Elektrik Elektronik Mühendisliği Ödev Yaptırma: Akıllı Şebekelerde Haberleşme Altyapısı Planlama

Akıllı şebekeler; üretim, iletim, dağıtım ve tüketim noktalarını çift yönlü veri akışıyla bağlayan, esnek, gözlenebilir ve kumanda edilebilir elektrik sistemleridir. Bu bütünlüğün görünmeyen omurgası ise haberleşme altyapısıdır. Sayaçtan (AMI) alt istasyona, RTU/IED’lerden (IEC 61850, DNP3) SCADA/DMS/OMS merkezlerine, dağıtık üretim (DER) ve enerji depolama sistemlerinden EV şarj istasyonlarına kadar hemen her unsur, doğru zamanda doğru veriyle beslendiğinde “akıllı” sıfatını hak eder. Ödev veya dönem projesi düzeyinde dahi, haberleşme planlamasında yapılacak bir hata; örneğin gecikme (latency) sınırlarının yanlış hesaplanması veya yedekliliğin eksik kalması, saha performansını dramatik biçimde düşürür.

Bu yazı, akıllı şebekeler için haberleşme altyapısının uçtan uca planlanmasına yönelik kapsamlı bir rehberdir. Temel ağ mimarilerinden taşıyıcı seçimlerine (fiber, RF mesh, PLC, LTE/5G, NB-IoT, LoRaWAN), protokol-ekosisteminden (IEC 61850, DLMS/COSEM, DNP3, MQTT) zaman senkronizasyonuna (PTP/IEEE 1588), güvenlik ve siber dayanıklılıktan QoS/önceliklendirmeye, kapasite ve kapsama planlamasından link bütçesi ve saha etütlerine, test devreye alma ve SLA yönetiminden işletme bakım stratejilerine kadar uygulamalı ve vaka odaklı bir çerçeve sunar. Her bölümde, ödev hazırlayan öğrenci ve genç mühendislere “adım adım” ilerleyebilecekleri kontrol listeleri, örnek hesaplar ve pratik ipuçları da veriyoruz.

1. Sistem Mimarisi ve Katmanlı Yaklaşım: Nereden Başlamalı?

Amaçların netleştirilmesi planın ilk adımıdır:

AMI sayaç okumaları için gecikme toleransı nedir?
Dağıtım otomasyonu (FLISR, recloser, sectionalizer) için gerekli uçtan uca gecikme ve paket kaybı hedefleri ne olmalı?
Alt istasyon otomasyonunda (IEC 61850 GOOSE/SV) milisaniye seviyesi gereksinimler var mı?
DER/ES/EV gibi yeni yük/üretim kaynaklarında tepki süreleri ne olmalı?

Katmanlı yaklaşım:

Alan (Field) Katmanı: Akıllı sayaçlar, RTU/IED, sensör/aktuator, PV invertörleri, EVSE, recloser/sektionalizer.
Saha (Feeder) / Erişim Katmanı: RF mesh, PLC, hücresel/NB-IoT/LoRaWAN, endüstriyel Wi-Fi veya kablolu erişim.
Taşıyıcı/Backhaul Katmanı: Fiber (ring, point-to-point), mikrodalga, kiralık devre MPLS/VPN, 4G/5G FWA.
Kontrol Katmanı (SCADA/DMS/DERMS/MDMS): Veri merkezleri, yedek siteler, OT/IT entegrasyonu, veri gölü/stream platformları.

Uygulamalı örnek: Bir dağıtım şirketi, 500.000 AMI sayacı + 1.200 saha cihazı (recloser/RTU) + 85 alt istasyon için plan yapacaksa, bu dört katmana göre cihaz envanteri ve trafiği çıkarır. Böylece kapsama, kapasite, gecikme ve güvenlik stratejileri ayrışır ve sadeleşir.

2. İletişim Teknolojisi Seçimi: “Tek Boyut Herkese Uymaz”

Her saha farklıdır. Seçim yapılırken kapsama, kapasite, gecikme, enerji tüketimi, lisanslı/lisanssız spektrum, CAPEX/OPEX, saha erişimi gibi parametreler birlikte değerlendirilir.

