Amaç, Daha Akıllı ve Yeşil Çözümler

Geçtiğimiz sayımızdaki Akıllı Şehirler dosyamızın en büyük esin kaynağı, IBM’in dünya çapında hayata geçirmeye çalıştığı “Smarter Planet-Smarter Cities” projesiydi. Akıllı şebekelerin kurulmasıyla, çok daha çevre dostu üretim ve tüketim modellerinin kurulabileceğini öngören IBM, bu alanda çalışan akademisyenlere yönelik düzenlediği yarışmalarla da dikkatleri üzerine çekiyor. Küresel çapta düzenlenen IBM Öğretim Üyesi Ödülleri kapsamında bu yıl 65 çalışma ödüle layık görülmüş. IBM Türk Üniversite İlişkileri Lideri Jale Akyel, “Bizim bölgemiz Orta-Doğu Avrupa, Ortadoğu ve tüm Afrika’yı içine alan çok geniş bir alan. Ve bu bölgede verilen 17 ödülün beş tanesini Türk Akademisyenler kazandı; bu çok gurur verici bir sonuç” diyor.
Daha akıllı bir gezegen yaratmak mümkün mü? Peki, bu gezegen nasıl yaratılacak? Bu sorunun ilk yanıtlarından biri hiç kuşkusuz bilim insanları ve onların çalışmaları. Ve dünyanın dört bir yanındaki binlerce araştırmacı da bu nedenle harıl harıl çalışıyor; akıllı ve çevre dostu çözümler için fikirler üretiyor.
Dünyanın önde gelen bilişim teknolojileri şirketi IBM de aynı kanıda olmalı ki, küresel çapta düzenledikleri IBM Öğretim Üyesi Ödülleriyle, akıllı gezegen perspektifine uygun çalışmalar yürüten bilim insanlarına, projelerinde kullanmak üzere ödüller veriyor. Bu organizasyonun Türkiye ayağı ise geçtiğimiz tamamlandı ve ödüller, IBM’in İstanbul Ofisinde 7 Temmuz 2010 tarihinde düzenlenen törende sahiplerini buldu. Akademisyenlerin yanı sıra, rektörler, dekanlar ve yarışmacıların bağlı bulunduğu akademik birimin bölüm başkanlarının da yer aldığı törende, Boğaziçi Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümünden Yrd. Doç. Dr. Murat Saraçlar; Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümünden Doç. Dr. Elif Uysal Bıyıkoğlu ve Doç. Dr. Özgür B. Akan; Özyeğin Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesinden Yrd. Doç. Dr. Emrah Şener; Sabancı Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümünden Doç. Dr. Bülent Çatay ödüllerini aldılar.
Sertifika ve ödül çeklerinin dağıtıldığı törenin açılış konuşmasını yapan IBM Türk Genel Müdürü Michel Charouk, “IBM Öğretim Üyesi Ödülleri programına birbirinden parlak projelerle katılan Türk akademisyenlerin başarısı, oldukça heyecan verici. IBM olarak daha nice yenilikçi ve toplum faydasını ön plana çıkaran projeyi desteklemeye devam edeceğiz. IBM Öğretim Üyesi Ödülleri programının ilk gününden beri üstün başarı gösteren Türk akademisyenleri yürekten kutluyorum” şeklinde konuştu.
IBM Orta ve Doğu Avrupa Üniversite İlişkileri Lideri Jale Akyel, IBM’in, Öğretim Üyesi Ödülleriyle tüm dünyada, özellikle Akıllı Gezegen stratejisine önemli katkıda bulunduğunu düşündüğü araştırmacıları desteklediğini anlattı ve “Son 3 yılda Türk akademisyenlerin kazandığı başarı çok dikkat çekiyor. Her dönem en az 3-4 öğretim üyesinin projesi ödüle layık görülüyor. IBM, bugüne kadar, 14 Türk akademisyene ödül verdi” dedi. Hedeflerinin Türk öğretim üyelerinin küresel yarışmalarda daha çok tanınmasını sağlamak olduğunu belirten Akyel, “İnanıyoruz ki, bizim akademisyenlerimiz dünyada isim yapmış üniversitelerdeki meslektaşlarıyla rekabet edebilecek düzeyde yaratıcılık ve araştırma potansiyeline sahip. Tüm kazananları kutluyoruz” dedi.
Ödül alan akademisyenlerden Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümünden Doç. Dr. Elif Uysal Bıyıkoğlu ve Sabancı Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümünden Doç. Dr. Bülent Çatay projelerini EKOlQ’ya anlattılar.

