IOT ve Nesnelerin İnterneti

Bu yazımızda, nesnelerin interneti ile sensör uygulamalarının hayatımızı nasıl değişeceğini ve ufkunuzu açacak uygulama alanlarını bulacaksınız.

Nesnelerin interneti (IoT) kısaca, nesnelerin insan müdahalesi olmadan, kendi aralarında belirli protokoller aracılığı ile iletişim kurmasıyla oluşan veri ağıdır.

Gün geçtikçe popülaritesi ve kullanım alanı artan nesnelerin interneti kapsamında 2016 itibari ile akıllı telefonlar, tabletler ve bilgisayarlar dışında yaklaşık 6,4 milyar ile 9 milyar arasında cihazın internete bağlı olduğu tahmin ediliyor.

Bu sayı tüm cihazlar dahil edildiğinde yaklaşık 17,6 milyar olarak tahmin ediliyor. 2020 itibariyle her biri izlemek ve kontrol etmek için geliştirilmiş uygulama içeren cihaz sayısının 30 milyarı bulması bekleniyor.

IoT ile birçok endüstride cihazların birbirlerine bağlanması sağlanıyor. Bu iletişim ağı sensör pazarıyla doğru orantılı olarak gelişiyor. Önümüzdeki 10 sene içerisinde her sene yaklaşık 1 trilyon sensörün konuşlandırılacağı ve 20 yıl içerisinde yaklaşık 45 trilyon sensörün ağa bağlı olacağı öngörülüyor.

Sensör Uygulamaları Nelerdir?

Akıllı sensörler, IoT'nin yalnızca küçük bir bölümünü temsil etse de onlar olmadan IoT de mevcut olamazdı. Akıllı sensörler veri dağıtımında çok önemli bir rol oynamakta, birçok yeni uygulama için önemli bir etkinleştirici olarak yer almakta ve nesnelerin interneti zincirine daha fazla bağlantı ve analitik kazandırmaktadır. Sensörlerin yanı sıra radyo frekansı tanımlama (RFID) etiketleri ve okuyucuları da IoT uygulamalarında oldukça sık kullanılıyor. Aşağıda örnek olarak ultrasonik, sonar, kızılötesi, lazer sensör teknolojilerinden ve seviye, sıvı tanımlama, ışık, renk,  dokunma sensörleri gibi tiplerinden bahsedeceğim;bir ortamdaki nesneleri bulmak için, IR LED aracılığıyla iletilen IR ışığını ölçer. Nesnelerin İnternetinde kızılötesi sensörler, yakınlık sensörleri, motor kontrolü ve seviye sensörleri gibi sensörleri kullanan akıllı ürünler oluşturmak için yaygın olarak kullanılır. Bu sensörler askeri ürünlerden tüketim mallarına kadar çok sayıda endüstride kullanım alanı bulabilir. Kızılötesi sensörler, kalp hızı ve fitness monitörleri, güvenlik alarm devreleri ve akıllı oyuncaklar gibi bir dizi akıllı ürün oluşturmak için de kullanılır. Bu tür bir sensör, nesne kaçınılması, mesafe ölçümü veya hat izleyen uygulamalar gibi navigasyon uygulamalarında oldukça popülerdir. Kızılötesi ışıklara ve güneş ışığına karşı çok hassastır. Bu yüzden düşük ışıklı alanlarda IR sensörleri yüksek hassasiyetle kullanılabilir.
IoT uygulamaları farklı sensörlerden gelen verilerin tamamlayıcı, rekabetçi veya işbirlikçi olarak kullanılmasını da kapsar.IoT analiz ve işlemleri için gerekli olan ham malzeme gerçek zamanlı verilerin alınmasıdır. Bu sebeple sensörler aşağıdaki alanlar için geliştirilen birçok uygulamada yer alır.

