyen) bir yöntemdir. Uygulaması kolay, riski düşük ve ucuz bir yöntemdir. Hastaların oksijen ihtiyacını sürekli olarak izleme imkanı sağlar [24]. Günümüzde bu tür sistemler kulak, el veya ayak parmaklarına yerleştirilen basit bir optik dönüştürücü vasıtasıyla, gerçek zamanlı ölçme ve değerlendirme imkanı sağlamaktadır. Arteryel oksijen saturasyonunun yanı sıra nabız sayısının da sürekli izlenmesini sağlayan bu sistemler pals oksimetre (nabız-oksimetre); ölçme yöntemi de pals oksimetre yöntemi olarak adlandırılmaktadır [24]. Pals-oksimetre yöntemi, Şekil III.5’de görüldüğü gibi kırmızı ve kızılötesi spektrumdaki iki ayrı ışık uyarısının vücut tarafından soğurulma miktarının ölçülmesi prensibine dayanır. Bu amaçla kulak, el veya ayak parmaklarına yerleştirilen ve iki farklı dalga boyundaki ışık üreteci ve bir optik dedektörden oluşan bir ölçme probu kullanılmaktadır [24]. 44 Şekil III.5 Pals-Oksimetrenin Çalışma Mantığı [31] Kan gazı analiz yöntemi ile belirlenen ‘arteryel oksijen saturasyonu’ literatürde SaO2 sembolü ile temsil edilmektedir. Oksimetre yönteminde bu parametreye karşılık ‘arteryel oksihemoglobin konsantrasyonu’ ölçülür ve SpO2 sembolü ile temsil edilir. SaO2 ve SpO2 parametreleri arasındaki temel fark, SaO2’nin atardamardaki toplam oksijen miktarı hakkında bilgi vermesine karşılık, SpO2’nin sadece hemoglobin moleküllerine bağlanmış bulunan oksijen miktarı hakkında bilgi vermesidir [24]. Kırmızı kan hücreleri içindeki hemoglobin (Kanda solunum organından dokulara oksijen, dokulardan solunum organına karbondioksit taşıyan protein) ile kimyasal olarak birleşmiş oksijen hemen hemen kandaki oksijen miktarının tamamını (%97’sini) oluşturur. Arteryel oksihemoglobin moleküllerinin konsantrasyonu (SpO2), örnek kan hacmi içerisindeki oksihemoglobin (HbO2) miktarının, toplam Hemoglobin miktarına oranının yüzdelik değeri olarak tanımlanır [24]. SpO2 SpO2 işareti her kalp atış periyodunda bir maksimum değerle minimum değer arasında değişim gösterir. Normal fizyolojik şartlar altında bu değişimin tepe değeri %90’ın üzerinde olmalıdır. Bu oranın %90’nın altına indiği hastalarda solunum desteği gerekebilir [24]. Kırmızı kan hücrelerinde (RBC) bulunan HbO2 ve Hb moleküllerinin 600nm ile 1000 nm arasında dalga boyuna sahip ışığı soğurma karakteristiği Şekil III.3’de verilmiştir. Pals-oksimetre yöntemine göre SpO2 ölçümü için HbO2 ve Hb 45 moleküllerinin birbirinden farklı olan bu soğurma karakteristiklerinden yararlanılmaktadır [24]. Pals oksimetreler, SpO2 konsantrasyonu ile beraber kalp atış hızını (nabız) da hesaplar. Bu nedenle, kalpteki gibi ritmik atışların varlığının (pulsasyon) bulunmadığı bir vücut bölgesine yerleştirilen ölçme probu ile pals-oksimetre fonksiyonu icra edilemez. Cihazın ölçüm yapabilmesi için probun yerleştirilebileceği en uygun vücut bölgeleri tırnak yatağı (el veya ayak parmağı) ve kulak memesidir [24]. Parmak ucundan geçirilen ışığın zayıflama karakteristiği üç bileşenden oluşur: doku zayıflaması, toplardamar zayıflaması, atardamar zayıflaması. Doku zayıflaması ve toplardamar zayıflaması zamanla değişmeyen bir karakteristiğe sahiptir. Işık zayıflamasındaki değişkenliğe sadece parmak ucundaki atardamar (arteryel) kan akışı neden olur. Bunun da nedeni, kalbin her nabız darbesinde vücuda pompalanan kanın oksijen doygunluğundaki değişimdir. Kalp atımı (nabız) işareti, sabit olan zayıflama bileşenlerinin üzerine bindirilir. Dolayısıyla, atardamar oksijen saturasyonunu, sabit olan doku zayıflaması ve toplardamar zayıflama bileşenlerinin toplam zayıflamadan çıkarılması suretiyle hesaplanabilir [24]. Pals-oksimetre düzeneği, üç temel donanımdan oluşmaktadır. Bunlar : • Pals-Oksimetre algılayıcısı (Sensor - Prob) • OEM III Modül (OEM III Module) • OEM III geliştirme kartı (Evalution Board Option Switch) Düzeneğin optik dönüştürücü birimini oluşturan prob, kızılötesi ve kırmızı ışık yayan iki LED diyot ve her iki ışığın dalga boyuna da duyarlı olan bir foto dedektörden oluşmaktadır. Led diyotlar, ortalama gücü normal diyotlar gibi, fakat darbe tepe gücü arttırılmış özel amaçlı diyotlardan oluşmaktadır [24]. Fotodedektör çıkışından elde edilen ışık verisi akım cinsindendir. Bu veri akım-gerilim dönüştürücüsü vasıtasıyla gerilime dönüştürülür. Her iki ışık uyarısına ilişkin zayıflama işaretlerinin yeniden yapılandırılması için örnekleme ve tutma devreleri kullanılır. Örnekleme ve tutma devreleri, LED diyotlar anahtarlandığında foto dedektörden elde edilen ışık bilgisinin, anahtarlama işareti ile eş zamanlı olarak örneklenmesini ve bir sonraki anahtarlama işaretine kadar kaybolmadan tutulmasını sağlar. Bu devrenin çıkışı, DC bileşeni kaldırmak ve yüksek frekans gürültüsünü kesmek için aktif bir bant geçiren filtreyle donatılmış bir amplifikatör katında işlenir. Bu katta kullanılan otomatik kazanç kontrol (AGC) devresi ile parmak kalınlığı veya 46 deri yüzeyindeki değişimler dolayısıyla oluşan zayıflamaları telafi edecek şekilde kazanç ayarı yapılabilir. Sistemde elde edilen ışık bilgileri bir analog sayısal dönüştürücü vasıtasıyla 8 bitlik sayısal işarete dönüştürülerek, mikroişlemcili sisteme aktarılabilmektedir [24]. 8 bitlik sayısal işarete dönüştürülen SpO2 ve nabız verileri, OEM III geliştirme kartı üzerindeki seri portdan mikrodenetleyiciye aktarılırken çeşitli seri çıkış format seçeneklerine sahiptir. Bu seçenekleri geliştirme kartı üzerindeki sekiz adet anahtarın konumları belirlemektedir. Tasarlanan sistemde 1 numaralı seri veri formatı kullanılmıştır. Bu formatta, Şekil III.6’dan da görüldüğü gibi, OEM III geliştirme kartının seri portundan veri saniyede üç byte şeklinde iletilmektedir. İlk byte durum byte’ı, ikinci byte nabız bilgisine ait byte, üçüncü byte ise oksijen saturasyonu (SpO2) bilgisine ait byte’dır [25]. 