IBM Öğretim Üyesi Ödülleri
Tüm dünyadan akademisyenlerin çeşitli projelerle katılıp yarıştığı ve karşılığında para ödülü verilen IBM Küresel Üniversite ödüllerinden en prestijlilerinden biridir. Adayların, yarışmaya katıldıkları dalda doktora ve yüksek lisans programına sahip bir üniversitede, tam zamanlı öğretim üyesi olması koşulu aranıyor. Uluslararası yarışmaya katılabilmek için, akademisyenlerin, kendi alanlarında yaptıkları katkılar nedeniyle ün kazanmış olmaları ya da gelecek vaat etmeleri gerekiyor. Her yıl dünyadan ortalama 400 akademisyenin katıldığı yarışma kapsamında, kazananlara projelerinde harcanmak üzere 5000 ila 40.000 dolar arasında değişen miktarda para ödülü veriliyor.

Doç. Dr. Elif Uysal Bıyıkoğlu
Akıllı Altyapıları Etkinleştirmek İçin Enerji Tasarruflu Mobil Ağ Teknolojileri
“Akıllı Altyapıları Etkinleştirmek İçin Enerji Tasarruflu Mobil Ağ Teknolojileri” projesiyle IBM Öğretim Üyesi Ödüllerinden birini almaya hak kazanan Orta Doğu Teknik Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Elif Uysal Bıyıkoğlu, “Enerjisini güneşten elde eden sensörler sayesinde hem etkin bir iletişim hem de önemli bir verimlilik sağlanabilir” diyor.

Elif Hanım, ödül almanızı sağlayan projenizi biraz anlatır mısınız?
IBM’in Smarter Planet olarak adlandırdığı ve akıllı yapılar, sistemler ve sosyal ağların bütünleşmesini ifade eden Akıllı Gezegen konsepti giderek daha büyük bir önem kazanıyor.
Bu yaklaşımın önemi gelecekte daha da artacak gibi görünüyor. Bu sistemin gerçekleştirilmesi için, küçüğünden büyüğüne kullanılan tüm cihazlar birtakım haberleşme yetileriyle donatılıyor. Bunlar çok basit algılayıcılar da olabilir; çok daha karmaşık, cep telefonu gibi iletişim araçları da olabilir. Ama asıl hedef, bütün bunların ortak bir şebekenin içine dahil olması. Bazı süreçlerin anlamlı bir şekilde işlemesi için bu gerekli. “Internet of Things” denilen kavramsallaştırmadan bahsediyoruz aslında. Bunun içinde altyapıların, köprülerin, binaların güvenliğinin ve çalışma biçimlerinin denetlenmesi de var. Enerji üretim ve dağıtım süreçleri ile tüm endüstriyel süreçlerin izlenmesi de bu çalışmanın bir parçası. Bu çalışmanın içinde sağlık süreçlerinin kontrol edilmesi bile var:
Yani bu sistemle, muhtaç durumdaki insanların evlerindeki bakımı da sağlanabilecek. Bütün bu birbirinden bağımsızmış gibi duran şeyler, bu network tabanlı vizyona dahil. Hepsinin network üzerinden haberleşmesinin kontrol edilebilmesi isteniyor.

Peki, bunlar şu anda uygulanabiliyor mu?
Bu anlattıklarımızın gerçekleşebilmesi için şu anda bildiğimiz ve kullandığımız network teknikleri yeterli değil. Her şeyden önce, haberleşmenin enerji veriminin yapılabilmesi gerekiyor. Enerji verimi son derece önemli. Hem sensörlerin ve diğer cihazların uzun süre ilgilenilmeden varlığını sürdürebilmesi ve network’ün yapısını güvenilir bir şekilde koruyabilmesi, hem de genel olarak çevresel koruma için.
O yüzden enerji verimli haberleşme teknikleri geliştirmek gerekiyor. Benim araştırmalarım da bu konuda. Bu projede tam olarak enerji verimli haberleşme ve enerji ağı teknikleri geliştirmeyi hedefledik. Örneğin network’le haberleşmeyi sağlayacak sensör ağlarının maksimum süre varlığını sürdürebilmesi için, veri yönlendirme ve ortama erişim algoritmaları geliştiriyoruz. Ayrıca “Paket Çizelgeleme” dediğimiz, yani veri paketlerinin hangi hızlarda ve ne zaman gönderilmesi gerektiğini belirleyen algoritmalar yaratıyoruz. Kablosuz kanalın özelliklerini en iyi şekilde kullanıp, “Fırsatçı Çizelge” olarak adlandırılan çok daha verimli bir kullanım sistemi oluşturmaya çalışıyoruz. Mesela bir vericide bilgiler birikiyor; geliştirdiğimiz bu sistemle, vericinin sözkonusu verileri en az enerji kullanarak, en doğru biçimde şebekeye ne zaman göndermesi gerektiği hesaplanabilecek.
Aslında yaptığımız iş, optimizasyon problemi çözmek. Ama bu eniyileştirme sorunlarını çözerken yeni teknikler geliştirmek gerekiyor. Çalışmalarımız daha çok kuramsal düzeyde ama bu yeni teknikleri denemek için, ODTÜ’de araştırma laboratuarımızın içinde geçtiğimiz yıl bir testbed kurduk.