• Akıllı şehirler,

• Akıllı çevre,

• Su kontrolü ve ölçümleri,

• Güvenlik ve önlemler,

• Üretim tesislerinde verimliliğin artırılması,

• Endüstriyel otomasyon uygulamaları

• Ödeme-reklam-pazarlama uygulamaları,

• Lojistik uygulamaları,

• Araç takip sistemleri,

• Hasta takip sistemleri,

• Sağlık uygulamaları,

• Maden uygulamaları,

• Endüstriyel uygulamalar,

• Akıllı tarım – hayvancılık uygulamaları,

• Ev otomasyon uygulamaları,

• Giyilebilir uygulamalar

• Otomotiv ve ulaşım uygulamaları

• Enerji yönetimi uygulamaları

• IoT’nin önemli uygulamalarından bazıları madencilik bölgelerinde, özerk olarak çalışan madencilik araçlarında görülür. Sürücüsüz makinelerde, yağ basıncı, filtreler ve diğer kamyon bileşenleri hakkında kablosuz bağlantılar (uydu, hücresel ve diğerleri gibi) aracılığıyla çeşitli sensörler bilgi aktarabilir. Ekipmanın hayati bulguları izlenerek gerektiğinde teknik ekibe bakım önerileri veya alarm durumları gönderilebilir.

• IoT teknolojisi kullanılan bir garaja yaklaşıldığında, algılayıcılar araçları belirler ve onları mevcut park yerlerine yönlendirir. Garajın her tarafından, sensörle donatılmış LED ışıkları, sürücüler gelip geldikçe aydınlanıp kararabilir.

• Akıllı araç teknolojisinde de IoT’den yararlanılır. Otomobillerin her yerinde bulunan sensörler tarafından üretilen büyük veriler ile kendileri için düşünen otomobiller geliştirilebilir. Bu yenilikler sayesinde sürücülere ve özellikle özel ihtiyaçları olan sürücülere ve yaşlılara büyük yararlar sağlanabilir. Araçlar için herhangi bir hasar ya da çarpışma anında sahibini akıllı telefon (giyilebilir akıllı cihazlar) üzerinden bilgilendirme sistemi sağlanabilir ve sonrası için de sigorta şirketi yetkilisi ile iletişim kurulması önerilebilir.

• Uçaklarda her bir parçanın internete bağlı olması ile motordan kanatlara ve iniş takımına kadar oluşabilecek mekanik problemlerin önceden rapor edilmesi sağlanabilir. Buna ek olarak uzaktan kontrol mümkün olabilir.

• Çöp kutularının boşaltılması gerektiği bilgisi alınabilir.

• Nem ve fırtına uyarıları gibi bilgi sağlayan iklim kontrolü uygulamaları yapılabilir.

• Radyasyon seviyelerinin saptanması (Fukushima Nükleer Santrali ve çevresinde aktif olarak yapılmaktadır) sağlanabilir. Endüstriyel ortamlarda, kimyasal fabrikaların çevrelerinde ve maden ocaklarında gaz seviyelerinin ve sızıntılarının tespiti yapılabilir.

• 

• Taşıma şirketleri araçlarını izleyerek ve optimum hız, motor sağlığı, kilometre hesabı gibi ölçütleri takip ederek çevreye daha az zararlı olmanın yollarına gidebilir. Bu sayede yakıt tüketimi minimize edilebilir.

• Akıllı enerji uygulamaları kapsamında iç mekanların entegre bir şekilde enerji ve su tasarrufu sağlanabilir. Kazaları önlemek ve enerji tasarrufu yapmak için uzaktan kumanda sistemleri ve davetsiz misafirleri önlemek için pencere ve kapı kontrol sistemleri yapılabilir.

• Yiyecek ve içecekler de dahil tüketiciye sunulan birçok ürün ile sensörler aracılığıyla iletişim sağlanabilir.

• Tarım alanında toprak verimliliği gibi faktörler IoT ve büyük veri ile takip edilebilir. Bu sayede çiftçiler daha iyi ürün geliştirebilmek için toprağın ne zaman sulanması gerektiğini daha kolay takip edebilirler. Bu sayede işletme maliyetlerinin de azaltılması sağlanabilir. Benzer şekilde hayvancılıkla uğraşanlar da hayvanlarını IoT ile takip edebilir (internet of cows), böylece kaybolma ve çalınma durumlarının önüne geçilebilir. Akıllı hayvan yetiştiriciliği kapsamında çiftliklerde hava kalitesinin incelenmesi, havalandırma ve zararlı gazların tespiti yapılabilir.

