WSN nedir, constraint'ler ve mote anatomy

• Wireless Sensor Network (WSN): "spatially distributed embedded nodes that sense, process, and communicate wirelessly." Üç fiil: sense, process, communicate.
• Node'lara sensor node ya da mote denir.
• Bir sink, gateway ya da border router veriyi toplar ve WSN'i kullanıcılara ya da başka ağlara bağlar.
• Trafik çoğunlukla küçük, periodic ya da event-driven ve energy ile sıkı biçimde sınırlıdır.
• WSN'i bir measurement infrastructure olarak düşün, genel amaçlı mobil cihazlar olarak değil.

Duty cycle formülü: $D = \dfrac{t_\text{active}}{t_\text{total}}$. Hoca bunu W3'te her component için ayrı kullanacak.

Slaytın uyarısı: "Precise vocabulary prevents 'node, server, sensor, router' soup."

Theory → simulation → evidence. Theory: mekanizmayı ve varsayımlarını adlandır. Simulation: Cooja'da kontrollü bir durum kur. Measurement: log'lara, paketlere, zamanlamaya ve topology'ye bak. Reflection: neyin neden değiştiğini açıkla.

"A simulation screenshot is not a result; an interpreted measurement is a result." Lab videolarında da notlandırılan şey budur.

• Radio tüketimi domine edebilir, özellikle idle listening yüzünden.
• Pil değiştirmek imkânsız, tehlikeli ya da node'dan pahalı olabilir.
• Sleeping enerji kazandırır ama latency'yi ve rendezvous complexity'yi artırır: uyuyan iki node, birbirinin ne zaman uyanık olduğunu bilmeden konuşamaz.
• Energy optimization yararlı sensing'i korumalı, node'u susturmak hedef değil.

"A mote that never wakes has excellent lifetime and zero usefulness."

• RAM'i packet buffer'lar, routing table'lar, stack'ler, queue'lar ve application state paylaşır.
• Code size önemlidir: firmware sınırlı program memory'ye sığmalı.
• Cryptography, routing ve logging bedava değildir.
• Tasarımcılar ağır abstraction yerine kompakt state machine'leri tercih eder.

Her yeni özellikte sorulacak soru: "Where does this state live?"

• Received power mesafeye, engellere, antenna yönüne ve interference'a göre değişir.
• Link'ler asymmetric olabilir: A, B'yi duyar ama B, A'yı güvenilir biçimde duymayabilir.
• Transitional region'da packet delivery olasılıksaldır: bazı paketler gelir, bazıları gelmez.
• Routing kararları geometriye değil, ölçülmüş link quality'ye dayanmalı.

"Distance is a clue, not a routing metric." Bu fikirler W2'de (radio-propagation ve link-metrics dersleri) sayılarla gelecek.

• Node'lar fail edebilir, reboot olabilir, gücünü kaybedebilir ya da deployment'tan sonra eklenebilir.
• Bir link insanlar, araçlar, kapılar, hava ya da interference yüzünden bozulabilir. Node'lar hareket etmese bile.
• Protokoller neighbor'larını keşfetmeli ve elle yeniden ayar yapılmadan toparlanmalı.
• Sık topology repair enerji harcar ve routing'i kararsız hale getirebilir.

"Self-organization is not luxury; it is survival."

• 5 node'da çalışan bir protokol 500 node'da çökebilir.
• Flooding, broadcast ve global state hızla pahalılaşır.
• Yoğun deployment'lar overhearing, collision ve duplicate bilgiyi artırır.
• Büyük ağlar hierarchy, aggregation, suppression ya da localized control ister.

"Scalability means limiting who must know, hear, store, and forward what."

• Environmental monitoring gecikmeye ve ara sıra eksik değere tolerans gösterebilir.
• Industrial alarm'lar hızlı ve güvenilir teslim ister.
• Actuation link'leri daha güçlü safety ve authentication ister.
• Security mekanizmaları computation, byte, state ve key-management karmaşıklığı ekler.