2 numaralı Seri veri formatında ise her veri çerçevesi 5 byte’dan oluşmaktadır ve her 25 adet veri çerçevesi 1 paket anlamına gelmektedir. Saniyede 3 paket yani başka bir deyişle 75 veri çerçevesi (375 byte) iletilmektedir. Şekil III.6 1 numaralı seri veri formatı [25] SNSD : Algılayıcı oksimetre cihazına bağlı değil (Sensor Disconnect) OOT : Peş peşe gelen darbe sinyallerinin olmaması LPRF : Düşük perfüzyon Perfüzyon : Kanın dokulardan belirli hız ve basınç altında geçmesi MPRF : Marjinal Perfüzyon (Perfüzyon sınırda) 47 ARTF: Geçerli nabız aralığı ile tespit edilen nabız eşleşmemesi (Artifact) Bu tez çalışmasında, Şekil III.7’de görüldüğü gibi, NONIN firmasının üretmiş olduğu OEM III geliştirme kartı ve Şekil III.8’de görüldüğü gibi, 8000AA model 1m uzunluğundaki Parmak tip pals-oksimetre algılayıcı ve OEM III modül kullanılmıştır. Şekil III.7 OEM III Geliştirme Kartı (a) (b) Şekil III.8 Pals Oksimetre a) Pals-Oksimetre Algılayıcısı , b) OEM III Modül b. DS18B20 Sayısal Sıcaklık Algılayıcısı DS18B20 sayısal sıcaklık algılayıcısı, tek hat üzerinden haberleşme yapan bir sıcaklık algılayıcısıdır. Harici hiçbir devre elemanı gerektirmez. Veri hattı üzerinden enerjilendirilebilir. Bekleme modunda iken güç harcamaz. Ölçüm aralığı -55°C ile +125°C arasında 0.5°C artışlar gösterir. Sıcaklığı 9 bit sayısal (dijital) değer olarak okur. Sıcaklığı 200ms içerisinde sayısal kelime haline dönüştürür [26]. 48 Şekil III.9’da DS18B20 sayısal sıcaklık algılayıcısının iki farklı kılıflarda pin bağlantıları görülmektedir. Şekil III.9 DS18B20 Sıcaklık Algılayıcısı Pin Konfigürasyonu [26] GND : Toprak yada Şase (Ground) DQ : Veri Giriş-Çıkışı VDD : Seçenekli (Opsiyonel) besleme NC : Bağlantı yapılmıyor (No Connection) Sıcaklığı 9 bit okur ve Şekil III.10’da görüldüğü gibi 9. bit sıcaklık değerinin polaritesini belirleyen bitdir. Eğer 9. bit, bir ise sıcaklık negatif, sıfır ise pozitif anlamına gelmektedir [26]. Şekil III.10 DS18B20 sıcaklık okuma örneği [26] Tablo III.1, Ds1820 sıcaklık algılayıcısının sıcaklıkla – veri ilişkisini gösteren bir tablodur [26]. 49 Tablo III.1 DS18B20 sıcaklık-sayısal veri ilişkisi [26] Sıcaklık Sayısal Çıkış (Binary-2’li) Sayısal Çıkış (Hex-16’lı) +125°C 00000000 11111010 00FAh +25°C 00000000 00110010 0032h +1/2°C 00000000 00000001 0001h +0°C 00000000 00000000 0000h -1/2°C 11111111 11111111 FFFFh -25°C 11111111 11001110 FFCEh -55°C 11111111 100010010 FF92h III.1.2.2 Kontrol Ünitesi Bir bilgisayar içinde bulunması gereken Hafıza, Giriş/Çıkış ünitesi gibi elemanların CPU ile birlikte tek bir entegre içerisinde üretilmiş haline Mikrodenetleyici denir. Böylece hem yer tasarrufu yapılıp maliyet düşürülürken hem de tasarım kolaylaştırılmış ve programlama işlemi basitleştirilmiş olur. Mikrodenetleyiciler; Microchip, Intel, Motorola, SGS Thomson, Hitachi gibi birçok firma tarafından üretilmektedir. vardır. Her üreticinin en az birkaç mikrodenetleyicisi Örneğin microchip 12C508, 16C84, 16F84 ve 16F877 gibi farklı mikrodenetleyicilere sahiptir ve hemen hemen aynı komutlarla programlanırlar. Mikrodenetleyici seçerken öncelikle uygulama ihtiyacının tamamını karşılamasına sonra da fiyatına bakılmalıdır. Ayrıca yazılım (program) desteğinin/araçlarının (derleyici, simülatör v.s.) bulunup bulunmadığına da dikkat edilmelidir. Piyasada, internet’de bol miktarda uygulama programlarının bulunabilmesi de örnek olması açısından faydalıdır. Sayılan özellikler göz önüne alınırsa (şu an için) Microchip firması tarafından üretilen kısaca PIC olarak ifade edilen mikrodenetleyicilerin kullanılması oldukça avantajlı gözükmektedir [14]. PIC İngilizcede “Peripheral Interface Controller” yani “Çevre Üniteleri Kontrol edici Arabirim” anlamı taşıyan kelimelerin baş harflerinden oluşmuştur [14]. 50 Şekil III.11 PIC (Peripheral Interface Contoller) [14] PIC mikrodenetleyicisinin tercih sebeplerini beş başlık altında incelenebilir : Kod Verimliliği : PIC Harvard Mimarisi temelli sekiz bitlik bir mikrodenetleyicidir. Bu bellek ve veri için ayrı yerleşik veri yollarının bulunduğu anlamına gelir. Böylece akış denetiminde yapılabilecek işlem sayısı ve program belleğine yapılabilecek aynı andaki erişim sayısı arttırılmış olur [14,27]. Güvenirlilik: Tüm komutlar 12 bitlik veya 14 bitlik program belleği sözcüğüne sığar. Yazılımın, programın veri kısmına atlamaya ve veriyi komut gibi çalıştırmaya ihtiyacı yoktur [14,27]. Komut Seti: Her bir komut tek çevrimde çalışır. çalışmasını ve işletmesini sağlayan bilgidir. Mikrodenetleyicinin Başarılı bir uygulama isteniyorsa yazılım hatasız olmalıdır. Yazılım Basic, C, Assembly gibi çeşitli dillerde veya ikili (binary) olarak yazılabilir [14,27]. Hız: PIC oldukça hızlı bir entegredir. Örneğin beş milyon komutluk bir programın 20 MHz’lik bir kristal ile adımlanması yalnız 1 saniye sürer. Bu süre 386 SX 33 işlemcisinin neredeyde iki katıdır [14,27]. Statik İşlem: PIC tamamen statik bir mikrodenetleyicidir. Başka bir deyişle, saati durdurduğumuzda tüm yazmaç bilgileri korunur. PIC uyku moduna geçtiğinde, saati durur ve bazı bayraklar oluşturarak PIC’in hangi durumda kaldığını size hatırlatır. PIC uyku modunda sadece 1 mA’den küçük bir akımdan oluşan bekleme akımını kullanır [14,27]. Tasarlanan sistemin bu ünitesi PIC16F877A mikrodenetleyicisinden oluşmaktadır. Bu denetleyici algılayıcı ünitesindeki, pals-oksimetre algılayıcısından saniyede 3 byte sayısal şekilde gelen verilerden, ikinci byte nabız ve üçüncü byte oksijen saturasyonu (SpO2) bilgilerini ayırır ve bu iki veriyi arka arkaya alır. Yine 51 algılayıcı ünitesindeki sıcaklık algılayıcısından gelen ortam sıcaklığı bilgisini de alarak toplamda 3 byte veriyi arka arkaya alır. Aldığı bu verileri önce nabız, daha sonra oksijen saturasyonu ve en son