Mpı alt yapısı kullanılarak akıllı sensör sistemi simülasyonu
Smart sensor system simulation using mpi infrastructure
Yazar: HALİL İBRAHİM ÇAKIR
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ÖZMEN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Hava kalitesi = Air quality ; Linux = Linux ; Mesajlaşma arayüzü = Message passing interface ; Sensörler = Sensors ; TCP/IP = TCP/IP

Özet:
Kapalı Ortam Hava Kalitesi (KOHK) çalışma verimliliği, sağlık, enerji ve bunun gibi bir çok açıdan insan hayatını etkilemektedir. Enerji maliyetlerinin artması ve teknolojinin gelişmesiyle binalara daha iyi izolasyonlar yapılmakta ve bu sayede ısıtma/soğutma giderleri azaltılmaktadır. İnsanların toplu olarak yaşadığı binalarda (okul, hastane, kışla gibi) havalandırma için hala pencereler kapılar açılmakta bu ise enerji verimliliği açısından kötü sonuçlar doğurmaktadır. Yeterli havalandırmanın yapılmaması ise solunan havanın kötüleşmesine ve orada yaşayan insanların veriminin düşmesine sebep olmaktadır. Özellikle okullarda kötüleşen hava kalitesi öğrenme yeteneğini hızlıca düşürmektedir. Bu nedenle, sıcaklık ve nemin yanında kapalı ortamlarda ortam hava kalitesinin ölçülmesi ve bu ölçüm sonuçlarının değerlendirilerek havalandırma sistemlerinin denetiminde kullanılması hem enerji ve hem de işgücü verimliliği sağlayacaktır. Bir de kapalı ortamlarda hava kalitesinin kötü olması baş ağrısı, halsizlik ve göz kaşıntısı gibi şikayetlerin artmasına neden olmaktadır. Bu yüzden KOHK'nin ölçülebilmesi, bu bilginin denetim amacıyla kullanılması insan sağlığını olumlu yönde etkileyecek, enerji tasarrufunu ve çalışma verimliliğini artırabilecektir. Akıllı sensör sistemleri sayesinde ortamdaki havaya anında ve gerektiği kadar müdahale edilerek inasanların daha kaliteli hava solumaları ekonomik olarak sağlanabilecektir.Bir sistemin değerlendirilmesi matematiksel modelleme, simülasyon (benzetim) veya gerçekleme ile yapılabilir. Matematiksel modelleme kağıt üzerinde analitik olarak sistemin oluşturulması ve hesaplama yoluyla değerlendirilmesini içermektedir. Matematiksel modelleme ile değerlendirme en kolay yöntem olmasına rağmen hata payı yüksektir. Simülasyon çalışmasında ise hiç olmayan veya gerçeklenmesi zor, pahalı olan bir sistem gerçekte varmış gibi tüm unsurlarıyla yazılımla gerçeklenebilir ve farklı durumlar için test edilebilir. Simülasyon yoluyla sistem değerlendirmesi gerçeklemeye göre daha kolay ve matematiksel modellemeden daha az hatalı sonuçlar üretmektedir. Bu nedenle de sıkça tercih edilmektedir. Bu çalışmada, ortam hava kalitesinin ölçümü için çoklu sensörlerin bulunduğu sensör hücrelerinin bir binada odalara yerleştirildiği varsayılarak bir simülatör sistem gerçeklenmiştir. Simülatör ile birçok odadan gelen sensör verilerinin nasıl toplanacağı ve bu verilerin tek merkezde nasıl değerlendirilebileceği üzerine senaryo çalışmaları yapılmıştır.Linux / MPI (Mesaj Geçiş Arayüzü) ortamında çalışan uygulama 17 bilgisayar üzerinde paralel süreçler oluşturmak koşuluyla çalıştırılmış ve MPI alt yapısının sağladığı bilgisayarlar/süreçler arası haberleşme sayesinde sensör verileri tek merkezde toplanmıştır. Toplanan veriler MPI süreci tarafından TCP/IP sokete yazılarak anlık olarak C-Sharp programlama dilinde yazılmış arayüzün kullanımına sunulmuştur. Bu veriler ZedGraph grafik kütüphaneleri kullanılarak oluşturulan grafiksel gösterimlerle de hava kalitesini değerlendirebilmesi kullanıcıya sunulmuştur. Aynı zamanda simülasyon uygulaması, akıllı sensör sistemlerinin çalıştırılabilirliğini ve sonuçlarının kolayca izlenebilirliğini de göstermektedir.

Abstract:
Indoor Air Quality affects people lives in many ways such as efficiency loss, health problems and energy loss. Since energy costs has recently increased a lot, new technologies and materials are employed/used in buildings to isolate from cold/hot weather to cut the expenses. Opening the windows manually for ventilation at places where many people live together (school, hospital etc.) results in increasing at energy consumption. If enough fresh air is not taken into the buildings (classroom or patients? room), than the productivity has start decreasing. Especially, mental capacity of students will decrease dramatically. For this reason, measuring the air quality, besides temperature and humidity evaluating all together for using them in air conditioning control system will drop energy costs and increase manpower/brainpower efficiency. In addition to that, poor air quality causes health complaints such as headache, weakness, and eye itching. Measuring air quality and using the outcomes for controlling the air conditioning will affect human life, energy saving, and working efficiency positively. Indoor air quality can be measured continuously by using smart sensor systems and fresh air can be supplied to these places economically.A system can be evaluated by means of mathematical modeling, simulation or realization. Mathematical modeling contains analytical design details on paper and evaluation process take place on these details. Despite being the easiest one, error rate will be high comparing to the others. In simulation, a system that is not available and difficult to realize can be tested in many ways by writing computer software. This is why simulation is chosen frequently. In this study, a scenario based simulator system is implemented by software that imitates multiple sensors in each room of a building to measure air quality of the environment. Along with a simulator realization issues, data collection issues from multiple computers and data processing issues at a central place are discussed.The simulator is running on top of a Linux / MPI cluster that include 17 nodes and all the data between computers/processes are exchanged and collected in one computer through the MPI communication infrastructure. All data in the central node is collected by TCP/IP socket and a GUI helps managing the system. The GUI is written in C-Sharp by using Zed-Graph library to create on line charts. The simulator proves that realization of such a smart sensor system is feasible and the measurement results can be monitored easily.