"There is no universal 'best WSN protocol'." Çünkü her application bu altı ekseni farklı tartar.

"Reporting pattern determines duty cycle, latency, and buffer requirements." Neden:

• Periodic: ne zaman konuşulacağı baştan bellidir; radyo o anlar dışında uyuyabilir. Duty cycle düşük ve tahmin edilebilir.
• Event-driven: trafik seyrek ama olay olunca hızlı gitmeli. Latency hedefi, node'ların ne sıklıkla uyanması gerektiğini belirler. Bir olay patlaması (birçok node aynı dumanı görür) buffer ister.
• Query-driven: mote, sorunun geldiğini duyabilmeli; yani radyosu belirli aralıklarla dinlemeli. Gönderim ucuz olsa bile dinleme maliyeti vardır.

"The moment a sensor network controls actuators, security and safety stop being 'extra topics.'"

• Sensor interface: converts a physical signal into data.
• Microcontroller: runs the OS, application, and protocol stack.
• Radio transceiver: sends and receives wireless frames.
• Memory: stores code, buffers, tables, and measurements.
• Power subsystem: battery, regulation, sleep states, and sometimes harvesting.

• Sensors create raw evidence.
• The MCU decides when and what to transmit.
• The radio and power subsystem dominate lifetime questions.

Karl & Willig (Fig. 2.1) aynı şeyi beş bileşenle çizer: controller, memory, sensors/actuators, communication device, power supply. Memory controller'a bağlıdır; power supply herkesi besler.

"Use one reference mote type early; variety can come after students understand the tool."

Sky/TelosB legacy Contiki/Cooja örneklerinde yaygındır. MCU, radio, LED, serial output ve kısıtlı bellek fikrini gösterir. hello-world, Rime örnekleri ve birçok giriş simülasyonu için uygundur. Sky'daki sayıların her fiziksel sensor node için geçerli olduğunu varsayma. "A reference platform is a teaching lens, not the whole universe."

Not: Datasheet bilgisi, slaytta yok: Tmote Sky'daki MCU MSP430F1611'dir (10 kB RAM, 48 kB flash); CC2420 2.4 GHz'de 250 kbps hızla konuşur.

"The same C source can behave differently when the target platform changes."

• Küçük, ağa bağlı embedded sistemler için open-source operating system.
• C application'lar, event-driven execution ve protothreads.
• Ders için önemli networking stack'leri: Rime, uIP/uIPv6, 6LoWPAN, RPL örnekleri.
• Cooja simulator'ı Contiki'nin tools dizininde gelir.

Derste "Contiki 3.0" de; Contiki-NG ile açıkça karşılaştırmıyorsan.

PROCESS(example_process, "Example process");
AUTOSTART_PROCESSES(&example_process);

PROCESS_THREAD(example_process, ev, data)
{
  PROCESS_BEGIN();
  /* event-driven application logic */
  PROCESS_END();
}

• PROCESS(name, "string"): process'i tanımlar (adı ve okunur açıklaması).
• AUTOSTART_PROCESSES(&name): mote açılınca (boot) bu process başlatılır.
• PROCESS_THREAD(name, ev, data): process'in gövdesi. ev gelen event'in türü, data ona eşlik eden veri.
• PROCESS_BEGIN() / PROCESS_END(): protothread'in başı ve sonu. Aradaki kod "bloklanıyormuş gibi" yazılır.

Slaytın dört noktası: processes are event-driven, not heavy desktop threads; protothreads provide blocking-looking code with low memory overhead; applications should yield control instead of spinning forever; timers schedule future work. Hoca W1 için: "recognize the structure", sözdizimini ezberlemek değil.

static struct etimer timer;
etimer_set(&timer, CLOCK_SECOND * 5);
PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&timer));

• Timer'lar busy waiting olmadan periodic sensing sağlar.
• Clock tick'leri platforma özgüdür; Contiki'nin zaman soyutlamasını (CLOCK_SECOND) kullan.
• Periodic task'lar timer'ı bilinçli olarak yeniden kurmalı (reset).
• Sonraki energy lab'ları busy waiting'in neden pahalı olduğunu gösterecek.