sıcaklık bilgisi olmak üzere sırasıyla RF modüle aktarır. Aynı zamanda bu verileri, Lcd ekrana da aktararak, vericiden gönderilen verilerin görülmesini sağlar. Şekil III.12 Verici Birimi Kontrol Ünitesi PIC16F877A Pin Bağlantıları III.1.2.3 RF Modül Ünitesi RF Modül ünitesinde kullanılan UFM-M11 modem modüller, 434 MHz UHF bandında üretilmiş modüllerdir. Uzaktan kontrol sistemleri, Yerel Ağ (LAN) uygulamaları, telemetri sistemleri ve güvenlik amaçlı alarm sistemleri gibi çeşitli uygulama alanlarına sahiptir. Bu modül kullanıcının sistemine entegre olabilecek şekilde tasarlanmıştır. İletim Tipi Asenkron (UART) ve iletişim hızı 9.6Kbps’dir. Genel data formatı olarak data modüle Şekil III.14’de görüldüğü gibi verilmelidir. Data, modüle önce 3 byte başlangıç byte’ları, daha sonra maksimum 60 byte data ve sonunda 5 byte bitiş byte’ları şeklinde verilmelidir. Modül üretildiği band içerisinde Tablo III.3’de görüldüğü gibi 10 farklı kanalda çalışabilmektedir. Kullanıcı ihtiyacına ve isteğine bağlı olarak bu kanallardan birini seçebilir. Kanal bilgisi modül hafızasında saklanır, enerji kesilse dahi en son tanımlanan değer kullanılır. Data formatı olarak 8 veri bitine sahiptir, eşlik biti yoktur, stop biti 1 ve akış kontrolü yoktur [28]. 52 Şekil III.13 RF Modül görünüşü [28] Tablo III.2 RF Modül Pin Özellikleri [28] Pin 1,3,4 Pin İsmi Giriş/Çıkış GND - Açıklama Toprak Hattına Bağlayınız. 2 ANT - Anten Bağlantı Noktası 50 ohm anten bağlayınız 5 NC - - Boşta bırakınız. 6 NC - - Boşta bırakınız. 7 NC - - Boşta bırakınız. 8 RX I RX – UART (3V DC) İşlemcinizin TX-UART Pinine 9 TX O TX – UART (3V DC) İşlemcinizin RX-UART Pinine 10 NC - - Boşta bırakınız. 11 VCC - +3V DC Besleme Modül Beslemesi Şekil III.14 RF Modül Genel Data Formatı [28] 53 Tablo III.3 RF Modül kanallarına göre çalışma frekansları [28] Kanal 0 433.05 MHz Kanal 1 433.25 MHz Kanal 2 433.45 MHz Kanal 3 433.65 MHz Kanal 4 433.85 MHz Kanal 5 434.05 MHz Kanal 6 434.25 MHz Kanal 7 434.45 MHz Kanal 8 434.65 MHz Kanal 9 434.85 MHz III.1.2.4 Regüle Ünitesi Cihaz beslemesi 9V’luk DC bataryadır. Fakat devre içerisinde farklı beslemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Mikrodenetleyici beslemeleri için 5V, RF modül için 3V kullanılır. Bu gerilimleri elde etmek için Şekil III.15‘de görülen 9V-3V ve Şekil III.16’da görülen 9V-5V regüle devreleri sistemde kullanılmıştır. Şekil III.15 9V-3V Regülatör Devre Şeması 54 Şekil III.16 9V-5V Regülatör Devre Şeması III.1.3 Alıcı birimin çalışma prensibi Alıcı birime yerleştirilen RF modül, 9600 baud rate de verici birimden almış olduğu verileri arka arkaya PIC’ e göndermektedir. PIC sırasıyla almış olduğu nabız, oksijen saturasyonu (SpO2) ve sıcaklık bilgilerini bilgisayara aktarmaktadır. Bilgisayara aktarmadan önce verinin gerilim seviyesi PIC ile bilgisayar arasında TTL/232 uygunlaştırıcı kullanılarak bilgisayarın seri port gerilim seviyesine uygun hale getirilmiştir. Gerilim seviye uygunlaştırıcı olarak PIC ile bilgisayar seri portu arasında MAX232 entegresi kullanılmıştır. Bilgisayara alınan veriler LabVIEW yazılımı ile hazırlanan arayüze aktarılmıştır. III.1.4 Alıcı Birim Donanımı Şekil III.17’de görüldüğü gibi alıcı birim 4 alt üniteden oluşmaktadır: • RF Ünitesi • Kontrol Ünitesi • PIC-PC Arası Seviye Uygunlaştırıcı Ünite (MAX 232) • Regüle Ünitesi 55 Şekil III.17Alıcı birimi açık devre şeması 56 Verici birim ile alıcı birim yapıları benzerdir. Temel farklılık ana kontrol mikrodenetleyicilerine yüklenen yazılımlardır. III.2 YAZILIM Verici ve Alıcı birimlerde ana kontrolü sağlayan birer adet mikrodenetleyici kullanılmış ve mikrodenetleyiciye yüklenmek üzere bir adet yazılım hazırlanmıştır. Yazılımlar MicroCode Studio programında yazılıp derlenmiştir. Ayrıca bilgisayara alınan verilerin görüntülenmesi için LabVIEW yazılımı kullanılarak kullanıcı arayüzü hazırlanmıştır. III.2.1 Mikrodenetleyicinin Programlanması III.2.1.1 Verici Ana Kontrol PIC16F877A Yazılımı Ana kontrol yazılımında, programın en başında port c.0’a bağlı OEM III geliştirme kartından 3 byte veri arka arkaya (durum – nabız – oksijen saturasyonu) alınır. Kullanılan sıcaklık algılayıcısı tek hat sayısal sıcaklık algılayıcısı olduğu için bu algılayıcıdan verileri okumak için öncelikle DS18B20 datasheet sayfasından komut setleri incelendiğinde sıcaklık çevrimine başlaması için belli komutlar gönderilerek sıcaklık algılayıcısı sıcaklık dönüşümü yapmaya başlar. Sıcaklık çevrimi yaparken DS18B20 sıfır bilgisi gönderir çevrim tamamlandığında 1 bilgisini gönderir, 1 bilgisinin gelip gelmediği kontrol edilerek çevrimin gerçekleşip gerçekleşmediği kontrol edilir, çevrim tamamlandığında değeri sıcaklık algılayıcısı kendi not defterine kaydeder, oku komutu gönderilerek veri okunur. Sıcaklık algılayıcısından gelen verinin 9. biti polariteyi belirlediği takdirde +0.5°C hassasiyetle yaptığı ölçümü, 11.bit polarite biti tanımlanarak matematiksel işlem komutları ile +0.1°C hassasiyete dönüşümü gerçekleştirilir. PIC’in almış olduğu değerler önce Lcd ekrana gönderilerek yazdırılır. Aynı veriler, verici ve alıcı modüllerin data formatlarında bulunan başlangıç (start of frame) ve bitiş (end of frame) bitleri eklenerek, datalar portc.2’ye bağlı olan RF modüle gönderilir. Şekil III.18’de verici birim mikrodenetleyicisinde yazılmış olan programın akış şeması görülmektedir. 57 Şekil III.18 Verici Birim Akış Şeması III.2.1.2 Alıcı Ana Kontrol PIC16F877A Yazılımı Alıcı birim yazılımında, veriler RF modül vasıtasıyla alınmakta ve portd .0 pininden PIC’e aktarılmaktadır. Yine burada PIC gelen veri çerçevelerinin başlangıcının tespiti için başlangıç biti (start of frame) gelene kadar veri almamakta, bu veri geldikten sonra sırasıyla vericiden gelen Nabız, oksijen saturasyonu ve sıcaklık verilerini almaktadır. Aldığı verileri bilgisayarın seri portu ile PIC arası seviye uygunlaştırıcı görevi gören MAX232 entegresinin veri okuma pinine göndermektedir. Şekil III.19’da alıcı birim mikrodenetleyicisinde yazılmış olan programın akış şeması görülmektedir. 