Nesnelerin interneti için sis hesaplama tabanlı veri kümeleme ve yönlendirme modelleri
Fog computing based data aggregation and routing models for internet of things
Yazar: FEYZA YILDIRIM OKAY
Danışman: PROF. DR. SUAT ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Nesnelerin İnterneti (Internet of Things / IoT), tüm nesnelerin birbirleriyle etkileşim içerisinde olduğu bir yapıyı öngörür. Bu yapıda, IoT cihaz sayısı arttıkça merkezi bulut tabanlı sistemler bu cihazların ürettiği çok büyük miktardaki veriyi işlemekte ve depolamakta yetersiz kalabilmektedir. Bu verilerin bulutta, yani merkezi bir platformda toplanması, hesaplama karmaşıklığının artması, yüksek gecikme, ağ tıkanıklığı ve düşük hizmet kalitesi gibi birçok problemi de beraberinde getirmektedir. Bu nedenle, yeni bir yaklaşım olan sis hesaplama kavramı IoT için bulut hesaplamadaki eksiklikleri gidermek amacıyla önerilmiştir. Tez kapsamında, ilk olarak IoT'de sis hesaplama tabanlı sistemler için simetrik ve asimetrik anahtar tabanlı homomorfik şifreleme yöntemlerini içeren iki farklı Güvenli Veri Kümeleme (Secure Data Aggregation / SDA) protokolü önerilmiştir. SDA protokollerinin homomorfik şifreleme özelliği ile sis hesaplamanın dağıtık yapısı ve bulut hesaplamaya sunduğu ek yetenekleri sayesinde tüketim verilerinin gizliliği korunurken aynı zamanda daha iyi tepki süresi ve daha az hesaplama karmaşıklığı sağlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında, ayrıca, IoT cihaz sayısının ve uygulamalarının artmasıyla birlikte daha karmaşık ve dağıtık hale gelen ağlarda düşük gecikme, düşük bant genişliği ve yüksek güvenlikle IoT verilerin iletimini sağlamak için etkin yönlendirme mekanizmaları önerilmiştir. Bu doğrultuda, öncelikle sis hesaplamadaki yönlendirme gereksinimleri belirlenmiş ve literatürdeki sis uyumlu IoT hizmetleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Buna göre, sis hesaplama ile birlikte çalışabilen Yazılım Tanımlı Ağlar (Software Defined Networking / SDN) teknolojisinden yararlanarak yönlendirme kararlarının daha etkin ve optimize bir şekilde alınması amaçlanmıştır. İlk çalışmada, SDN kontrolcü merkezi olarak konumlandırılıp kaynak ve hedef düğüm arasında en kısa yol algoritması çalıştırılarak örnek bir senaryo üzerinde performans analizi yapılmıştır. Bir diğer çalışmada ise, SDN kontrolcüler dağıtık olarak yerleştirilip sis kontrolcüleri ve bulut kontrolcüsü olarak hiyerarşik hale getirilmiştir. Önerilen hiyerarşik SDN modelinin performansı gecikme, iş çıktısı ve iletim ek yükü bakımından benzetim çalışmalarıyla analiz edilmiştir.

Abstract:
Internet of Things (IoT) provides a structure where all objects interact with each other. As the number of devices increases in this structure, centralized cloud-based systems may be insufficient to process and store the vast amount of data generated by these devices. Collecting these data in a centralized cloud platform brings about many problems such as high computational complexity, increased delay, network congestion and low quality of service. Therefore, a new approach called fog computing has been proposed to overcome the deficiencies in cloud computing for the IoT. Within the scope of the thesis, firstly, two different Secure Data Aggregation (SDA) protocols including symmetric and asymmetric key based homomorphic encryption methods are proposed for fog computing based systems. Due to the homomorphic encryption capability of SDA protocols as well as the distributed structure and additional capabilities of fog computing, the detailed consumption data is preserved while providing better response time and less computational complexity. In this thesis, additionally, effective routing mechanisms are proposed to ensure the transmission of IoT data with low latency, low bandwidth and high security in more complex and distributed networks with increase in the number, types and applications of IoT devices. In this respect, firstly, the routing requirements in fog computing are determined and fog-enabled IoT platforms in the literature are examined in detail. In line with the findings, it is aimed to take routing decisions more effectively and optimized by utilizing Software Defined Networking (SDN) which is one of the technologies in cooperation with fog computing. In the first study, SDN controller is centrally located and performance analysis is performed on a sample scenario by executing the shortest path algorithm between the source and destination nodes. In another study, SDN controllers are deployed hierarchically as fog controllers and a cloud controller. The performance of the proposed hierarchical SDN model is analyzed