Hafif sanallaştırmalı akıllı IoT Gateway tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Lightweight virtualization intelligent Iot Gateway design and implementation
Yazar: AHMET GENÇKAYA
Danışman: PROF. DR. YETKİN TATAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Donanım Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Ağ geçidi = Gateway ; Kablosuz ağlar = Wireless networks ; Sanallaştırma = Virtualization ; Veri akışı = Data flow

Özet:
Günümüzde, internet sadece büyük bir ağ değil, sıcaklık sensöründen buzdolabına kadar irili ufaklı birimlerin birbirleriyle iletişim kurabildiği IoT sistemler için bir platform halini almıştır. Hayatı kolaylaştıran IoT cihazları sadece birbirleriyle değil son kullanıcılar ile de iletişim kurabilmektedirler. Farklı iletişim protokollerine sahip olabilen IoT birimlerinin, birbirleriyle internet üzerinden iletişim kurabilmesi son derece kritiktir. Bunun için IoT Gateway'ler bu sistemlerin önemli bir parçasıdır. IoT Gateway'ler IoT sistemlerden bulut sistemlere veri aktarılmasında kullanıldıkları gibi, ayrıca topladıkları verileri işlemek ve geriye döndürmek için de kullanılabilmektedirler.
Bu tez çalışmasında, ZigBee Kablosuz Ağlar ile IP Ağlar arasında veri alış verişi yapabilen bir IoT Gateway tasarımı ve gerçekleştirilmesi yapılmıştır. IoT nesnelerinden veya kablosuz sensör ağlardan gelen sensör verilerini algılayıp çözümleyerek bir veri tabanında tutan ve IP ağdaki son kullanıcılara gönderme/alma yapabilen bu IoT Gateway Sistemi, Linux işletim sistemine sahip tek kart bir gömülü sistem üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sistem IP ağ üzerindeki istemciler ile MQTT Web Servis ve Soket Programlama ile iletişim kurabilmektedir. Sistemin omurgasını Python diliyle geliştirilmiş Sniffer.py isimli uygulama yazılımı oluşturmaktadır.
IoT Gateway'in tasarım ve gerçekleştirilmesi sürecinde Hafif Sanallaştırma'nın, IoT Gateway – Kenar Hesaplayıcı uygulamalarına getireceği esneklikler ve yenilikler de denenmiştir. Geliştirilen Akıllı IoT Gateway'in özelliklerinin geliştirilmesi ve test edilmesi aşamasında, laboratuvar ortamında oluşturulan ZigBee Sensör Ağlar'dan elde edilen veriler kullanılmıştır.ZigBee ağdan alınan IEEE802.15.4 çerçevelerinin çözümleme sonuçları, Wireshark ve TI SmartRF ağ trafik izleme araçları ile karşılaştırılıp doğrulanmıştır

Abstract:
Nowadays, the Internet has become not just a large network, but a platform for IoT systems where large and small units, from temperature sensors to refrigerators, can communicate with each other. IoT devices that make life easier can communicate not only with each other but also with end users. It is extremely critical that IoT units, which may have different communication protocols, can communicate with each other over the internet. For this, IoT Gateways are an important part of these systems. As IoT Gateways are used to transfer data from IoT systems to cloud systems, they can also be used to process and return the data they collect.
In this thesis, an IoT Gateway that can exchange data between ZigBee Wireless Networks and IP Networks has been designed and implemented. This IoT Gateway System, which detects and analyzes sensor data coming from IoT objects or wireless sensor networks, keeps it in a database and can send/receive to end users in the IP network, is implemented on a single-board embedded with Linux operating system. The system can communicate with clients on the IP network with MQTT Web Service and Socket Programming. The backbone of the system is the application software named Sniffer.py developed in Python language.
During the design and implementation of the IoT Gateway, the flexibility and innovations that Lightweight Virtualization will bring to the IoT Gateway - Edge Calculator applications were also tested. During the development and testing of the features of the developed Smart IoT Gateway, data obtained from ZigBee Sensor Networks created in the laboratory environment were used. The analysis results of IEEE802.15.4 frames received from the ZigBee network were compared and verified with Wireshark and TI SmartRF network traffic monitoring tools.