58 Şekil III.19 Alıcı birim akış şeması III.2.2 LabVIEW ile Arayüz Tasarımı LabVIEW, Amerikan National Instruments firmasının geliştirmiş olduğu yazılım platformudur. Seksenli yıllardan beri mühendisler ve bilim adamlarınca işaret işleme konularında sıklıkla kullanılmaktadır. Geleneksel metin tabanlı (text based) programlama dillerinden farklı olarak görsel bir programlama dilidir. Program geliştirilirken printf (“hello world”/n); gibi yazı dili kullanmak yerine akış şeması (flow chart) çizilir. Sanal cihaz (Virtual Instrument) felsefesinde LabVIEW programları, ön panel (Front Panel) ve blok diyagram (Block Diagram) olmak üzere iki kısımdan oluşur. Ön panel kullanıcılar tarafından görünen arayüzdür. Bu arayüzün arkasında şemalardan oluşan bir blok diyagram bulunur. Real-time, FPGA, Mobile, Embedded, Datalogging and Supervisory Control, Vision Development, Motion Control, Sound and Vibration, Statechart, Simulation gibi ek modülleri de bulunmaktadır[29]. 59 LabVIEW’de VISA ismi verilen Şekil III.20’de gösterilen, çeşitli portlardan giriş ve çıkış düzenlemelerinin gerçekleştirildiği bir giriş - çıkış dili mevcuttur [30]. Şekil III.20 LabVIEW National Instruments – VISA hiyerarşisi [30] VISA çeşitli haberleşme arayüzlerinden gelen verileri kontrol edebilme yeteneğine sahip sanal bir LabVIEW cihazıdır. Bu çalışmada veriler bilgisayara seri port üzerinden alındığı için, Şekil III.21’de görüldüğü gibi VISA-Seri port konfigürasyon araçları kullanılmıştır [30]. Şekil III.21 VISA Seri Port Konfigürasyonu Şekil III.22’de gerçekleştirilen LabVIEW uygulamasına ait blok diyagram penceresi görülmektedir. 60 Şekil III.22 LabVIEW uygulama blok diyagramı 61 Şekil III.22 LabVIEW uygulama blok diyagramı (devamı) 62 Şekil III.23 Seri portdan veri alma işlemi Şekil III.23’den görüldüğü gibi, bilgisayarın seri portundan verilerin eşzamanlı olarak alınabilmesi için öncelikle verilerin alındığı seri porta ait iletişim özellikleri ile, LabVIEW kısmında bu verileri alan sanal cihazın (VISA) iletişim özelliklerinin aynı olması gerekmektedir. Bunu sağlayabilmek için LabVIEW seri port konfigürasyon sanal cihazında (VISA SERIAL) seri port konfigürasyonu, iletişim hızı “9600bit/s”, veri biti “8 bit”, eşlik (parity) biti “0”, stop biti “1 bit”, akış kontrolü “yok (None)” olacak şekilde seçilmiştir. Bu konfigürasyonların yanı sıra verilerin alındığı bilgisayarda “NI-VISA RunTime” programının kurulması gerekmektedir. Bu program National Instruments LabVIEW programının VISA yazılımıdır. Seri, GPIB, USB gibi çeşitli haberleşme arabirimlerini desteklemektedir. Bu programı kurduktan ve seri port ayarlarını gerçekleştirdikten sonra, bilgisayara seri arabirim üzerinden sırasıyla nabız, SpO2 ve ortam sıcaklığı şeklinde alınan veriler belli bir gecikme sağlanarak “VISA Flush I/O Buffer” sanal cihazına alınmaktadır. Bu cihaz verileri sürekli seri arabirim üzerinden alarak tampon bölgede muhafaza ederek, seri port sanal cihazı ile okuyan sanal birim arasında uyumu (senkronizasyonu) sağlamaktadır. Hemen arkasında “VISA Set Timeout” kullanılarak, VISA arabiriminden alınan verilerin zaman aşımına uğrayarak kaybolmasını engellemek amacıyla kullanılmıştır. Bu işlemlerin ardından, belli bir süre gecikmeyle VISA’yı oku (VISA Read) sanal cihazı kullanılarak, VISA 63 SERIAL ile VISA Read arasındaki tampon bölgeden okunan veriler VISA’yı oku biriminin buffer olarak isimlendirilen tampon bölgesine aktarılmaktadır. Bu işlem gerçekleştirilirken gelen verilerin kaçar byte’lık okunması gerektiğini belirtmek için, çalışmamızda 3 basamak Nabız bilgisi, 3 basamak SpO2 bilgisi ve 3 basamak sıcaklık bilgileri geldiğinden dolayı VISA’yı oku birimi üzerinde byte sayıcı (byte count) kısmına 9 yazılmıştır. Tampon bölgeyi oku (read buffer) göstergesiyle de ön panelde gelen veriler, dokuz basamakta kullanıcıya gösterilmektedir. Bu noktaya kadar yapılan işlemler sonucunda veriler seri arabirimden alınmış ve ön panelde gösterilmiştir. Seri arabirimden veri alma işleminde yapılacak son işlem, ilgili arabirim (COM1, COM2 gibi) tarafından açılan oturumun kapatılması işlemidir. Bunu yapabilmek için de VISA’yı kapat (VISA Close) adı verilen sanal cihazın kullanılması gerekmektedir. mutlaka kapatılmalıdır. Her VISA oturumu, veri alma işlemi bitirildiğinde Bu nedenle VISA’yı oku biriminin hemen arkasından VISA’yı kapat birimi kullanılmıştır. VISA’yı kapat sanal cihazının hemen ardında, veri alma ile ilgili herhangi bir hata durumu oluştuğunda göstermesi için hata göstergesi (Simpe Error Handler) kullanılmıştır. Şekil III.24 Verileri ayırma ve sayıya dönüştürme Şekil III.24’de nabız verisi için gerçekleştirilen verileri ayırma işleminde görüldüğü gibi, dokuz basamaklı onlu metin (decimal string) halinde seri arabirimden alınan nabız, SpO2 ve sıcaklık verilerinin üçer üçer ayrılması gerekmektedir. Bu işlemi gerçekleştirebilmek için metni altbölümlere ayıran “String 64 Subset” nesnesi kullanılmıştır. Bu nesne üç girişe ve bir çıkışa sahip bir birimdir. İlk girişe, 9 basamaklı alınan metin ifade girilmekte, ikinci girişte, alınan metin ifadeyi altbölümlere ayırma işleminin nereden başlaması gerektiğini bildirmek adına bir başlangıç (offset) sabiti belirtilmekte, üçüncü girişte ise belirtilen başlangıç noktasından ne kadar uzunlukta bölmesi gerektiğine dair bir uzunluk sabiti belirtilmektedir. Örneğin nabız verisi, gelen 9 basamaklı “onlu metin” ifadenin ilk üç basamağında olacağı için başlangıç değeri sıfır, uzunluk değeri de üç olarak