Fiber Optik Backhaul: En yüksek kapasite ve güvenilirlik; alt istasyon omurgası için ideal. Ring topolojilerle yedeklilik sağlanır.
Mikrodalga/Ka-Band Backhaul: Fiberin ulaşmadığı yerlerde yüksek kapasiteli köprü; LOS gereksinimi, hava koşulları ve lisans süreçleri dikkate alınır.
RF Mesh (Sub-GHz): AMI ve saha otomasyonu için kendini onaran (self-healing) topoloji; yoğun kent dokusunda güçlü.
PLC (Power Line Communication): Altyapı mevcut kablolar; gürültü ve topoloji bağımlılığına rağmen AMI’de etkili olabilir (NB-PLC, BPL varyantları).
Hücresel (4G/5G, NB-IoT, LTE-M): Geniş kapsama, düşük CAPEX; abonelik bazlı OPEX. 5G URLLC, dağıtım otomasyonu gibi düşük gecikme gerektiren uygulamalarda avantaj sağlar.
LoRaWAN: Düşük veri hızında uzun menzil ve çok düşük güç tüketimi; sensör ağları için uygundur.

Karar matrisi ipucu: Uygulama bazında puanlama (0–5) ile her teknolojiye kapsama, gecikme, kapasite, enerji, güvenlik, maliyet, sürdürülebilirlik kriterleri üzerinden skor verin; toplam puanlara göre karma (hybrid) mimari seçin.

3. Protokoller ve Uyumlu Ekosistem: Dil Birliği Kurmak

Akıllı şebekede cihazlar farklı “diller” konuşur. Protokol planı en az fiziksel taşıyıcı kadar önemlidir.

IEC 61850: Alt istasyon otomasyonu; GOOSE (olay tabanlı, çok düşük gecikme), Sampled Values (SV) ve MMS (istasyon seviyesi).
DNP3 / IEC 60870-5-104: SCADA telekontrol; asenkron olay/ölçüm taşıma.
DLMS/COSEM: Akıllı sayaç okuma ve yönetiminde yaygın.
Modbus (RTU/TCP): Basit, olgun; RTU tarafında hâlen sık görülür.
MQTT/AMQP/REST: IoT ve üst seviye IT entegrasyonları; veri gölü ve analitik boru hatlarına uygun.

Uygulamalı öneri: Proje başında “protokol haritası” çıkarın: Hangi cihaz hangi veriyi hangi periyotta hangi protokolle nereye gönderecek? Bu harita, test planının ve siber güvenlik kurallarının da temelini atar.

4. Zaman Senkronizasyonu: Milisaniyelerin Değeri

Koruma ve otomasyon senaryolarında zaman damgası kritik. NTP genel izleme için yeterliyken, PTP (IEEE 1588) ve GPS/ GNSS tabanlı master’lar, alt istasyonlarda mikrosaniye mertebesinde senkron sağlar.

Boundary/Transparent Switch: PTP paketlerinin gecikmesini ölçer/kompanse eder.
Uygulama: GOOSE olay eşlemesi, PMU/phasor ölçümleri, transient analiz.

Vaka: Rüzgâr santrali + dağıtım hattı olay korelasyonu, 1 ms yerine 20 µs senkron doğrulukla arıza segmentinin iki kat hızlı saptanması.

5. QoS ve Trafik Mühendisliği: Doğru Pakete Doğru Öncelik

Ağda her paket eşit öncelikte olamaz. Koruma ve kontrol trafiği (GOOSE/RTU kontrol) üst sırada, AMI toplu okuma ve raporlama daha alt sırada yer alır.

DSCP/802.1p Sınıflandırma: Sınıflara göre kuyruğa alma.
Traffic Shaping/Policing: Tepe anlarında düşük öncelikli akışı kısmak.
MPLS-TE / Segment Routing: Backhaul’da deterministik yollar.
Deterministic Networking (DetNet)/TSN: Sert gerçek zaman gereksinimli kesitlerde.

Uygulama kontrol listesi:

Akışları tanımla (koruma, kontrol, ölçüm, yönetim, toplu veri).
Her akış için gecikme, jitter, kayıp hedefleri belirle.
QoS haritasını switch/router’lara uygula, doğrula.

6. Yedeklilik ve Dayanıklılık: “Tek Hata Noktasını” Yok Etmek

N+1 / 1+1 cihaz yedekliliği, fiber ring (ERPS/REP/ MSTP), VRRP/HSRP yönlendirici yedekliliği, çift SIM hücresel veya mesh self-healing topolojileri; akıllı şebekede SLA hedeflerini sağlar.