Ödül töreninde Ağ ve Bilgi Teorileri arasında bazı açıklar bulunduğundan; amacınızın bu açıkları kapatmak olduğundan söz ettiniz. Nedir bu açıklar?
Bilgi Teorisi (Information Theory), öncelikle 1948-49 yıllarında Claude E. Shannon’ın yazdığı bir makaleyle başladı. Amaç, belli bir güç kısıtı altında veriyi en hızlı şekilde iletmekti. Bu makaleyle, Kanal Kodlama olarak da bilinen Shannon Teoreminin temelleri atılmış oldu. Ve en ünlü formülü olan Kanal Kapasitesi formülü ortaya çıktı. Alıcı ve vericinin özellikleri bilindiği zaman, buradan maksimum ne kadar veri gönderilebileceği ortaya konmuş oluyor. Bunu takip eden elli yıl boyunca, bilgi teorisinde çok hızlı gelişmeler oluyor ama hep belli bir watt cinsinden bir güç kısıtı sorunu var. Ama enerjiyi de mümkün olduğu kadar az kullanmak istiyoruz dediğimiz zaman problem değişiyor. Ayrıca bizim verimiz ses gibi, yani telefon konuşması gibi değil.

Bahsettiğiniz şey ses verisi için değil mi?
Hayır, aslında dijital veriden bahsediyoruz. Teorem, bu haberleşmenin dijital olarak yapılabileceğini gösteriyor. Aslında bu, haberleşmede çok büyük bir devrim. Şu an yaptığımız her türlü haberleşmenin, cep telefonunun, PCI telefonun başlangıcı o ve dijital olarak optimal gönderim yapılabileceğini gösteriyor. Daha öncesinde bu bilinmiyormuş. Ama dijital verinin, ses gibi sürekliliği yoktur. Yani bir insan konuşurken çıkan data rate bellidir, süreklidir ve fazla kesinti yoktur. Ama bir sensör ya da bir bilgisayar, örneğin bir dosya transferi yapıyorsunuz, büyük bir mesaj gönderiyorsunuz ya da sms gönderiyorsunuz ve bir sensör okuduğu şeyleri gönderiyor. Bu çok kesikli olabilir. Bazen çok veri gelebilir, bazen hiç gelmeyebilir. İşte Information Theory, bu problemi henüz çözmemiş.
Ağ teorisine baktığımız zaman da, görece olarak çok daha genç ve yeni. Burada yapılan şeyler biraz daha höristik, o kadar matematiksel değil. İkisi arasında her zaman bir boşluk olmuş. İkisi bir türlü birleştirilememiş. Son 10 yıldır bunu birleştirmeye çalışıyor araştırmacılar. Ben de bunlardan biriyim. Doktora tezimi bunun üzerine yaptım. Ama burada hâlâ, kapatılması gereken açıklar var. Bu açıklardan biri de, kesikli veriyi en enerji verimli şekilde nasıl iletiriz? Belli bir gecikme kısıtını sağlayalım, gecikme tolore edilebilir düzeyde olsun ama en az enerjiyi kullanalım.
Bu yıldan itibaren de yeni bir problem formülasyonuna bakmaya başladık: Enerji ortamdan elde edilebildiğinde, yani belirli zamanlarda bu düğüm (knot) ya da cihaz, sözgelimi güneş panellerinden enerji takviyesi alabiliyorsa o zaman nasıl yapmalı iletişimi? Haberleşme hızını nasıl ayarlamalı? Şimdi de bunun üzerine çalışıyoruz.

Doç. Dr. Bülent Çatay
“Yeşil Lojistik: Karayolu Ulaşımında Sera Gazı Saliminin Azaltılması”
IBM Öğretim Üyesi Ödüllerinden birini Yeşil Lojistik Projesiyle elde eden Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Bülent Çatay, algoritmalar kullanarak en optimum çözümlere ulaşılabileceğini söylüyor ve “Aslında optimizasyon, hayatın her alanında kullanılabilir. Evinizdeki buzdolabının, arabanızın bagajının belli bir yük taşıyabilmek için düzenlenmesi bile bir optimizasyondur” diyor.
Ödüllerinden birini Yeşil Lojistik Projesiyle elde eden Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Bülent Çatay, algoritmalar kullanarak en optimum çözümlere ulaşılabileceğini söylüyor ve “Aslında optimizasyon, hayatın her alanında kullanılabilir. Evinizdeki buzdolabının, arabanızın bagajının belli bir yük taşıyabilmek için düzenlenmesi bile bir optimizasyondur” diyor.

