Çok-boyutlu kaotik sistemlerin senkronizasyonu ve haberleşmede kullanılması
Synchronizing multiple-dimensional chaotic systems and using them in communication
Yazar: SELAHATTİN KINDIKOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. RIFAT YAZICI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1999
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kaotik sistemler = Chaotic systems ; Senkronizasyon = Synchronization ; İletişim sistemleri = Communication systems

Özet:
Genelde doğal olayların çoğu doğrusal olmayan sistemlerin davranışlarına benzer. Doğrusal sistemlerin davranışını kestirmek kolay olmasına rağmen, doğrusal olmayan sistemlerin davranışını kestirmek, hele kaotik davranış gösteriyorsa, oldukça zordur. Çalışmada, ilk olarak doğrusal ve doğrusal olmayan sistemlerin tanımları yanında, bir sistemin kararlılığı ve diverjans kavramları verildi. Kaos için evrensel olan yollar belirtilerek bilinen temel kaotik analiz yöntemlerinden Lyapunov spektrumlarına, Kolmogorov entropisine, Lyapunov ve fraktal boyutlarına, zaman serilerine, Poincare haritalarına ve güç spektrumlarına kısaca değinildi. Daha sonra, kaotik Van der Pol-Duffing osilatörünün (VPDO) davranışları, bilinen kaotik analiz yöntemleri ile incelendi ve bu çeşit sistemlerle gizli haberleşmenin yapılabilirliği araştırıldı. Pecora ve Carroll'un Rössler ve Lorenz sistemlerini kullanarak senkronizasyona getirdikleri yaklaşım, 3-boyutlu VPDO'ne uygulandı. Daha sonra, eldeki sistemle birden fazla bilginin bir anda karşı tarafa iletilmesi için, sistemin boyutu 4, 5, 6, 7 ve 8'e yükseltilerek elde edilen alt sistemlerin kaotik analizleri yapılarak senkronizayon sonuçlan bilgisayar benzetileri ile doğrulandı. Sistem boyutu ile Kolmogorov entropisi arasında uygun matematiksel bir bağıntı elde edildi. Oluşturulan yüksek boyutlu VPDO sistemlerinde, bir veya birden fazla değişkenle sürme durumlarında cevap alt sistemlerinin kararlılıkları için uygun Lyapunov fonksiyonları bulundu. Son olarak, 3-boyutlu Lorenz ve VPDO sistemlerinin birbirleri ile senkron oldukları gösterildi. Anahtar Kelimeler: Kaos, Garip Çeker, Lyapunov Üstelleri, Lyapunov ve Fraktal Boyut, Periyot Çiftlenimleme, Poincare Haritası, Entropi, Kolmogorov Entropisi, Ana Sistem, Süren Alt Sistem, Cevap Alt Sistemi. V

Abstract:
Synchronizing Multiple-Dimensional Chaotic Systems and Using Them in Communication In general, most of natural phenomenon looks like the dynamic behavior of nonlinear systems. Although it is easy to predict the behavior of linear systems, to predict that of nonlinear systems becomes rather diffucult, especially where it exibits chaos. In this work, first an introduction to linear and nonlinear system characteristics, the concepts stability and divergence are discussed in detail. Some known routes by which a nonlinear system can proceed to chaos are introduced, and to further illuminate the routes an outline of some additional system analysis methods such as Lyapunov spectrum, Kolmogorov entropy, Lyapunov and fractal dimensions, time series, Poincare maps, and power spectrum are presented. After, the behavior of chaotic Van der Pol-Duffing oscillators (VPDO), selected as a sample chaotic dynamic system is investigated using known chaotic analysis methods, and then applied to the communication field to achieve more secure communi cation. Since such communication requires synchronization of transmitter with receiver the method proposed by Pecora and Carroll for synchronizing Rössler and Lorenz systems is applied to the 3-dimensional VPDO. To allow the transmission of more than one information at the same time, the dimension of the system used is increased to produce several driving signal, each of which is for one information. So, the drive system is divided into several subsystems to increase the dimension up to 4, 5, 6, 7, or 8, and the synchronization results are verified by the computer simulation. In addition, derived is a robust relationship between system dimension and Kolmogorov entropy. In multi dimensional VPDO systems made apropriate Lyapunov functions have been found to establish the stabilization of response subsystems of the systems used in the case where there are one or more driving varibles. Finally, it has been shown that synchronization between 3-dimensional Lorenz and VPDO systems are achieved using single state variable. Key Words: Chaos, Strange Attractor, Lyapunov Exponents, Lyapunov and Fractal Dimension, Period-Doubling, Poincare Map, Entropy, Kolmogorov Entropy, Master System, Drive Subsystem, Slave Subsystem. VI