Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi

Yıl 2025, Cilt: 31 Sayı: 5, 833 - 840, 19.10.2025

Öz

Bu makale çalışmasında, nesnelerin interneti (Nİ) uygulamaları için farklı bantgenişliği ihtiyacına sahip, gerçek zamanlı ve gerçek zamanlı olmayan iki değişik veri trafiğinin iletimi için tasarlanmış servis kalitesi destekli bir ortam erişim kontrol (OEK) protokolü önerilmektedir. Önerilen OEK protokolünde kullanılan adil kanal paylaştırma temelli planlama algoritması iki farklı veri trafik türü için bantgenişliği tahsisini verimli bir şekilde gerçekleştirmektedir. Çalışmada esnek bantgenişliği tahsisine yatkınlığı nedeniyle TDMA, OEK tekniği olarak seçilmiştir. TDMA OEK tekniği ile düğümlerin bantgenişliği gereksinimlerine göre bir veya daha fazla zaman dilimi tahsis edilerek, ilgili düğümlere servis kalitesi desteği sağlanmaktadır. Önerilen OEK protokolünün analitik modeli iki boyutlu sürekli-zamanlı Markov zinciri kullanılarak geliştirilmiş ve örnek bir ağ senaryosunda başarımı analiz edilmiştir. Başarım analizinde bağlantı engelleme olasılığı, iş çıkarma oranı, kanal kullanım oranı ve bağlantı tamamlanma oranı esas alınmıştır. Ayrıca önerilen OEK protokolünün Monte Carlo benzetimi de gerçekleştirilerek analitik modelden elde edilen sonuçlar benzetim modelinden elde edilen sonuçlar ile doğrulanmıştır. Önerilen OEK protokollünün kullanıldığı örnek ağ senaryosundan elde edilen sonuçlara göre, ağın toplam yükü 10 iken, gerçek zamanlı kullanıcıların bağlantı engelleme olasılığı %10, gerçek zamanlı olmayan kullanıcılara ait bağlantı engelleme olasılığı ise %26.6’dır. Aynı yük altında, gerçek zamanlı olmayan kullanıcılar için çağrı tamamlanma olasılığı %80.23 iken, gerçek zamanlı kullanıcılar için %46.80’dir.