belirtilmiştir. Dizi mantığıyla çalıştığından dolayı alınan onlu metin ifadenin sıfırıncı basamağından (ilk basamak) başlayarak üç basamak uzunluğundaki kısmı alarak tek çıkışından sadece bu üç basamaklı veriyi yani nabız bilgisini bize vermektedir. Aynı şekilde SpO2 için başlangıç 3, uzunluk 3; sıcaklık için başlangıç 6, uzunluk 3 olarak belirtilerek dokuz basamaklı metin ifade üç parçaya bölünmüştür. Her birinin çıkışına Nabız, SpO2 ve sıcaklık adı verilen göstergeler bağlanarak kullanıcının ön panelde verileri, basamaklara ayrılmış halleriyle görebilmeleri sağlanmış olmaktadır. Basamaklara ayırarak ön panelde gösterilen veriler, onlu metin yapısına sahip veriler olduğundan bu verilerle herhangi bir karşılaştırma işlemi yapılamaz. Karşılaştırma yapabilmek için, onlu metin ifadelerini rakama çeviren “Decimal String to Number” operatörü kullanılmıştır. Bu operatör kullanılarak sayı haline getirilen onlu metin ifadeler artık karşılaştırma işlemlerinde kullanılabilir yapıya dönüşmüş olmaktadır. İlgili hastanın rakama dönüştürülen fizyolojik verilerinin kayıtlarının tutulması ve istatistiğinin oluşturulması amacıyla Şekil III.25’de görüldüğü gibi, dizi oluşturma ve oluşturulan dizinin dosyaya kaydedilmesini sağlayan “Build Array” ve “Write To Spreadsheet File” nesneleri kullanılmıştır. Şekil III.25 Gelen verilerin kayıt altında tutulması 65 Öncelikle nabız verisinin, gerçekleştirilen LabVIEW uygulamasında hangi basamaklardan geçtiği ele alınmıştır. Nabız, kalp atışının uçtaki atardamarlardan hissedilmesine denir. Normal nabız erişkinde dakikada 60–90 kez, çocukta dakikada 80–100 kez, bebekte dakikada 100–120 kez civarındadır. Nabız, kalbin attığını gösterir [43]. Tablo III.4 Yaş-Nabız İlişkisi [44] Yaş Nabız Aralığı 0-1 120-140 1-3 90-120 3-7 90-100 7-20 80-90 20 yaşından sonra 60-80 Tablo III.4 ‘teki bilgiler ışığında gelen nabız bilgisi belli yaş gruplarına göre incelenmiştir. Bu doğrultuda hastanın yaşının ön panelden girilebilmesi için “Hastanın Yaşı” isimli bir kontrol birimi yerleştirilmiştir. Kullanıcı, ilgili kontrol noktasına hastanın yaşını girecektir. Şekil III.26 Nabız değerinin yaşa göre değerlendirilmesi Şekil III.26’da görüldüğü gibi, girilen yaş bilgisine göre algılanan nabzın normal olup olmadığının değerlendirilebilmesi için iç içe “case structure” nesneleri yerleştirilmiştir. Öncelikle yaş bilgisi 20 değeri ile karşılaştırılmaktadır. Eğer yaş verisi, 20’ye eşit ya da daha büyükse, kullanıcıyı yetişkin kategorisine dahil etmek 66 için oluşturulan “case structure” lardan (durum yapıları) en dıştakinin, Doğru (True) durumuna eşitlenmesi adına koşul noktası olan structure yapı üzerindeki soru işareti kısmına, karşılaştırma operatörünün çıkışı bağlanmıştır. Aynı zamanda, rakama çevrilen nabız bilgisi 60 ve 80 aralığı ile karşılaştırılarak, karşılaştırma operatörü çıkışı yine case structure yapıya bir giriş olarak bağlanmıştır. Böylelikle yaş 20’ye eşit ya da daha büyükse karşılaştırma operatörü çıkışından doğru (true) bilgisi geleceği için ilk case structure yapısının içerisindeki true durumuna dahil olacaktır. True durumlarında herhangi bir işleme dahil edilmediğinden, nabız verisi 60’dan küçük ise “düşük nabız” mesajı ön panelde belirecek veya 80’den büyükse yine ön panelde “yüksek nabız” mesajı belirecektir. Eğer yaş 20’ye eşit ya da büyük değilse, yaş karşılaştırma operatörü çıkışından yanlış (false) bilgisi geleceğinden farklı bir kategori içerisine girecektir. Yeni kategori yaşı 7’ye eşit veya 20 yaşından küçük olanların kategorisi, bu kategori için nabız aralığı 80 ile 90 olduğu için yine bu yaş kategorisinde kullanıcı yaşını girdiğinde kendisine ait case structure yapısına dahil olacak ve bu aralık üzerinden düşük yada yüksek nabız değerlendirmesine dahil olacaktır. Aynı şekilde 3 yaşına eşit yada 7 yaşından küçük olan kullanıcılar için 90100 nabız aralığı, 1 ile 3 yaş arasında 90-120 nabız aralığı ve 1 yaşına eşit ya da daha küçük bebekler içinde 120-140 nabız aralıkları tanımlanarak iç içe case structure yapılarla nabız verileri karşılaştırılıp çıkıştaki düşük nabız ve yüksek nabız mesajları belirecektir. LabVIEW kullanıcı ön panelinde beliren “Yüksek nabız”, “Düşük nabız”, “Hastanın solunum desteğine ihtiyacı var”, “SpO2 algılayıcısı parmağa takılı değil” ve “ortam sıcaklığı 40 derecenin üzerinde” şeklinde beş adet farklı uyarı mesajı için ayrı ayrı ikişer adet “case structure” yapıları kullanılmıştır. Şekil III.27’de, “Hastanın solunum desteğine ihtiyacı var” uyarı mesajı için hazırlanan yapı görülmektedir. Tüm uyarı mesajları için bu şekilde bir yapı hazırlanmıştır. 67 Şekil III.27 “Hastanın solunum desteğine ihtiyacı var” mesajı için ikili case-structure yapısı Nabız uygulamasında, ön panelde düşük nabız uyarı mesajı için, öncelikle ön panele geçilerek burada farenin sağ butonuna tıklanarak kontrol araçlarının bulunduğu menüden tüm kontrol araçlarının bulunduğu “all controls” menüsüne tıklayarak, buradaki “containers” menüsü içerisinden “tab control” seçilerek ekrana uyarı mesajı yazılabilecek bir içerik alanına erişilmelidir. Bu alan standart olarak iki sayfalı gelmektedir. İki ayrı sayfaya, ayrı içerikler yazılarak aynı “tab control” sanal cihazı üzerinden iki mesaj kontrol edilebilmektedir. İsteğe bağlı olarak kontrol edilecek mesaj sayısı arttırılabilir. Gerçekleştirilen uygulamada her uyarı mesajı için ayrı “tab control” sanal nesnesi kullanılmıştır. Düşük Nabız ve Yüksek Nabız uyarı mesajları için kullanılan “tab Control” sanal cihazları, bir “case structure” yapı içerisinde kullanılmıştır. Bunun nedeni, pulse oksimetre algılayıcısı parmağa takılı olmadığında SpO2 ve nabız verileri 127 ye eşit olacaktır. Bu durumda, ekranda “pulse oksimetre algılayıcısı parmağa takılı değil” ve “yüksek nabız” uyarı