Failover Testleri: Planlı kesinti simülasyonlarıyla RPO/RTO ve geçiş sürelerini ölçün.
Güç Yedekliliği: İletişim kabinlerinde UPS/DC besleme, saha iklimlendirmesi.

Vaka: Bir ilçede fiber kazısı sonucu ring kırıldı; ERPS <50 ms’de yeniden yönlendirme yaparak SCADA bağlantılarını kesintisiz tuttu.

7. Kapsama ve Link Bütçesi: Kâğıt Üstünden Sahaya

RF tabanlı erişimlerde kapsama ve link bütçesi tasarımı belirleyicidir.

Serbest Uzay Zayıflaması (FSPL): $FSPL(dB)=32.44+20\log f_{MHz}+20\log d_{km}$
Fade Marjı: Çok yollu, yağış, gölgeleme için güvenlik payı.
Anten Kazancı, EIRP, Kabin Kaybı: Gerçek saha değerleriyle hesap.
Site Survey: LOS/NLOS kontrolü, yükseklik ve kule izni, parazit taraması.

Örnek hesap: 868 MHz LoRaWAN için 10 km kırsal bağlantıda FSPL ≈ 106 dB; verici EIRP, alıcı duyarlılığı (-137 dBm sınıfında), anten kazançları ve fade marjı ile link kapanır mı? Hesabı tabloya dökün, simülasyonla doğrulayın.

8. Kapasite Planlaması: “Bir Gün Hepsi Aynı Anda Konuşursa?”

Özellikle AMI ve olay fırtınası (fault, fırtına, yeniden enerjilendirme) durumlarında ani trafik yükselir.

Zamanlamalı Okuma/Polling Yayılımı: Sayaç okuma zamanlarını kademelendirerek tepeyi düşürün.
Buffer ve Kuyruk Boyutları: Edge ağ geçitlerinde “burst” emniyet payı.
Çoklu Taşıyıcı: Backhaul ve erişimde yük dağıtımı.
Kapasite Modellemesi: Erlang, Poisson, on/off trafik; en kötü senaryoya %20–30 marj.

9. Güvenlik ve Siber Dayanıklılık: OT için “Sıfır Güven”

Enerji altyapıları kritik sınıftadır.

Ayrıştırma: IT–OT ağ ayrımı, DMZ, tek yönlü veri diyotları (gerektiğinde).
Erişim Denetimi: 802.1X, RADIUS/TACACS+, rol tabanlı yetkilendirme, çok faktörlü kimlik doğrulama.
Şifreleme/Tünelleme: IPsec, DTLS, TLS; protokol desteğine göre.
IEC 62351 İlkeleri: Güvenli telekontrol ve alt istasyon haberleşmesi.
Güncelleme ve SBOM: Cihaz yazılımları, imzalı firmware, tedarik zinciri görünürlüğü.
Saldırı Tespiti: OT-IDS, anomali analizi, syslog/SIEM entegrasyonu.

Uygulama: Saha kabinlerinde kilitli rack, güvenli boot, uzaktan erişimde jump-host + PAM; konfigürasyonların imzalı yedeklenmesi.

10. Adresleme, VLAN ve Segmentasyon: Patlamayı Bölmeye Hazırlık

IP Planı: Ömür boyu genişleyebilir (CIDR), bölge/hat/alt istasyon bazlı bloklar.
VLAN/VRF: İşlev bazlı ayrım (koruma, kontrol, ölçüm, yönetim).
Broadcast Kontrolü: IGMP/MLD snooping, storm control.
Name Convention: Cihaz/port/saha bazlı açık, değişmez adlandırma.

11. Yönetim ve Görünürlük: Gözlemeden Yönetilmez

NMS/EMS: SNMP, Netconf/YANG ile envanter, alarm ve performans izleme.
Akış Telemetrisi: sFlow/IPFIX/NetFlow; trafiği uygulama bazında görünür kılın.
Zaman Serisi İzleme: Grafana/Prometheus eşdeğeri OT çözümleriyle gecikme, jitter, kayıp, RF SNR/RSRP, BER değerlerini takip edin.
Haritalandırma: GIS entegrasyonu ile enerji varlıkları + iletişim lokasyonlarının tek haritada görünmesi.