Bülent Bey, ödül almanızı sağlayan çalışmanızdan biraz bahsedebilir misiniz?
Aslında benim çalıştığım alan da, Elif Hanım’ın bahsettiği problemden çok farklı değil. Elif Hanım sensörlerin ve dijital iletişimin en verimli nasıl kullanılabileceğini araştıryor; biz de aynısını lojistik alanında araştırıyoruz. Sonuçta ortada bir eniyileme yöntemi geliştirmek var. Mesela her gün sayısız araç kullanıyorsunuz. Dağıtım planlaması yapacaksınız; her gün araçlarınızı çıkarmanız ve bunların belli rotalar izlemesi gerekiyor. Dolayısıyla bu problem ne kadar büyük olursa, onu hızlı çözmeniz de o kadar zorlaşıyor. Hızlı çözmek için de birtakım sezgisel yöntemler gerekiyor. Sezgisel yöntemler kullandığınızda tabii optimali bulmayı ümit etmiyorsunuz ama hiç olmazsa optimale yakın bir sonuç arıyorsunuz. Çünkü amacımız her zaman kâr maksimizasyonu ya da maliyetlerin minimizasyonu. İşte bunlar yapılırken gerçek hayatta, sanayide parasal boyut her zaman ön planda ve ne yazık ki çevresel etkiler genellikle göz ardı ediliyor. Ancak dünyada bu durum değişiyor. Türkiye’de de bir noktadan sonra değişmeye başlayacak.
Baktığınız zaman karayolu ya da dağıtım planlamasında karbon emisyonlarının toplatma payı yüzde 2030 boyutlarında ve bu oranın önümüzdeki 10-20 yılda daha da artması bekleniyor. Sanırım Amerika’da yüzde 20, İngiltere’de 30 civarlarında ve 2050’lere kadar artması beklendiği için, İngiltere şu anda çok ciddi bir çalışma içine girmiş durumda. Hedefleri, yanlış hatırlamıyorsam, 2020 yılında ulaşımda karbon emisyonlarını yüzde 20 oranında azaltmak. Bunun için ciddi bir çaba gösteriyorlar.
Ben de geçtiğimiz bahar, bununla ilgili İngiltere’de araştırma yapan bir kurumda bulundum. Akademik iznim vardı araştırma amacıyla gittim. Orada bir optimizasyon grubu var. İngiltere’nin TÜBİTAK’ı diyebileceğimiz araştırma enstitüsünün desteklediği, 8 milyon pound bütçeli projenin bir ayağı da Yeşil Lojistik. Yeşil lojistikte, bizim yön-eylem araştırması dediğimiz optimizasyon tekniklerinin uygulanması ve bunun yansımasının görülmesi amaçlanıyor. Tabii amaç sadece sera gazı salimini düşürmek de değil; trafik, trafikteki tıkanıklık ve gürültünün engellenmesi de bu kapsamda ele alınıyor.

Hangi modu kullanmalıyız?
Benim projemde bahsettiğim iki boyut var. Bir tanesi, dağıtımdaki araç ortalaması; diğeri de hangi ulaşım modunun kullanılacağı. Soru şu: Hangi modu kullanırsak enerjiyi daha verimli kullanmış oluruz? Bir noktaya kadar belki gemiyle taşımacılık önemli, daha sonra gemilerden trenlere ya da kamyonlara yükleyip göndereceksiniz. Ya da aynı boyutta bir noktadan bir noktaya tırlara yükleyip göndereceksiniz, orada bir hub olacak, oradan dağıtımı daha küçük araçlarla yapacaksınız. Türkiye’deki lojistik literatüründe buna intermodal, multimodal ya da kombine taşımacılık deniyor.
Amaç bu iki boyutu inceleyerek dağıtım yaparken çevreye daha duyarlı rotalar çıkarabilmek. Tabii bunları yapmak için de algoritmaları kullanmak zorundayız. Çünkü optimal sonucu elde etmeniz mümkün değil. Çok büyük ağlardan bahsediyoruz. Birçok noktası, arkı olan ulaşım ağına benzer bir ağ olduğu için sezgisel yaklaşımlarla çözüm getirmek önemli. Sorun en hızlı biçimde, en doğru, en çevreye duyarlı çözümleri bulmak.