• Eğlence merkezlerinde kullanılabilen RFID bileklikleri ile merkezlerdeki park yeri kullanımı, yiyecek satın alma, hızlı bir şekilde bilet alarak geçiş yapmak mümkün olabilir. Aynı zamanda bu veriler ile merkezde talep gören/görmeyen özellikler takip edilebilir.

• Üretim sahasında kullanılan makinelere aynı sensör teknolojileri uygulanırsa, bir sorun oluştuğunda üretim sorumlularına bilgi gönderilebilir. Belirli bir zaman aralığında üretilen parçaların yeniden üretilmesi gerektiği konusunda da uyarı alınması mümkün olabilir.

• E-sağlık uygulamalarında bireylerde izlenebilecek, kandaki oksijen (SPO2), kan şekeri, hava akışı (nefes alma), vücut ısısı, elektrokardiyogram (EKG), kan basıncı, hasta konumu gibi ölçümler farklı sensörler ile yapılabilir. Bunlar gibi izleme amaçlı ölçümlerin yanı sıra, tıbbi ve biyomedikal alanda sensör uygulamaları ile hastalıkların erken teşhisi ve risk faktörlerinin belirlenmesi sağlanabilir. Örneğin akıllı sıvı yönetimi çözümleri ile kateterizasyon tekniği ile hastaların CBT’si (core body temperature) ve idrar çıkışını otomatik olarak ölçülerek hayati bulgular izlenebilir. Enfeksiyonları önlemenin yanı sıra diyabet, prostat kanseri, kalp yetmezliği ve sepsis gibi tıbbi durumlarda erken bakıma/tedaviye başlanabilir. Gerekli sağlık kuruluşlarına/personellerine ve yakınlara kablosuz olarak, her yerde doğrudan rapor ve alarm verileri iletilebilir.

• Yalnız yaşayan yaşlılar ve engelliler için yardımcı uygulamalar geliştirilebilir. Hastanelerde ve evlerde hastaların durumlarının takibi yapılabilir. UV güneş ışınlarının ölçümü, hava temizliği gibi çevresel faktörler takip edilebilir.

• Aşı, ilaç gibi malzemelerin depolandığı alanların, dondurucuların koşullarının kontrolü sağlanabilir.

• Hastalar tarafından giyilen Bluetooth özellikli algılama cihazları tarafından üretilen biyometrik verileri izlemek, kaydetmek ve analiz etmek için mobil uygulamalar kullanılabilir. Bu uygulamalar hastabakıcıların daha hızlı ve bilinçli kararlar vermelerine yardımcı olmak için sensör verilerini analiz ederek bunları elektronik tıbbi kayıtlar ve diğer klinik bilgilerle eşleştirebilir.

• 

• Akıllı Uyku uygulamaları ile uyku durumunu izlemek ve iyileştirmek mümkün olmaktadır. Kullanıcının uyku düzenini analiz eden çeşitli sensörler ve sensör teknolojisi kombinasyonlarını kullanarak uyku kalitesini izleyen çok sayıda cihaz bulunur. Uyku durumlarını izlemek için akıllı telefonlar ve bileklikler gibi cihazlar kullanılır.

• Nehirlerde, barajlarda, denizlerde (sularda) kimyasal atık kontrolü yapılabilir.

• Su seviyesi kontrolü ve su kaçağı kontrolü - kanallardaki su basıncı farkı analizi- yapılabilir.

• Güvenlik açısından birçok uygulama geliştirilebilir. Örneğin erişimi sınırlı olması gereken alanlarda yetkisiz kişilerin tespiti yapılabilir. Veri merkezleri, depolar gibi hassas iç mekanlarda sıvı, gaz kaçağı gibi durumlar takip edilebilir.

• Savunma sanayi alanındaki uygulamaları da unutmamak gerekir. IoT teknolojilerinin kullanımı askerleri izlemek ve onları birbirlerine ve komuta zincirine bağlamak ve güvenliklerini sağlamak için gün geçtikçe artabilir.

