Nesnelerin İnterneti teknolojisinde nesneler, aslında veri üreten cihazlardan başka bir şey değildir. Bu cihazlar gerçek ve dijital dünya arasında bir arayüz işlevi görmektedirler. Nesne ile kast edilen ya veri toplayan ya da toplanan verinin uygun koşullarla iletimini gerçekleştiren cihazlardır. Dahası, bu işlevlerin her ikisini birden yerine getiren cihazlar da nesne olarak ifade edilebilmektedir.

Ağ Geçidi: Farklı ağların, farklı teknolojilerin birbirleriyle iletişimini sağlayan ağ donanımlarıdır. Bir başka deyişle, ağlar arası tercümanlık görevini üstlenen cihazlardır. 

Sensör: Fiziksel ortamdan, yani çevreden gelen çeşitli türdeki girdileri algılayan ve bu algıyı elektronik sinyallere çeviren aygıttır. Bu girdiler, ısı, hareket, nem, basınç veya çok sayıda diğer çevresel olgudan herhangi biri olabilir. Çıktı genellikle, sensör aracılığıyla insan tarafından okunabilir gösterime dönüştürülen veya daha karmaşık işlemler için bir ağ üzerinden iletilen elektronik sinyallerdir.

En çok kullanım alanına sahip, belli başlı sensörleri çeşitlerine göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilmek olasıdır:

• Akustik ve ses sensörleri: Bu sensörler havada veya denizaltında, titreşim üreten nesnelerin algılanmasını sağlamaktadırlar (Ör. Mikrofon, hidrofon vb.).

• Çevresel sensörler: Bu Sensörler çevresel meteorolojik değişimleri izlemek için kullanılmaktadırlar (Ör. Yağmur sensörü, kar sensörü, nem sensörü vb.).

• Kimyasal sensörler: Bu sensörler kimyasal gazların, sıvıların veya elementlerin tespiti için kullanılmaktadırlar (Ör. pH sensörü, kimyasal gaz sensörleri, CO2 karbondioksit gazı sensörü, SO2 kükürtdioksit gazı sensörü, CO karbonmonoksit gazı sensörü vb.). 

• Yaklaşma ve varlık bildirim sensörleri: Bu sensörler ortamdaki hareketleri algı- lamada kullanılmaktadırlar (Ör. Otomobil park etme işlemlerinde kullanılan yakınlık sensörleri, hırsız alarmlarında kullanılan harekete duyarlı varlık bildirim sensörleri vb.).

• Elektrik ve Manyetik sensörler: Elektrik ve manyetik alanlarda oluşabilecek deği- şiklikler bu tip sensörler sayesinde algılanabilmektedir (Ör. Galvanometre, metal detektörü vb.).

• Otomotiv sensörler: Taşıt endüstrisinde kullanılan sensörlerdir (Ör. Hız ölçücü radar sensörleri, araç içi ısı sensörleri, benzin uyarı sensörleri, lastik basınç sensörleri vb.).

• Termal ve ısı sensörleri: Bu sensörler ortam ısısını ve sıcaklığını algılamak için kullanılmaktadırlar (Ör. Termokapıl, kalorimetre, gordon sensörü vb.).

• Optik sensörler: Bu sensörler ortamda bulunan ışık miktarını algılamak için kullanılmaktadırlar (Ör. Foto diyot, fototransistor vb.).

• Mekanik sensörler: Bu sensörler ortam titreşimini, yer değişimleri ölçmek için kullanılmaktadırlar (Ör. Yükseklik sensörleri vb.).

• Biyosensörler: Bu sensörler elektrokimyasal vasıflardan faydalanarak ölçüm yapmaktadırlar. Genelde sağlık sektöründe ve besin endüstrisinde kullanılmaktadırlar (Ör. Kalp atış sensörleri, kızıl ötesi sensörler vb.).

Otomatik tanımlama, nesnelerin belirlenmesi ilkesi ile ortaya çıkmış bir teknoloji olarak ifade edilebilir. Otomatik tanımlama ile otomatik veri toplama arasında etkin bir ilişki kurulduğu takdirde, tanımlanmış ve algılanabilir nesnelerdeki tüm çevresel ve nesnel değişimlerin otomatik olarak algılandığı ve izlendiği bir ortam da yaratılmış olacaktır. İşte bu noktada Nesnelerin İnterneti kavramının alt yapısı şekillenmeye başlamaktadır. RFID teknolojisi nesnelere eklenen etiketleri otomatik olarak tanımlamak ve izlemek için elektromanyetik alanları kullanır.