Kaynakça

  • [1] Atzori L, Iera A, Morabito G. "The internet of things: a survey". Computer Networks, 54(15), 2787-2805, 2010.
  • [2] Bandyopadhyay D, Sen J. "Internet of things: applications and challenges in technology and standardization". Wireless Personal Communications, 58(1), 49-69, 2011.
  • [3] Callebaut G, Leenders G, Mulders JV, Ottoy G, Strycker LD, Perre VLD. "The art of designing remote IoT devices technologies and strategies for a long battery life". Sensors, 21(913), 1-37, 2021.
  • [4] Palattella MR, Accettura N, Vilajosana X, Watteyne T, Grieco LA, Boggia G, Dohler M. "Standardized protocol stack for the internet of (important) things". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 15(3), 1389-1406, 2013.
  • [5] Gubbi J, Buyya R, Marusic S, Palaniswami M. "Internet of things (IoT): a vision, architectural elements, and future directions". Future Generation Computer Systems, 29(7), 1645-1660, 2013.
  • [6] Al-Fuqaha A, Guizani M, Mohammadi M, Aledhari M, Ayyash M. "Internet of things: a survey on enabling technologies, protocols and applications". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17(4), 2347-2376, 2015.
  • [7] Gündüz MZ, Daş R. “Nesnelerin interneti: gelişimi, bileşenleri ve uygulama alanları”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(2), 327-335, 2018.
  • [8] Khalil EA, Özdemir S. “Nesnelerin internetine genel bir bakış: kavram, özellikler, zorluklar ve fırsatlar”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(2), 311-326, 2018.
  • [9] Bachir A, Dohler M, Watteyne T, Leung KK. "MAC essentials for wireless sensor networks". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 12(2), 222-248, 2010.
  • [10] Akyıldız IF, McNair J, Martorell LC, Puigjaner R, Yesha Y. “Medium access control protocols for multimedia traffic in wireless networks”. IEEE Network, 13(4), 39-47, 1999.
  • [11] Atmaca S, Karahan A, Ceken C. Ertürk I. “A new MAC protocol for broadband wireless communications and its performance evaluation”. Telecommunication Systems, 57, 13–23, 2014.
  • [12] Atmaca S, Ceken C, Erturk I. “A new QoS-aware TDMA/FDD MAC protocol with multi-beam directional antennas”. Computer Standards & Interfaces, 31(4), 816-829, 2009.
  • [13] Goursaud C, Gorce JM. "Dedicated networks for IoT: PHY/MAC state of the art and challenges". EAI endorsed transactions on Internet of Things, 1(1), 1-12, 2015.
  • [14] Zhang L, Liang YC, Xiao M. "Spectrum sharing for internet of things: a survey". IEEE Wireless Communications, 26(3), 132-139, 2018.
  • [15] Olatinwo DD, Mahfouz AM, Hancke GP. "Towards achieving efficient MAC protocols for WBAN enabled iot technology: a review". EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 60, 1-47, 2021.
  • [16] Oliveira L, Rodrigues JJPC, Kozlov SA, Rabêlo RAL, Albuquerque VHC. "MAC layer protocols for internet of things: a survey". Future Internet, 11(1), 1-42, 2019.
  • [17] Nurzaman A, Debashis D, Barbhuiya FA, Hussain MI. "MAC protocols for IEEE 802.11ah-based internet of things: a survey". IEEE Internet of Things Journal, 9(2), 916-938, 2022.
  • [18] Nurzaman A, Debashis D, Hussain MI. "A QoS-aware MAC protocol for IEEE 802.11ah-based internet of things". IEEE 5th International Conference on Wireless and Optical Communications Networks (WOCN), Kolkata, India, 2-4 February 2018.
  • [19] Banerjee B, Mukherjee A, Naskar MK, Tellambura C. "BSMAC: a hybrid MAC protocol for IoT systems". IEEE Global Communications Conference, Washington, DC, USA, 4-8 December 2016.
  • [20] Nurzaman A, Rahman H, Hussain MI. "A comparison of 802.11 ah and 802.15. 4 for IoT". ICT Express, 2(3), 100-102, 2016.
  • [21] Mondal MA, Nurzaman A, Hussain MI. “IoT-MAC: a channel access mechanism for IoT smart environment”. Array, 18, 1-8, 2023.
  • [22] Mayssa G, Aref M. “CaWuQoS-MAC: collision avoidance and QoS based MAC protocol for wake-up radio enabled IoT networks”. 36th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA), Sydney, Australia, 13-15 April 2022.
  • [23] Li Y, Liang W, Xu W, Jia X. "Data collection of IoT devices using an energy-constrained UAV". IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium, New Orleans, LA, USA, 18-22 May 2020.
  • [24] Mohammed J, Lung CH, Ocneanu A, Thakral A, Jones C, Adler A. "Internet of things: remote patient monitoring using web services and cloud computing", IEEE International Conference on Internet of Things (iThings) and IEEE Green Computing and Communications (GreenCom) and IEEE Cyber, Physical and Social Computing (CPSCom), Taipei, Taiwan, 1-3 September 2014.
  • [25] Sen S. "Context-aware energy-efficient communication for IoT sensor nodes". 53rd ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference, Austin, TX, USA, 5-9 June 2016.
  • [26] Jain RK. The Art of Computer Systems Performance Analysis: Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation, and Modeling. 1st. New York, USA, Wiley, 1991.
  • [27] Zukerman M. “Introduction to Queueing Theory and Stochastic Teletraffic Models”. arXiv, 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.1307.2968

Design and performance analysis of a new medium access control protocol with quality of service support for effective and fair transmission of heterogeneous data traffics in Internet of Things applications

