Dron üzerinden trafik yönetimi sistem tasarımı
System design for drone controlled traffic management
Yazar: ZAFER ÇALIŞKAN
Danışman: DOÇ. DR. RADOSVETA İVANOVA SOKULLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: 4G = Fourth-Generation Wireless Telephone Technology

Özet:
İnsansız Hava Araçları (İHA) veya drone'lar günümüzde askeri keşif, gözetleme ve taarruz faaliyetlerinden meteorolojik gözlemlere, arama-kurtarma faaliyetlerinden sinema sektöründe film çekimlerine kadar çok çeşitli platformlarda çok çeşitli amaçlar için kullanılmaktadırlar. Bunda üzerlerine eklenebilen kamera sistemlerinin ve çok amaçlı sensörlerin bulunulan ortama ait verileri toplayabilmesinin ve toplanan bu verilerin belirlenen bir depolama alanına aktarılabilmesinin payı oldukça fazladır.
Öte yandan 4. nesil hücresel haberleşme sistemleri (4G ve 4.5G) ile birlikte geniş bant haberleşme mümkün hale gelmiştir. Öyle ki 4G içeri tanımlanan Uzun Süreli Evrim (Long Term Evaluation, LTE) ile birlikte teorik olarak 100 MHz'e kadar band genişliğine erişmek mümkündür. Böylece yüksek boyutlu veriler daha kısa zamanlarda uçtan uca aktarılabilmektedir. LTE ile birlikte paket anahtarlamalı devre üzerinden sesli ve görüntülü olarak çağrı yapılabilmektedir. Bu çağrılar bütünleşik olarak aynı zamanda kablosuz bağlantı (Wi-Fi) üzerinden de gerçekleştirilebilmekte ve heterojen bir network yapısı ile kullanıcıların deneyimlerine hiçbir etki oluşturmadan sesli ve görüntülü görüşme yapılabilmektedir.
Tez çalışması kapsamında 4. Nesil hücresel sistemlerin kablosuz bağlantı ile heterojen bir network yapısı ile çalışmasından faydalanılan bir sistem geliştirilmiştir. Burada drone üzerine konumlandırılan ana kart kablosuz ağ yayını oluşturup bu ağa bağlı olan ve hücresel sistemden herhangi bir sebeple (Hücresel yayının olmaması veya hücresel sistemin çökmesi) hizmet alamayan kullanıcılara hizmet sunmaktadır. Böylece tasarlanan sistem ile yeni bir altyapı yatırımına gerek kalmaksızın (baz istasyonu ve ekipmanları) kablosuz ağ üzerinden sesli görüşme (Voive over Wifi, VoWifi) teknolojisi ile alternatif şekilde çağrı gerçleştirilebilmiştir. Sistem performansını değerlendirebilmek için Alınan Sinyalin güç göstergesi (Received Signal Strength Indicator, RSSI) ve Ses Kalitesinin Algısal Değerlendirilmesi (Perceptual Evaluation of Speech Quality, PESQ) sisteme ait önemli performans göstergeleri (Key Performance Indicators, KPI) olarak belirlenmiştir. Bu iki parametre arasındaki ilişki uyumlama analizleri (regression analysis) ile incelenmiştir. Bununla birlikte önerilen sistemin kapsama alanı yükseklik ve mesafe bazında tez içerisinde verilmiştir.
Testlerden elde edilen sonuçlara baktığımızda drone temelli kablosuz bağlantı noktasına bağlı bir kullanıcı drone 180 m. yüksekte iken başarılı bir şekilde çağrı kurabilmektedir . Bu da tasarlanan sistemin arama kurtama faaliyetlerinde hücresel sistemden hizmet alamayan mağdur kimselere erişmek için kullanılabileceğini kanıtlamıştır.

Abstract:
Todays, Unmanned Aerial Vehicles (UAV) or drones are widely being used in different platforms with different purposes from military reconnaissance and surveillance missions to meteorological observations and from search and rescue operations to filming for cinema industry. Here, add-on Camera Systems and multi purpose sensors play an important role to collect information about the environment and transfer the obtained data to a desired storage medium.
On the other hand, the wireless communication over a broadband communication system is became available with 4th Generation (4G or 4.5G) (Long Term Evolution, LTE) cellular network systems. In fact, theoraticaly, it is possible to reach out 100 MHz bandwidth with LTE. Hence the files that have a big size can be transferred from one node to another in a very short time. On the other side, Voice and Video calls over a packet switched circuit have also become available with LTE. These calls can alternatively be made without impacting user experience over a Wireless Fidelity (Wi-Fi) connection that is integrated with LTE in a heteregenous network (Het-Net).
In this thesis study, a system that uses Wi-Fi technology integrated with 4th generation cellular systems in a Het-Net way is designed. Here drone equipped with a mainboard establishes a Wi-Fi Hotspot network to serve the terminals which lack signal from cellular system due to any reason causing from congestion on cellular networks to no cellular network available in a current region. Thus it let its users make Voice over Wi-Fi (VoWifi) calls without any need to make an extra investment for a base station and other equipments. In order to evaluate system performance Received Signal Strength Indicator (RSSI) and Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) are chosen as a key performance indicators (KPI). Relationship between speech quality and RSSI is investigated based on regression analysis. Besides that the coverage of the proposed system is given based on altitude and distance.
The results obtained from the tests show that a user connected to drone based hotspot network can make a succesfull call till the drone altitude is 180 m. this proves that designed system can be used to reach victims in search and rescue operations where there is no cellular system service is available.