"Timer-based design is the bridge from Week 1 hardware to Week 3 energy."

W1 sadece haritayı verir; sonraki haftalar her parçayı deneyle açar (6LoWPAN ve RPL: W6–W7, MAC/RDC: W4–W5).

• Neden VM: Contiki, Cooja, Java/Ant ve build tool'ları hazır bir Linux. Windows, macOS ve Linux host farklarını ortadan kaldırır, eski bağımlılıkları dondurur, herkese aynı path'leri ve aynı compiler davranışını verir. "Legacy software is easiest to teach when the environment is frozen."
• Kurulum: VM'i VMware'de aç; Java tabanlı Cooja için yeterli RAM ve CPU ver; herkes aynı image'ı kullansın; toolchain dosyalarını değiştirmeden önce snapshot al. "The best debugging tool for Week 1 is a clean VM snapshot."
• Başlatma: VM'in terminalinde (Windows host'unda değil) cd ~/contiki/tools/cooja ve ant run. İlk çalışmada derleme sürer. Hata olursa bir şey değiştirmeden önce tam hata mesajını kaydet: path, command, error message. "No 'it did not work' reports."

~/contiki/
├── core/        OS core and networking code
├── cpu/         CPU-specific support
├── platform/    Board/platform definitions
├── examples/    hello-world/, rime/, ipv6/
└── tools/
    └── cooja/   Cooja simulator

Slayt 44: örneklerin nerede olduğunu bil; Cooja tools/cooja'dan başlatılır; platform dosyaları target'ın neden önemli olduğunu açıklar; W1'de core dosyalarını düzenleme. "Folder literacy saves more lab time than heroic terminal guessing."

Cooja, Contiki ile gelen network simulator'dır. Tek deneyde birden çok mote çalıştırır; topology'yi, mote output'u, radio event'lerini ve timing'i gösterir. Fiziksel node'larla karışık olacak koşulları kontrol altına alır. Mekanizmaları anlamak için yararlıdır, gerçek deployment davranışının garantisi değildir. "Cooja gives visibility; real deployments give humility."

Mote type'lar (slayt 48): Sky mote: yaygın legacy öğretim seçimi. Cooja mote: daha hızlı, yazılım seviyesinde, ama "less hardware-faithful". Java mote: davranışı Java'da yazılır, özel simülasyonlar için. Farklı tipler karışabilir ama W1'de sade kal; lab sheet aksini demiyorsa Sky.

Workflow (slayt 49): File → New Simulation (anlamlı isim) → Motes → Add Motes → Create New Mote Type → examples'tan bir Contiki application seç → seçilen mote type için compile → birkaç mote ekle ve Network'te yerleştir → Start, Mote Output'u incele. Kısaca: create mote type → add motes → run → observe.

hello-world (~/contiki/examples/hello-world): amaç toolchain'i ve serial output'u doğrulamak. Beklenen: her mote Mote Output'a mesaj basar. "This lab is not about networking yet." Çalışınca simülasyonu kaydet. "Do not start Week 1 with a complex RPL experiment. First, prove the simulator works."

Cooja'da sadece Start'a basma, şunlara bak (slayt 54):

1. Kaç mote var ve hangi programı çalıştırıyorlar?
2. Her mote ne basıyor ve ne zaman?
3. Mote'lar birbirinin communication range'i içinde mi?
4. Hangi radio medium modeli seçili?
5. Simülasyon kaydedilip aynı biçimde yeniden açılabiliyor mu?

"A good lab report describes observations, not merely screenshots." Lab hedefleri (slayt 56): VMware ve Instant Contiki açılıyor, Cooja başlıyor, simülasyon kurulup kaydediliyor, Sky mote type derleniyor, mote output okunup koda bağlanabiliyor. "The first lab is an environment validation lab disguised as a WSN lab."