Yıl 2025, Cilt: 31 Sayı: 5, 833 - 840, 19.10.2025

Öz

In this paper, a quality of service supported (QoS) medium access control (MAC) protocol designed to transmit two different data traffic types, namely real-time and non-real-time, with different bandwidth requirements for Internet of Things (IoT) applications is proposed. A new fair channel allocation-based algorithm used in the proposed MAC protocol efficiently performs bandwidth allocation for two different data traffic types. In this study, TDMA is chosen as the MAC technique due to its tendency to flexible bandwidth allocation. With the TDMA MAC technique, QoS support is provided to the related IoT nodes by allocating one or more time slots according to the bandwidth requirements of the nodes. The analytical model of the proposed MAC protocol has been developed by using a two-dimensional continuous-time Markov chain and its performance has been analyzed in an example network scenario. Performance analysis is carried out based on call blocking probability, throughput, utilization and call completion rate. In addition, a Monte Carlo simulation of the proposed MAC protocol has been performed, and the results obtained from the analytical model have been confirmed with the results obtained from the simulation model. According to the results obtained from the sample networking scenario in which the proposed MAC protocol is utilized, when the total load of the network is 10, the call blocking probability of real-time users is 10%, and the call blocking probability of non-real-time users is 26.6%. Under the same load conditions, the call completion ratio for non-real-time users is 80.23%, while for real-time users this ratio is 46.80%.