mesajları belirecektir. Ancak yüksek nabız bilgisi, algılayıcı parmağa takılı değilken oluşması mümkün olmadığından bu veri geçersizdir ve “yüksek nabız” uyarı mesajının verilmesi engellenmiştir. Düşük Nabız uyarısı için, alınan Tab control içerisine “Düşük Nabız” ifadesi (sabiti) yazılmıştır. Tüm uyarı mesajları için de kendilerine ait “tab Control” sanal nesneleri içinde yer verildiği için blok diyagramda ilgili “tab control” aktif olduğunda kendisine ait belirtilmiş uyarı mesajı ekranda görüntülenmektedir. Yaşa göre nabız aralıklarının kontrolünü sağlayan karşılaştırma operatörleri çıkışından, “düşük nabız” ya da “yüksek nabız” uyarısı geldiği takdirde, bu iki uyarının çıkışı “veya” operatörü aracılığıyla mantıksal veya işlemine tâbi tutulduğundan, mesajın yanı sıra kritik nabız ledi de ışık verecektir. Düşük nabız durumunda, ilgili Case 68 Structure yapısının koşul noktasına “True” bilgisi geleceğinden, program true durumunun içerisine girecektir. Burada page 1 (sayfa 1) yazılı sabit bulunmaktadır. Bu sabit tab control’e ait bir sabit olmakla birlikte ilgili tab control üzerinde sırasıyla sağ tıklanarak, ” create constant” işlemleri gerçekleştirilerek oluşturulmuştur. Sayfa 1 yazılı sabit, true durumunun içerisinde bulunduğu için, true durumunda sayfa 1’i aktif edeceği bilgisini case structure yapısı dışında oluşturulan Tab control noktasına bildirir ve bu nokta üzerinden ekranda Düşük Nabız uyarısı belirmektedir. Tab Control noktası, ilgili tab control üzerinde sırasıyla sağ tıklanarak, “create local variable” işlemleri gerçekleştirilerek oluşturulmuştur. Ekranda ilgili uyarı mesajı belirdikten sonra yapılması gereken işlem, uyarı durumu kalktığında kritik nabız uyarısını veren ledin sönmesiyle birlikte mesajın da kaldırılmasıdır. Bunu gerçekleştirmek için yine karşılaştırma operatörlerinden “düşük nabız” ya da “yüksek nabız” uyarıları kalkacağı için ilgili nokta üzerinde false bilgisi geleceğinden dolayı oluşturulan ikinci case structure yapısının false durumu içerisine girecektir. False durumu içerisinde “visible” isimli bir düğüm özelliği (property node) tanımlanmıştır. Düğüm özelliğinin (property node) temel işlevi, tanımlandığı birimin çeşitli özelliklerini farklı noktalar üzerinden kontrol edilebilmesidir. Burada düşük nabız uyarısını sağlayan tab control sanal cihazına, visible isimli property node tanımlanmış ve bu birimi aktif ya da pasif ederek verilen uyarı mesajının aktif ya da pasif edilmesi sağlanmıştır. Eğer kritik nabız uyarı ledi ışık verirse, düşük ya da yüksek nabız ilgili noktasından true bilgisi geleceğinden yine ekrandaki mesajın gösterilmesiyle ilgili case structure yapısının koşul noktasına true verisi gelecek ve program true durumunun içerisine girecektir. Burada da visible düğümüne true verisi gönderildiği için ekranda uyarı mesajı aktif olacaktır. “Yüksek nabız”, “kritik SpO2”, “pulse oksimetre parmağa takılı değil” ve “sıcaklık” structure yapıları da, düşük nabız yapısı mantığı ile aynı işlem basamakları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. SpO2 (oksijen miktarı) işareti her kalp atış periyodunda bir maksimum değerle minimum değer arasında değişim gösterir. Normal fizyolojik şartlar altında bu değişimin tepe değeri %90’ın üzerinde olmalıdır. Bu oranın %90’ının altına indiği hastalarda solunum desteği gerekebilir [16]. LabVIEW uygulamasının SpO2 basamağı bu bilgiler ışığında gerçekleştirilmiştir. Tıpkı nabızda olduğu gibi, burada da gelen SpO2 verisi %90 değerinin altında ise “hastanın solunum desteğine ihtiyacı vardır” şeklinde uyarı ledi ve mesajı ile gerekli uyarının ön panelde verilmesi 69 sağlanmıştır. Ayrıca Pulse oksimetre algılayıcısı parmağa takılı olmadığı durumda SpO2 verisi 127 ye eşit olduğundan, bu sayı kontrol edilerek parmağa takılı olup olmadığına dair uyarı mesajı da ekranda belirtilmektedir. Sıcaklık verisi, aynı şekilde ortam sıcaklığı 40°C (istenilen değer atanabilir) nin üzerine çıktığı durumlarda, ilgili uyarı ledinin yanması ve mesajının ön panelde belirmesi sağlanmıştır. Böylelikle algılanan veriler ve uyarılar Şekil III.28’de görülen arayüz üzerinden izlenebilmektedir. Şekil III.28 LabVIEW uygulama ön paneli 70 Hazırlanan arayüz, LabVIEW “Web Puplishing Tool” nesnesi kullanılarak aynı iletişim ağı (network) içerisinde yayımlanmıştır. Böylelikle alınan verilerin takibini yapacak ilgili bireyin (doktor), kablosuz modülün kapsama alanı içerisinde kalma zorunluluğu da ortadan kaldırılmıştır. Arayüz hazırlandıktan sonra, araçlar (tools) menüsünden “Web Publishing Tool” seçilerek Şekil III. 29’da görülen menüde “Start Web Server” seçeneği ile, arayüzü hazırlanan bilgisayarda server hizmeti başlatılmış olmaktadır. Bunun ardından istenirse arayüzün internet ortamındaki görünümünü, ön görüntüleme (Preview in Browser) seçeneği ile kontrol edilebilir. Görüntülenen arayüzün erişim adresi (web adresi-URL), aynı network içerisinde başka bir bilgisayarda yazılarak arayüze erişilebilmektedir. Aynı network içerisinde başka bir bilgisayarda kullanıcı ön panelini görüntüleyebilmek için, görüntülenecek içerik LabVIEW içeriği olduğundan network içerisindeki bilgisayara “LabVIEW RunTime Engine” programının kurulması yeterlidir. Bu program, LabVIEW klasörü içerisindeki “components” klasörü altında bulunmaktadır. Şekil III. 29 LabVIEW internet ortamından yayın (Web Publishing Tool) 71 BÖLÜM IV SONUÇ VE ÖNERİLER Bu tezde gerçekleştirilen en önemli fayda, maliyeti düşük olan ve kolaylıkla temin edilebilen basit algılayıcıları kablosuz hale dönüştürerek kullanım yelpazesini genişletmek olmuştur. Ayrıca bu çalışmada üzerinde durulan bir diğer önemli nokta da, verilerin bilgisayar destekli olarak bir grafiksel geliştirme ortamında, görselliği daha zengin bir arayüzle birlikte