RFID ve sensörler ortamdaki değişimleri sinyale dönüştürmekte ancak bu sinyallerin bilgisayar ortamında işlenebilecek veriye çevrilmesi için akıllı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Gömülü sistemler, bu sinyalleri veriye dönüştürmek gerektiğinde değişiklikler yapmak ve sonuçta İnternet ağına iletmek için ortaya çıkmış yapılardır.

Adından anlaşılacağı üzere Gömülü Sistem, “içerisine entegre edilme kavramı” ile ilişkilendirilebilir. Bundan yola çıkarak gömülü sistem, belirli bir görevi yerine getirmek üzere tasarlanmış bir yazılımın gömülü olduğu bir mikro denetleyici veya mikroişlemci tabanlı bir donanım olarak tanımlanabilir. Gömülü bir sistem bağımsız bir sistem olabildiği gibi büyük bir sistemin parçası da olabilir.

Gömülü sistemlerin temel bileşenlerini aşağıdaki şekilde özetlemek olasıdır:

• Donanım

• Uygulama Yazılımı

• Gömülü sistem işletim sistemi

Donanım: Bir gömülü sistem genelde analog sinyali sayısal sinyale çeviren A/D çevirici, mikro işlemci/kontrolcü, bellek, arabirimlerin protokollerini işleyen arabirim kontrolörleri (USB, WiFi, Bluetooth vb.) ve sensörlerin bağlanabileceği portlardan oluşmaktadır. Ayrıca sistem üzerinde yazılımın ve gerektiğinde alınan verilerin saklanmasını sağlayan bir bellek yongası bulunmaktadır. Gömülü sistem donanımı mikroişlemci üzerinde çalışan hafif bir işletim sistemi sayesinde uygulama yazılımının çalışmasını sağlamaktadır.

Gömülü sistem uygulama yazılımı, sadece donanım aygıtlarının sınırlı ve temel işlevlerini kontrol etmek için kullanılır ve genellikle kullanıcı girişine ihtiyaç duymaz. Yazılım çoğunlukla kullanıcıdan bağımsız işlemekte ve fonksiyonları harici kontrollerle etkinleştirilmektedir. Gerektiğinde kalibre edilebilmesi için kontrol pinleri kullanılabilmekte ve bu kontroller uzun zaman aralıklarıyla gerçekleşmektedir. Yazılım, üzerinde çalışılan cihazın ve üstlendiği görevin karmaşıklığı doğrultusunda belleğe ihtiyaç duymakta ve genelde bu bellek de cihaz üzerine yerleştirilmektedir.

Gömülü Sistem İşletim Sistemleri: İşletim sistemi, bir bilgisayarın donanım ve kaynaklarının kullanıcı programları tarafından paylaşılması ve yönetilmesini sağlar. Etrafımızda gördüğümüz hemen her akıllı cihaz üzerinde koşan bir işletim sistemi bulunmaktadır. Akıllı telefonlar, tabletler ve bilgisayarlar için farklı işletim sistemleri tasarlanmakta ve pazarlanmaktadır. İşletim sisteminin karmaşıklığı, hiç şüphesiz, bu sistemin üzerinde çalışacağı donanımın karmaşıklığı doğrultusunda olacaktır.

Gerçek zamanlı işletim sistemi: Gerçek zamanlı işletim sistemlerindeki (Real-time Operating System–RTOS) temel olgu, bu sistemlerin çok hassas bir zamanlama yeteneğine sahip olması ve yüksek düzeyde güvenilirlik ile uygulamaları çalıştırmak için özel olarak tasarlanmış olmalarıdır. Ölçme ve otomasyon sistemlerindeki en ufak bir zamanlama hatasının çok kritik sonuçlara neden olacağı ortamlarda bu gerçek zamanlı işletim sistemlerinin çalıştığı modüllere güvenilmektedir. Bir işletim sisteminin “gerçek zamanlı” olarak adlandırılabilmesi için sistemin gerçekleştirdiği kritik işlemlerin tanımlanmış maksimum sürede işlenmesi esastır.