1) Ultrasonik sensörler: katı ve sıvı nesnelerin temassız algılanması için tasarlanmıştır. Bu sensörler, bir tanktaki su seviyesinin izlenmesinden akışkan tanıma/konsantrasyona, nesne yakınlığını tespit etmekten çok çeşitli işlevler için kullanılır. Ultrasonik sensörler, IoT ürün geliştirme için vazgeçilmez bir unsur haline geldi ve akıllı bağlantılı ürünler oluşturmak için (akıllı çöp kutuları gibi) yaygın olarak kullanılıyor. Bu sensörler, yüksek frekanslı ses dalgaları üretmek ve hedef tarafından yansıyan yankıyı almak için tasarlandı. Bu sensörler geniş bir uygulama yelpazesinde, renklerin, yüzey dokusunun veya şeffaflığın belirlenmesinin önemli olmadığı durumlarda kullanılıyor.

2) Seviye sensörleri: için her biri belirli özelliklere sahip geniş bir uygulama yelpazesi vardır. Sıvı seviyesi için en tipik uygulamalar belirli sıvıların tank sıvı seviyesinin ölçülmesini içerir.

3) Sıvı tanımlama / konsantrasyon uygulamaları: farklı sıvıların arasındaki seslerin yayılma hızındaki değişiklikleri içerir. Sensör, bilinen bir mesafenin ToF (time of flight) değerini ölçer. Bu değer, sıvıyı tanımlamak için kullanılan bir arama tablosundaki (lookup table) değerlerle karşılaştırılarak analiz edilebilir.

4) Işık sensörleri: yaklaşım (proximity) sensörü kategorisinde düşünülebilir.  Algılanan ışık miktarı ile paralel olarak Fotoresistör veya Fotovoltaik pillerin voltajını değiştiren basit bir sensördür.

5) Renk sensörleri: farklı renklerin farklı yoğunlukta yansıtılmaları belirleyici olmaktadır. Örneğin turuncu renk kırmızı ışığı yeşil renkten daha büyük bir miktarda yansıtır. Belirli bir renge sahip bir nesnenin varlığını saptamak veya nesnelerin veya yüzeylerin türünü algılamak için kullanılabilirler.

6) Dokunma sensörü: yakınlık sensörleri kategorisine dahil edilebilir ve nesneleri, doğrudan temas ile veya küçük bir mesafede algılamak üzere tasarlanmışlardır.

7) Kızılötesi algılayıcılar: 

8) Sonar sensörler: öncelikli olarak nesne algılama için navigasyon uygulamalarında kullanılır. Bu tür bir algılayıcı çok pahalı olduğu için büyük bütçeye sahip projelerde yer alır. Yüksek performanslarasahip bu sensörlerden yeraltında veya dalgıç robot uygulamalarında yararlanılır.

9) Lazer sensörler: lazer ışığı ile uzun mesafedeki bir hedefi izlemek ve tespit etmek için kullanılır. Lazer sensörleri ölçümde çok hassas ve aynı zamanda çok pahalıdır.

Sensör Tümleştirme Nasıl Yapılabilir?

- Tamamlayıcı: Bireysel sensörler doğrudan birbirlerine bağlı değildir, ancak veriler daha eksiksiz bilgi için birleştirilebilir. Örnek olarak, bir ev veya iş yerinin tam olarak kapsanması için güvenlik kameralarıbirden fazla video akışını kullanıyor olabilir.

- Rekabetçi: Bir ağdaki her sensör (aynı özellik için) bağımsız bir ölçüm sağlar. Hataya dayanıklı bir uçuş kontrol sistemi, üç farklı geribildirim döngüsünü içerebilir ve çoğunluk oyu temelinde kararlar alabilir ve tek bir yol başarısız olursa doğru şekilde çalışmasına olanak verecek şekilde çalışabilir.

- İşbirlikçi: Birleştirilmiş ağ, tek bir sensörden elde edilemeyecek bilgileri geliştirmek için birden çok bağımsız sensörden gelen bilgileri kullanır. Örneğin stereoskopik görüntü, gözlemlenen sahnenin üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturmak için iki kameradan alınan iki boyutlu verileri kullanır.