web üzerinden aynı ağ içinde bulunan başka kullanıcılara iletilebilmesi ve paylaşılabilmesidir. Tıp ve sağlık alanında yapılan çalışmayla, evinde ya da hastanede tedavi gören bir hastanın kanındaki oksijen miktarı bilgisi, kablosuz olarak bilgisayara taşınıp, aynı ağ içerisinde bulunan bütün bilgisayarlardan bu veriye ulaşılabilmektedir. Bu sayede doktor hastasına ait veriyi basit bir algılayıcıyla, geliştirilen ara birimler yardımı ile kontrol edebilmektedir. Böylelikle tasarlanmış olan sistem portatif olarak taşınabilme özelliğinin bulunması avantajı ile hastanın hastane içerisinde dolaşabilme özgürlüğü ile oksijen ihtiyacı kontrol edilebilir. Aynı şekilde ev otomasyonu alanında yapılan diğer bir çalışmayla da ilgili ortamın sıcaklık bilgisi, basit yarıiletken sıcaklık algılayıcısı aracılığıyla algılanarak kablosuz taşınmış ve bu sayede ilgili ortamın uzaktan kontrolü gerçekleştirilebilmiştir. Örneğin bir serada sıcaklık ölçümü yapılmak istenen birime bu modül yerleştirilerek merkezdeki bilgisayara gerekli bilgiler aktarılabilmektedir. Sistemde kablosuz haberleşme için 434 MHz’de haberleşen modüller kullanılmış ve daha lokal bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Bu modüller yerine maliyeti daha yüksek olan GSM altyapısını kullanan modüller kullanılarak daha uzak mesafelere sim kartlarla veriler mesajlar halinde gönderilip daha geniş menzilli bir uygulama gerçekleştirilebilir. 72 KAYNAKLAR [1] Çayırpunar, Ö.: “Kablosuz Seri Haberleşme Uygulamaları ve RF Kontrol”, ODTÜ Robot Topluluğu, (15 Nisan 2010), http://robot.metu.edu.tr/dosya/RF_Kontrol.pdf [2] Hairong, Q.; Phani, T.K. and Yingyue, X.: “The development of Localized Algorithms in Wireless Sensor Networks”, Special Issue Networked Sensors and Wireless Sensor Platforms, MDPI – Open Access Publishibg, doi: 10.3390/s20700286 , Electrical and Computer Engineering Department, University of Tennesse, Knoxville, Sensors (2002) 286-293. [3] Alagöz, F.: “Mobil Ağlar ve Veri Erişim Stratejileri”, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, ElektrikElektronik Anabilim dalı, Kahramanmaraş, Türkiye, (2005) 18-30. [4] Paksuniemi, M.; Sorvoja, H.; Alasaarela, E.; Myllyla, R.: “ Wireless sensor and data transmission needs and Technologies for patient monitoring in the operating room and intensive care unit”, Proceedings of the 2005 IEEE, Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, Shangai, China, September 1-4 (2005) 5182-5185 [5] Chien, C.N.; Hsu, H.W.; Jang, J.K.; Rau, C.L.; Jaw, F.S.: “Microcontroller-based wireless recorder for biomedical signals” , Proceedings of the 2005 IEEE, Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, Shangai, China, September 1-4, (2005) 5179-5181 [6] Oweis, R.J.; Barhoum, A.: “PIC microcontroller-based RF wireless ECG monitoring system”, Journal of Medical Engineering & Technology, Vol. 31, No.6, doi : 10.1080/03091900600703560, (2007) 410-418 [7] Tonatiuh, R.T.; Ruben, A.P.; Takahashi M.C.: “ Vital Signs Monitoring Through Internet”, 17th International Conference on Electronics, Communications and Computers (CONIELECOMP’07), 0-7695-2799-X/07, (2007) 73 [8] Karasulu, B.; Toker, L.; Korukoğlu, S.: “ ZigBee – IEEE 802.15.4 Standardı Temelli Kablosuz Algılayıcı Ağları”, XIV. Türkiye’de İnternet Konferansı, İstanbul Bilgi Üniversitesi, Dolapdere, İstanbul, (12-13 Aralık 2009) [9] Özçiloğlu, M.; Tavlı, B.: “Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Gizlilik ve Yaşam Süresi Eniyilenmesi”, EMO- III. Ağ ve Bilgi Güvenliği Sempozyumu, 5-6 Şubat , Ankara, (2010) [10] Yüksel, M.E.; Zaim, A.H.: “ RFID’nin Kablosuz İletişim Teknolojileri ile etkileşimi”, Akademik Bilişim, Harran Üniversitesi, 11-13 Şubat, Şanlıurfa, (2009), http://ab.org.tr/ab09/bildiri/74.pdf [11] MEGEP.: “Elektrik Elektronik Teknolojisi Kablosuz Ağ Sistemleri”, Ankara, (2007), http://cygm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/moduller/kablos uzagsistemleri.pdf [12] “Elektromanyetik Tayf”, (25 Mayıs 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/Elektromanyetik_tayf [13] “Kızıl ötesi”, (20 Mayıs 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/K%C4%B1z%C4%B1l%C3%B6tesi [14] Çoşkun, S.: “ Mikrodenetleyici Tabanlı Sesli Bilgilendirme Sistemi OTOGÖZ”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, (2008) [15] Bayhan, S.; Alagöz, F.: “Uydu Ağları Yönlendirme Protokolleri: Problemler ve Sunulan Bazı Çözümler”, Akademik Bilişim’07 – IX. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, 31 Ocak – 2 Şubat, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, (2007) [16] Tözün, T.; Sarıca, H.: “ Mikrodenetleyici Tabanlı Kablosuz Ölçme Sistemi Tasarımı RF Sıcaklık Ölçme”, Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, İstanbul, Türkiye, (2009), 28-31. [17] Öztürk, E.: “WLAN Kablosuz Yerel Alan Ağları (Wireless Local Area Networks) Teknolojisinin İncelenmesi, Mevcut Düzenlemelerin Değerlendirilmesi ve Ülkemize Yönelik Düzenleme Önerisi”, Uzmanlık Tezi, Telekomünikasyon Kurumu, Ankara, (2004), http://www.wifi-turk.com/indir/uploads/Emin-OzturkTez.pdf [18] “ WPAN: Wireless Personel Area Network Communication Technologies”, (2010), http://www.networkdictionary.com/wireless/WPAN.php 74 [19] “WiMAX ve WiFi”, Metu Computer Center (Computing & information service newsletter), (2009), http://cisn.odtu.edu.tr/2009-16/wimax.php [20] “WIMAX”, İTÜ / Bilgi İşlem Daire Başkanlığı, (2003), http://www.bidb.itu.edu.tr/?d=876 [21] Küçükünsal, J.; Baykal, Y.: “Kablosuz Haberleşme Teknolojisi Wimax’de Dünyadaki Durum”, Telekomünikasyon Kurumu, Spektrum İzleme ve Denetleme Dairesi Başkanlığı, Hacettepe Üniversitesi, Beytepe Kampüsü, Ankara, (2006) http://www.tk.gov.tr/Etkinlikler/Ulusal_Etkinlikler/cesitli/ursi/sumumlar/jkucukunsal _sunum.pdf [22] Büyükbaş, A.: “CDMA ve UMTS : Üçüncü Nesil Mobil Haberleşme Teknolojilerinin Karşılaştırılması, Türkiye Önerisi”, Uzmanlık Tezi, Telekomünikasyon Kurumu, Ankara, (2005), http://www.tk.gov.tr/yayin/uzmanlik_tezleri/tktezler/afsin_buyukbas_uzmanlik_tez.p df [23] “CDMA”, (25 Mayıs 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/CDMA [24] Akan, H.; Şişman, M.; Taş, Ü.; Akbaş, A.; “Solunum Fonksiyonlarının Gerçek Zamanlı Değerlendirilmesi İçin Gerçek Zamanlı Bir Ölçme Düzeneğinin Tasarımı”, I. Uluslar arası Mesleki ve Teknik Eğitim Teknolojileri Kongresi, Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Göztepe, 34722, İstanbul, (5-7 Eylül 2005) 1174-1180 [25] “OEM III Module Spesification and Technical Information” , Nonin Medical, 13700, 1st Avenue North Plymouth, Minnesota 55441-5443, USA, (2007), http://www.nonin.com/documents/OEM%20III%20Module%20Specifications.pdf [26] “DS1820 1-Wire Digital Termometer Datasheet”, (20 Mayıs 2010), http://www.systronix.com/Resource/ds1820.pdf [27] “PIC 16F87XA Datasheet”, (20 Mayıs 2010) http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf [28] “UFM-M11 Modem Modul Datasheet”, Udea, Ankara, (10 Mayıs 2010) http://www.udea.com.tr/dokumanlar/UFM-M11.pdf [29] “Labview”, (15 Nisan 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/Labview [30] “LabVIEW VISA Tutorial”, (15 Nisan 2010), http://www.ni.com/support/visa/vintro.pdf [31] Thai Li, Y.: “ Pulse Oximetry”, SEPS Undergraduate Research Journal, SURJ 2, 75 3, Department of Electronic Engineering, University of Surrey, Guildford, GU2 7XH, (2007), www.surrey.ac.uk [32] “IEEE 802.11”, (20 Mayıs 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 [33] Kinney, P.: “ Zigbee Technology: Wireless Control that Simply Works”, Communications Design Conference, 2 October, Kinney Consulting LLC, (2003) [34] Aleksandrowicz, A.; Leonhardt, S.: “Wireless and Non-contact ECG Measurement System-the Aachen SmartChair”, Acta Polytechnica Vol.47 No.4-5, (2007) [35] Cosmanescu, A.; Miller, B.; Magno, T.; Ahmed, A.; Kremenic, I.: “ Design and Implementation of a Wireless (Bluetooth) Four Channel Bio- Instrumentation Amplifier and Digital Data Acquisition Device with User-Selectable Gain, Frequency, and Driven Referance”, Proceedings of the 28th IEEE, EMBS Annual International Conference Newyork City, USA, Aug 30- Sept3, (2006) [36] Fazel-Rezai, R.: “ A Low- Cost Biomedical Signal Transceiver based on a Bluetooth Wireless System”, Proceedings of the 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS Cite Internationale, Lyon, France, August 23-26, (2007) [37] Hakan Işık, A.; Güler, İ.: “ Teletıpta Mobil Uygulama Çalışması ve Mobil İletişim Teknolojilerinin Analizi”, Bilişim Teknolojileri Dergisi, Cilt:3, Sayı:1, (OCAK 2010), http://www.be.gazi.edu.tr/dergi/sayi/volume3-1.pdf [38] Navarro, E. A. V.; Mas, J. R.; Navajas, J. F.; Alcega, C. P.: “ Enhanced 3GBased n-Health System”, IEEE EUROCON 2005, Belgrado, Serbia, (2005), 13321335. [39] Moron, M. J.; Casilari, E.; Luque, R.; Gazquez, J. A.: “A Wireless Monitoring System for Pulse-oximetry Sensors”, IEEE Proceedings of Systems Communications, (2005), 1-6. [40] Groning, R.: “Telemedicine: Insulin pump controlled via the Global System for Mobile Communications (GSM)”, International Journal of Pharmaceutics, 339 (1-2), (2007), 61-65. [41] Valdastri, P.; “An Implantable ZigBee ready telemetric platform for in vivo monitoring of physiological parameters”, Sensors and Actuators A: Physical, 142(1), (2008), 369-378 76 [42] Figueredo, M. V. M.; Dias, J. S.: “Mobile Telemediicine System for Home Care and Patient Monitoring”, 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, USA, (2004), 3387-3390. [43] “Nabız”, (20 Haziran 2010), http://tr.wikipedia.org/wiki/Nab%C4%B1z [44] “Kalbin Hızlı Atması Taşikardi ve Tedavisi”, (10 Temmuz 2010), http://www.saglikhastalik.com/kalbin-hizli-atmasi-tasikardi-ve-tedavisi-20.html 77 EKLER EK A : Baskı Devreler Şekil A.1 Verici Birim 78 Şekil A.2 Verici Birimi Malzeme Yerleşimi 79 Şekil A.3 Alıcı Birimi Şekil A.4 Alıcı Birimi Malzeme Yerleşim 80 EK B: Kullanılan Malzeme Listesi 1. 1 adet NONIN OEM III Geliştirme Kartı 2. 1 adet NONIN OEM III Modül 3. 1 adet NONIN 8000AA Parmak Tip Pals-Oksimetre Algılayıcısı 4. 1 adet DS18B20 Sayısal Sıcaklık Algılayıcısı 5. 2 adet PIC16F877A Mikrodenetleyici 6. 2 adet UDEA UFM M11 Modem Modül 7. 1 adet LP2950 3V Regülatör 8. 1 adet LP2950 5V Regülatör 9. 1 adet MAX232 Seviye Uygunlaştırıcı Entegre 10. 1 adet 2 x 16 LCD ekran 11. 1 adet Anten bağlantısı için bobin 12. 1 adet 4MHz kristal osilatör 13. Kondansatörler • 4 adet kutupsuz 3.3 pF kondansatör (2 adet vericide, 2 adet alıcıda) • 12 adet kutuplu 1uF kondansatör (6 adet vericide, 6 adet alıcıda) • 4 adet kutupsuz 22pF kondansatör (2 adet vericide, 2 adet alıcıda) • 2 adet kutupsuz 100nF kondansatör (1 adet vericide, 1 adet alıcıda) 14. Dirençler • 4 adet 10K direnç (3 adet vericide, 1 adet alıcıda) • 1 adet 4.7K direnç (1 adet vericide) 81 ÖZGEÇMİŞ 1985 yılında Denizli’de doğdu. İlk ve orta öğrenimini Denizli’de tamamladı. 2003 yılında Şehit Öğretmen Yusuf Batur Teknik Lisesi, Endüstriyel Elektronik bölümünden mezun oldu. 2003 yılında Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik – Bilgisayar Bölümü, Elektronik ve Haberleşme Öğretmenliği bölümüne kayıt oldu ve 2007 yılında mezun oldu. 2007 yılında Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nde yüksek lisans eğitimine başladı. 2008 yılında bir yıl süreyle Huawei firmasının alt şirketinde, Turkcell’in transmisyon altyapısı kurulumunda görev yaptı. 2009 Aralık ayından bu yana Uludağ Üniversitesi İnegöl Meslek Yüksekokulu, Elektrik programında Öğretim görevlisi olarak görev yapmaktadır. 82
