Akıllı şehirlere Medipol imzalı yapay zekâ desteği




İstanbul Medipol Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Mehmet Kemal Özdemir’in araştırma ekibinde yer aldığı uluslararası çalışma, akıllı şehirlerden çevresel izleme sistemlerine kadar birçok alanda kullanılan kablosuz sensör ağlarının ömrünü önemli ölçüde uzatan yeni bir yöntem geliştirdi. Yapay zekâ destekli optimizasyon ve hareketli veri toplama mekanizmasını bir araya getiren model, mevcut yöntemlere göre ağ ömrünü yüzde 46’ya kadar artırırken enerji tüketimini de önemli ölçüde azalttı.

“Enhancing Sustainability in Wireless Sensor Networks Through PSO-Based Cluster Optimization and Adaptive Sink Mobility” başlıklı araştırma, uluslararası hakemli dergi Scientific Culture’da yayımlandı.

AKILLI ŞEHİRLERİN KARŞILAŞTIĞI ÖNEMLİ SORUNA ÇÖZÜM
Kablosuz sensör ağları günümüzde akıllı şehirler, çevresel izleme sistemleri, endüstriyel otomasyon, hassas tarım uygulamaları ve afet erken uyarı sistemleri gibi birçok alanda kullanılıyor. Ancak bu ağlarda sensörlerin enerji tüketiminin dengesiz dağılması, sistemlerin kullanım ömrünü kısaltan en önemli sorunlardan biri olarak görülüyor.

Araştırma ekibi tarafından geliştirilen yeni yöntem, sensörlerin enerji kullanımını daha dengeli hâle getirerek ağın genel performansını ve çalışma süresini artırmayı hedefledi.

YAPAY ZEKÂ DESTEKLİ ENERJİ YÖNETİMİ
Araştırmada geliştirilen PSO-MSM adlı yeni iletişim protokolü, parçacık sürü optimizasyonu (Particle Swarm Optimization-PSO) ile hareketli veri toplama mekanizmasını bir araya getiriyor. Kuş sürülerinin ve balık topluluklarının hareketlerinden esinlenen yapay zekâ tabanlı bu optimizasyon yöntemi sayesinde sistem, ağ içerisindeki her bir sensörün enerji durumunu sürekli analiz ederek veri aktarımını en uygun şekilde yönlendiriyor.

Böylece belirli bölgelerde ortaya çıkan aşırı enerji tüketimi engellenirken, ağ genelinde daha dengeli bir enerji kullanımı sağlanıyor.

Araştırmacılar özellikle sabit veri toplama noktalarının çevresinde görülen ve sensörlerin erken devre dışı kalmasına neden olan “enerji çukuru” problemini azaltmaya odaklandı. Enerji çukuru, veri toplama noktasına yakın sensörlerin diğer sensörlere göre daha fazla veri taşımak zorunda kalmaları nedeniyle pillerinin daha hızlı tükenmesi anlamına geliyor.

Geliştirilen sistemde veri toplama noktası ağ içerisinde dinamik olarak hareket ediyor. Böylece iletişim yükü tek bir bölgede yoğunlaşmak yerine ağın farklı noktalarına dağıtılıyor ve enerji tüketimindeki dengesizlik önemli ölçüde azaltılıyor.

SENSÖRLER YAPAY ZEKÂ İLE ORGANİZE EDİLİYOR
Yeni modelde sensörler belirli kümeler hâlinde organize edilirken, her kümenin veri aktarımını yönetecek lider düğümler yapay zekâ destekli optimizasyon yöntemiyle belirleniyor.

Bu seçim yapılırken yalnızca sensörlerin kalan enerji seviyeleri değil; kümelerin kendi içindeki iletişim verimliliği ve veri toplama noktasına olan uzaklıkları da dikkate alınıyor. Böylece gereksiz uzun mesafeli veri iletimleri azaltılarak enerji kayıplarının önüne geçiliyor.

AĞ ÖMRÜNDE YÜZDE 46’YA VARAN ARTIŞ
Araştırmanın etkinliği, kablosuz sensör ağlarında yaygın olarak kullanılan LEACH, HEED ve PEGASIS protokolleriyle karşılaştırmalı olarak test edildi.

