Telsiz Duyarga Ağlarında Protokol Yığını Farkındalıklı Konum Belirleme Probleminin Mesaj Gönderim Stratejileri Açısından Analizi

Abstract

Bu yüksek lisans tezi, harici konum tespit modüllerine gerek duymadan Telsiz Duyarga Ağları' na (TDA) uygun yenilikçi yazılım tabanlı lokalizasyon tekniklerini değerlendirme, iç/dış mekan uygulamalarında maliyeti düşürme ve konum tahmin doğruluğu üzerine odaklanmaktadır. Araştırmada, tipik noktadan noktaya iletişimin TDA' nın merkezi olmayan doğası ile uyumlu olmamasına binaen, lokalizasyon paketlerini iletmek maksadıyla alternatif bir sistem yöntemi geliştirilerek, gerçeklenmesi Contiki-NG işletim sistemi çekirdeğinde kodlanmıştır. Cooja ağ simülasyon ortamı kullanılarak ızgara topolojilerinde ihmal edilebilir konum tahmin hatalarına ulaşmak için gereken minimum çapa düğüm yoğunluğu ve anten menzili araştırılmıştır. İlk olarak mesafe-bağımsız lokalizasyon algoritmaları olan Ağırlıklı Merkez Lokalizasyonu (WCL), Merkez Lokalizasyon (CL) ve Kompanzeli Ağırlıklı Merkez Lokalizasyon (WCWCL) teknikleri için lokalizasyon hatası ve lokalizasyon oranı açısından etkinliklerini belirlemek üzere karşılaştırılmıştır. Bulgular, belirli anten menzillerine kadar bu algoritmaların başarımına etkileyen ortam erişim kontrolü (MAC) politikasının kritik rolünü göstermekte ve ağ protokol yığını gereksinimlerinin ihmal edilmesinin yanlış sonuçlara yol açabileceği tehlikeleri vurgulamaktadır. Ayrıca, Zaman Bölümlemeli Kanal Hoplamalı (TSCH) TDA' da Alınan Sİnyal Gücü Göstergesi (RSSI) tabanlı Geliş Açısı (AoA) tekniği kullanılarak, saatte <3 km' den düşük hızlarda hareket eden nesnelerin kutupsal koordinatlarını tahmin etme doğruluğu test edilmiştir. Çalışma, tasarlanmış dörtgen çapa topolojisindeki mesafelerin değiştirilmesinin ortalama konum, mesafe ve açı hataları üzerindeki etkisi değerlendirilmiş ve çapalar arası mesafe 20 metre olduğunda ortalama hatanın 9 metreden az olduğunu gösteren sonuçlar elde edilmiştir. Lokalizasyon mesajlarının ağda iletim çeşitleri de çalışma kapsamında irdelenmiştir. Lokalizasyon teknik ve metriklerine uygun olan iletim tipleri bir araştırma rehberi olarak sunulmuştur. Sunulan rehber lokalizasyon oranlarını ve enerji harcama miktarlarını paylaşarak gerçek cihaz araştırmacılarına; lokalizasyon yöntemi, protokol yığını, donanım bağımlı durumlarda elverişli iletim tekniklerini analiz ederek katkı sağlamak hedeflenmiştir.This master's thesis focuses on evaluating software-based localization techniques suitable for Wireless Sensor Networks (WSNs) without requiring external positioning modules. The study aims to reduce costs in indoor and outdoor applications while improving localization accuracy. Given that typical point-to-point communication is incompatible with the decentralized nature of WSNs, an alternative system method for transmitting localization packets has been developed and implemented in the Contiki-NG operating system kernel. Using the Cooja network simulation environment, the minimum anchor node density and antenna range required to achieve negligible localization estimation errors in grid topologies have been investigated. First, range-free localization algorithms Weighted Centroid Localization (WCL), Centroid Localization (CL), and Weight Compensated Weighted Centroid Localization (WCWCL) were compared to determine their effectiveness in terms of localization error and localization success rate. The findings highlight the critical role of the Medium Access Control (MAC) policy in the performance of these algorithms, particularly for specific antenna ranges, and emphasize the risks of disregarding network protocol stack requirements which could lead to misleading results. Additionally, the Received Signal Strength Indicator (RSSI) based Angle of Arrival (AoA) technique was tested in a Time-Slotted Channel Hopping (TSCH) enabled WSN to estimate the polar coordinates of objects moving at speeds lower than 3 km/h. The study evaluated the impact of varying distances designed quadrilateral anchor topology on average position, distance, and angle errors. The results indicate that when the inter-anchor distance is set to 20 meters, the average error remains below 9 meters. Furthermore, different transmission types for localization messages within the network were examined. Transmission types compatible with localization techniques and metrics are presented as a research guideline. This guideline aims to assist real-device researchers by sharing localization success rates and energy consumption metrics, providing insights into suitable transmission techniques based on localization methods, protocol stacks, and hardware dependencies.