Nesnelerin İnterneti Senaryosu: Şimdiye kadar incelediğimiz teknolojileri kullanarak nesnelerin İnterneti tabanlı bir akıllı şehir projesi düşünelim. Bu projede trafikte akan araçlardan birisinin anlık trafik akışına uygun olmayan bir hareketi sonucu trafiğin aksamasını irdeleyen ve bu aksaklığı kısa zamanda çözmeye yönelmiş bir sistem hayal edelim. Burada nesneler, trafikte akan araçlar olduğu gibi bu araçlardaki değişimlerin algılandığı sensörler ve bu sensörlerden alınan verileri bir kontrol mekanizmasına yönelten gömülü sistemler de olabilmektedir. Trafik akışını belirleyen en önemli kontrol cihazları trafik ışıkları ve rota yönlendirme tabelalarıdır. Şimdi, her otomobilin hareketini ve otomobilin bulunduğu noktayı analiz eden farklı gömülü sistemlerle donanmış bir yapıda trafik analizi ve trafik akış kontrolünü gerçekleştirmek olasıdır. 

IAB Internet Architectural Board: Küresel iletişimin ve İnternetin gelişimindeki teknik yönlendirmeyi sağlamak için oluşturulan organizasyon. İnternet adresi: https://www.iab.org/

RFC: Request For Comment: İnternet üzerindeki tüm standartların tanımlandığı dokümantasyon arşividir. Her protokolün bir RFC geçmişi bulunmaktadır.

Nesneden nesneye iletişim modelinde iki veya ikiden fazla nesne, üçüncü bir uygulama servisine ihtiyaç duymadan birbirleriyle doğrudan iletişim içindedirler. Bu cihazlar IP veya Internet gibi genel ağ protokollerini tercih edebildikleri gibi daha özel protokoller de kullanabilmektedirler. Bu protokoller içerisinde Bluetooth, Z-Wave ve ZigBee protokolleri öne çıkan temel protokollerdir. Tabii, hangi protokolün kullanılacağı doğrultusundaki seçimleri belirleyen etkenler, cihazların birbirlerinden uzaklığı, kullanılacak güç ünitelerinin taşınabilir olma kapasitesi gibi, probleme bağımlı nitelikleri kapsamaktadır.

Nesnelerin İnterneti kavramının gelişiminde en önemli iletişim mekanizmalarından birisi olan nesne bulut iletişiminde her bir nesne veri alışverişinde bulunmak ve ileti trafiğini kontrol etmek için uygulama hizmeti sağlayıcısı gibi doğrudan bir İnternet bulut hizmetine bağlanır. Bu teknolojide bulut hizmetinin alındığı yapı ile nesne arasındaki iletişimde geleneksel kablolu Ethernet ağı veya Wi-Fi teknolojisinden yararlanılmaktadır.

Bu iletişim modelinde nesne ile bulutta sağlanacak hizmet arasında konuşlanmış bir Uygulama Katmanı Ağ geçidi (UKA) aracılık hizmeti sağlamaktadır. Nesne, bir bulut hizmetine erişmek için bir UKA servisi aracılığıyla kanal olarak bağlanır. Daha basit terimlerle, bu, cihaz ve bulut hizmeti arasında aracı olarak görev yapan ve veri veya protokol çevirisi gibi güvenlik ve diğer işlevsellik sağlayan bir uygulama yazılımıdır. Bu yazılım da yerel ağdaki bir ağ geçidinde konuşlanmıştır.

Arka uç veri paylaşım modeli, kullanıcıların akıllı nesne verilerini bir bulut hizmetinden ve farklı kaynaklardan gelen verilerle birlikte işlemesine ve analiz etmesine olanak tanıyan bir iletişim mimarisini ifade eder. Bu mimari, “yüklenen sensör verisine üçüncü taraflara erişim izni verme isteğini” desteklemektedir. Bir başka deyişle sadece nesne ile bulut iletişimi, verinin buluttaki servis tarafından kullanılmasına olanak tanırken arka uç veri paylaşım modeli, bir anlamda bulut servisleri arasında da verinin dağıtımını desteklemektedir.

Nesnelerin İnterneti teknolojisi iletişim modelleriyle birlikte ihtiyaçlar doğrultusunda gerekli iletişim protokollerini de ortaya koymaktadır. Bir iletişim protokolü iki veya daha fazla cihazın birbirleriyle iletişim kurabilmesi için kullanılan bir dil olarak düşünülebilir. Protokol temelde, iki cihazın birbirlerine ilettikleri mesajların bir anlam ifade edebilmesi için izlediği kurallar dizisidir.