100 sensörden oluşan bir ağ modeli üzerinde gerçekleştirilen simülasyonlarda sistemin, sensörlerin kalan enerji seviyelerine göre veri toplama noktasının hareket rotasını sürekli güncellediği gözlemlendi. Bu sayede ağın belirli bölgelerinde oluşan yoğun iletişim yükü dengelenerek enerji tüketimi tüm ağ geneline daha eşit şekilde dağıtıldı.

Araştırma sonuçlarına göre PSO-MSM protokolü, ağdaki ilk sensörün devre dışı kalma süresini yüzde 85’e kadar geciktirdi. Ağın genel çalışma süresini ifade eden son düğümün ölümü süresinde mevcut yöntemlere göre yüzde 31 ila yüzde 46 arasında iyileşme sağlayan sistem, toplam enerji tüketimini yüzde 27 ila yüzde 35 oranında azaltırken sensörler arasındaki enerji kullanım dengesizliğini de yüzde 25 ila yüzde 45 arasında düşürdü. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen yöntemin hem enerji verimliliğini artırdığını hem de ağın çalışma ömrünü önemli ölçüde uzattığını ortaya koydu.

VERİ İLETİMİNDE DE DAHA BAŞARILI
Araştırma sonuçları yalnızca enerji verimliliğinde değil, iletişim performansında da önemli kazanımlar sağlandığını ortaya koydu.

Yeni protokol, veri paketlerinin hedefe başarıyla ulaşma oranını yaklaşık yüzde 93 seviyesine çıkararak mevcut yöntemleri geride bıraktı. Ayrıca veri iletim gecikmelerini ve ağ üzerindeki kanal yoğunluğunu azaltarak daha hızlı ve güvenilir haberleşme sağladı.

Araştırmada, veri trafiğinin daha dengeli dağıtılması sayesinde iletişim kanallarındaki yoğunluğun azaldığı ve veri çarpışmalarının önüne geçildiği de belirlendi. Bu durum özellikle gerçek zamanlı veri akışının kritik olduğu uygulamalarda sistem performansını artırırken ağın ölçeklenebilirliğine de katkı sunuyor.

PROF. ÖZDEMİR: SÜRDÜRÜLEBİLİR DİJİTAL ALTYAPILAR İÇİN ÖNEMLİ BİR ADIM
Araştırma ekibinde yer alan İstanbul Medipol Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Mehmet Kemal Özdemir, çalışmanın enerji verimliliği ile iletişim performansını aynı anda iyileştirmeyi hedeflediğini belirterek şu değerlendirmede bulundu:

“Günümüzde sensör ağları akıllı şehirlerden tarıma, çevre izleme sistemlerinden endüstriyel uygulamalara kadar çok geniş bir kullanım alanına sahip. Bu sistemlerin uzun ömürlü ve sürdürülebilir olması büyük önem taşıyor. Geliştirdiğimiz yöntem, enerji tüketimini daha dengeli dağıtarak sistemlerin daha uzun süre çalışmasına olanak sağlıyor. Elde ettiğimiz sonuçlar, geleceğin akıllı şehir altyapılarında daha verimli ve güvenilir çözümler geliştirilmesine katkı sunabilecek nitelikte.”

SÜRDÜRÜLEBİLİR AKILLI ŞEHİRLERE KATKI
Araştırmada geliştirilen yaklaşımın çevresel ve ekonomik sürdürülebilirlik açısından da önemli katkılar sunduğu belirtildi. Daha uzun ömürlü sensör ağları sayesinde pil değişimlerinin ve bakım işlemlerinin azalacağı, bunun da elektronik atık miktarını düşürerek işletme maliyetlerini azaltacağı ifade edildi.

Araştırmacılar, PSO-MSM protokolünün özellikle akıllı şehir altyapıları, çevresel gözlem sistemleri, tarımsal izleme ağları ve endüstriyel nesnelerin interneti uygulamalarında uzun süreli, düşük maliyetli ve enerji verimli çözümler sunabileceğini vurguladı.