Kaynakça

  • [1] Atzori L, Iera A, Morabito G. "The internet of things: a survey". Computer Networks, 54(15), 2787-2805, 2010.
  • [2] Bandyopadhyay D, Sen J. "Internet of things: applications and challenges in technology and standardization". Wireless Personal Communications, 58(1), 49-69, 2011.
  • [3] Callebaut G, Leenders G, Mulders JV, Ottoy G, Strycker LD, Perre VLD. "The art of designing remote IoT devices technologies and strategies for a long battery life". Sensors, 21(913), 1-37, 2021.
  • [4] Palattella MR, Accettura N, Vilajosana X, Watteyne T, Grieco LA, Boggia G, Dohler M. "Standardized protocol stack for the internet of (important) things". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 15(3), 1389-1406, 2013.
  • [5] Gubbi J, Buyya R, Marusic S, Palaniswami M. "Internet of things (IoT): a vision, architectural elements, and future directions". Future Generation Computer Systems, 29(7), 1645-1660, 2013.
  • [6] Al-Fuqaha A, Guizani M, Mohammadi M, Aledhari M, Ayyash M. "Internet of things: a survey on enabling technologies, protocols and applications". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17(4), 2347-2376, 2015.
  • [7] Gündüz MZ, Daş R. “Nesnelerin interneti: gelişimi, bileşenleri ve uygulama alanları”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(2), 327-335, 2018.
  • [8] Khalil EA, Özdemir S. “Nesnelerin internetine genel bir bakış: kavram, özellikler, zorluklar ve fırsatlar”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(2), 311-326, 2018.
  • [9] Bachir A, Dohler M, Watteyne T, Leung KK. "MAC essentials for wireless sensor networks". IEEE Communications Surveys & Tutorials, 12(2), 222-248, 2010.
  • [10] Akyıldız IF, McNair J, Martorell LC, Puigjaner R, Yesha Y. “Medium access control protocols for multimedia traffic in wireless networks”. IEEE Network, 13(4), 39-47, 1999.
  • [11] Atmaca S, Karahan A, Ceken C. Ertürk I. “A new MAC protocol for broadband wireless communications and its performance evaluation”. Telecommunication Systems, 57, 13–23, 2014.
  • [12] Atmaca S, Ceken C, Erturk I. “A new QoS-aware TDMA/FDD MAC protocol with multi-beam directional antennas”. Computer Standards & Interfaces, 31(4), 816-829, 2009.
  • [13] Goursaud C, Gorce JM. "Dedicated networks for IoT: PHY/MAC state of the art and challenges". EAI endorsed transactions on Internet of Things, 1(1), 1-12, 2015.
  • [14] Zhang L, Liang YC, Xiao M. "Spectrum sharing for internet of things: a survey". IEEE Wireless Communications, 26(3), 132-139, 2018.
  • [15] Olatinwo DD, Mahfouz AM, Hancke GP. "Towards achieving efficient MAC protocols for WBAN enabled iot technology: a review". EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 60, 1-47, 2021.
  • [16] Oliveira L, Rodrigues JJPC, Kozlov SA, Rabêlo RAL, Albuquerque VHC. "MAC layer protocols for internet of things: a survey". Future Internet, 11(1), 1-42, 2019.
  • [17] Nurzaman A, Debashis D, Barbhuiya FA, Hussain MI. "MAC protocols for IEEE 802.11ah-based internet of things: a survey". IEEE Internet of Things Journal, 9(2), 916-938, 2022.
  • [18] Nurzaman A, Debashis D, Hussain MI. "A QoS-aware MAC protocol for IEEE 802.11ah-based internet of things". IEEE 5th International Conference on Wireless and Optical Communications Networks (WOCN), Kolkata, India, 2-4 February 2018.
  • [19] Banerjee B, Mukherjee A, Naskar MK, Tellambura C. "BSMAC: a hybrid MAC protocol for IoT systems". IEEE Global Communications Conference, Washington, DC, USA, 4-8 December 2016.
  • [20] Nurzaman A, Rahman H, Hussain MI. "A comparison of 802.11 ah and 802.15. 4 for IoT". ICT Express, 2(3), 100-102, 2016.
  • [21] Mondal MA, Nurzaman A, Hussain MI. “IoT-MAC: a channel access mechanism for IoT smart environment”. Array, 18, 1-8, 2023.
  • [22] Mayssa G, Aref M. “CaWuQoS-MAC: collision avoidance and QoS based MAC protocol for wake-up radio enabled IoT networks”. 36th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA), Sydney, Australia, 13-15 April 2022.
  • [23] Li Y, Liang W, Xu W, Jia X. "Data collection of IoT devices using an energy-constrained UAV". IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium, New Orleans, LA, USA, 18-22 May 2020.
  • [24] Mohammed J, Lung CH, Ocneanu A, Thakral A, Jones C, Adler A. "Internet of things: remote patient monitoring using web services and cloud computing", IEEE International Conference on Internet of Things (iThings) and IEEE Green Computing and Communications (GreenCom) and IEEE Cyber, Physical and Social Computing (CPSCom), Taipei, Taiwan, 1-3 September 2014.
  • [25] Sen S. "Context-aware energy-efficient communication for IoT sensor nodes". 53rd ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference, Austin, TX, USA, 5-9 June 2016.
  • [26] Jain RK. The Art of Computer Systems Performance Analysis: Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation, and Modeling. 1st. New York, USA, Wiley, 1991.
  • [27] Zukerman M. “Introduction to Queueing Theory and Stochastic Teletraffic Models”. arXiv, 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.1307.2968
Toplam 27 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Bilgisayar Görüşü ve Çoklu Ortam Hesaplama (Diğer)
Bölüm Araştırma Makalesi
Yazarlar

Sedat Atmaca

Yayımlanma Tarihi 19 Ekim 2025
Gönderilme Tarihi 13 Mart 2024
Kabul Tarihi 7 Ocak 2025
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 31 Sayı: 5

Kaynak Göster

APA Atmaca, S. (2025). Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 31(5), 833-840.
AMA Atmaca S. Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. Ekim 2025;31(5):833-840.
Chicago Atmaca, Sedat. “Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31, sy. 5 (Ekim 2025): 833-40.
EndNote Atmaca S (01 Ekim 2025) Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31 5 833–840.
IEEE S. Atmaca, “Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy. 5, ss. 833–840, 2025.
ISNAD Atmaca, Sedat. “Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31/5 (Ekim2025), 833-840.
JAMA Atmaca S. Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31:833–840.
MLA Atmaca, Sedat. “Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy. 5, 2025, ss. 833-40.
Vancouver Atmaca S. Nesnelerin interneti uygulamalarında heterojen veri trafiklerinin etkin ve adil iletimi için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü tasarım ve başarım analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31(5):833-40.