Protokoller belirlenirken, bu protokoller için geçerli varsayımlar aşağıda belirtilmiştir.

• Farklı kablosuz iletişim teknolojileri kullanılabilmelidir.

• Nesnelerin İnterneti teknolojilerinde kullanılan cihazlar basit mikro kontrol altyapısına sahip cihazlar olabildiği gibi son derece karmaşık ve yüksek performanslı sistemler olabilmektedir. Bu yüzden protokoller tüm bu yapılara hizmet edebilecek tarzda şekillendirilmelidir.

• Güvenlik, olmazsa olmaz gerekliliktir.

• Veriler bulutta saklanabilmeli / işlenebilmelidir.

• Buluttaki veri depolama alanı bağlantılarına olanak tanınmalıdır.

• Bulut depolama alanına kablosuz ve kablolu bağlantılar yoluyla bilgi yönlendirilmesi yapılabilmelidir.

Günümüzde de yavaş yavaş kullanıma giren IPv6 protokolünün Nesnelerin İnterneti teknolojisi yönünde katabileceği en önemli özellikleri listeleyelim. • IPv6 protokolü ile IPv4 protokolünde desteklenen 32 bitlik adres alanı 128 bit (16 byte) alan ile yer değiştirmiştir. Böylece 2128 = 3.4E38 değişik cihaz tanımlanabilecektir. • IPSec desteği ile güvenlik sağlanabilmektedir. • Akış kontrolü ile Servis Kalitesi temelli yönlendirmeye olanak sağlamaktadır.

MQTT (Message Queing Telemetri Transport) veya bir başka tanımla Mesaj Kuyruk Telemetri Ulaşım protokolü, Nesnelerin İnterneti uygulamaları için tasarlanmış hafif bir uygulama katmanı protokolüdür. Veri iletimi için yayınlama/abone mantığını kullanmaktadır. TCP/IP yığıtının üzerinde çalışan MQTT, ölçeklendirilebilir bir protokol olarak Nesnelerin İnterneti için geliştirilmiş olup bir dizi yararlı özelliği barındırır.

XMPP Jaber tabanlı açık kaynak kodlu bir protokol olup anlık mesajlaşma, çoklu sohbet ve görüntülü görüşme için geliştirilmiştir. Hafif bir ara katman yazılımı olup çoklu dü- ğümler arası veri birleştirme için oldukça etkili bir protokoldür. Başlangıçta sohbet programlarının temel protokolü olan XMPP, 2011 yılında tekrar güncellenerek Nesnelerin İnterneti altyapısına uygun standartlar içermesi sağlanmıştır.

Z-Wave, 2004 yılında ortaya çıkan ve günümüz ev otomasyon sistemlerinde yaygın bir kullanıma ulaşmış, radyo sinyalleriyle haberleşme esasına dayalı bir protokol ve bu protokolü destekleyen cihaz teknolojisini tanımlamaktadır. Z-Wave cihazlar Amerika’da 908.42 MHz, Avrupa’da ise 868.42 MHz iletişim bandında çalışmaktadırlar. Bir Z-Wave ağı teoride 232 düğümü desteklemekte, ancak pratik uygulamalarda düğüm sayısının 30-40 düğümü aşması durumunda iletişim problemleriyle karşılaşıldığı not edilmektedir.

Ev otomasyonu, akıllı şehir, akıllı ev ve akıllı ofis kavramlarının gelişiminde en büyük itici güç Bluetooth olmuştur. Zira Bluetooth kısa mesafeli kablosuz cihazdan cihaza iletişim temellenmesinde en yaygın kullanılan protokol olarak göze çarpmaktadır. Diğer Nesnelerin İnterneti altyapısını sağlayan veri iletişim teknolojileri gibi Bluetooth, farklı elektronik cihazlar arasında veri aktarımı yapmak için kullanılan kablosuz bir teknolojidir. Veri iletimi mesafesi diğer kablosuz iletişim altyapılarına göre kıyasla daha azdır. Bu teknoloji kordonların, kabloların, bağdaştırıcıların kullanımı- nı ortadan kaldırır ve elektronik aygıtların birbirleri arasında kablosuz olarak iletişim kurmalarına izin verir.