12. Test, Devreye Alma ve Ön-Uygunluk: Laboratuvardan Sahayı Görmek

FAT/SAT: Fabrika kabul testi (senaryo simülasyonları) ve saha kabul testleri.
Soak Test: Trafiği günlerce akıtarak bellek sızıntısı, kuyruk aşımı ve failover geçişlerini gözleyin.
Emülasyon: GOOSE/RTU/AMI yüklerini emüle ederek QoS ve güvenlik kurallarını doğrulayın.
Dokümantasyon: Topoloji, adresleme, QoS matrisi, güvenlik politikaları, “as-built” çizimler.

13. AMI (Gelişmiş Ölçüm Altyapısı) için Özel Notlar

Toplama Noktaları (DCU/GW): Sayaç yoğunluğuna göre RF/PLC hücre boyutları.
Periyodik ve Olay Esaslı İletim: Hırsızlık tespiti, gerilim düşümü, kapak açma sensörü gibi olayların önceliklendirilmesi.
MDMS Entegrasyonu: Verilerin doğrulanması, tahakkuk sistemlerine aktarım pencere ve SLA’ları.
Firmware-OTA: Sayaç/CIU güncellemeleri için güvenli ve bant genişliğini planlayan mekanizma.

14. Dağıtım Otomasyonu (DA) ve FLISR: Milisaniyelerle Yarış

Fault Location, Isolation and Service Restoration (FLISR) akışında saha ayırıcıları, recloser’lar ve RTU’lar arasında düşük gecikmeli sinyalleşme gerekir.

Yerel Karar / Merkezi Koordinasyon: Kenarda (edge) hızlı karar + merkezde doğrulama.
Radyo Link Önceliği: Hata anında kontrol paketlerine mutlak öncelik.
Topoloji Farkındalığı: DMS/ADMS ile çift yönlü veri senkronizasyonu.

15. DER, Depolama ve EV Entegrasyonu: Esnekliğin Haberleşmesi

DERMS/AGC Etkileşimi: İnvertörlerin set-point güncellemeleri, reaktif güç kontrolü.
Frekans/Voltaj Destek Olayları: Edge-analytics ile anında tepki.
EVSE Ağları: OCPP-backhaul, şebeke kısıtlarına göre şarj profilinin orkestrasyonu.
Mikroşebeke Modu: Ada modunda dahili haberleşme ve yeniden senkronizasyon.

16. Edge Bilişim ve Olay Fırtınası Yönetimi

Merkezdeki sistemleri boğmadan sahada akıllı filtreleme yapın.

CEP (Complex Event Processing): “Önce lokal karar, sonra özet gönder.”
Ön İşleme: Gürültülü telemetrileri normalize etmek, outlier temizlemek.
Kuyruklama: Kopuklukta veriyi güvenli sakla, bağlantı gelir gelmez geri bas.

17. Veri Mimarisi: Akıştan Analitiğe

Olay Akışı: MQTT/Kafka benzeri kuyruklarla gerçek zaman.
Depo: Zaman serisi (TSDB) + veri gölü; ham ve işlenmiş veri ayrımı.
Analitik: Tahminî bakım (transformer yağ sıcaklığı, PD sinyalleri), yük tahmini, kayıp-kaçak analizi.
Gizlilik ve Uyum: Sayaç verileri için kişisel veri koruması ilkeleri; rol tabanlı erişim.

18. Saha İçi Çevresel ve Fiziksel Koşullar

Endüstriyel Sıcaklık, Nem, Toz, Titreşim dayanımı; IP koruma sınıfları.
Saha İklimlendirme: Kondensasyon ve aşırı ısınma için.
EMC/Parazit: Kablo ekranlama, doğru topraklama, yıldırım koruma.

19. Tedarik ve Sözleşmeler: Teknik Şartnamenin Kalbi

Teknik Şartname: Zorunlu protokoller, QoS, gecikme, MTBF/MTTR, güvenlik gereklilikleri.
SLA/KPI: Uptime, paket kaybı, gecikme pencereleri, arıza müdahale süreleri.
Uyumluluk Testleri: Çok üreticili sahada birlikte çalışabilirlik (plug-fest yaklaşımı).
Yaşam Döngüsü Maliyeti: Sadece CAPEX değil, lisans, bakım, enerji, kule kira ve spektrum ücretlerini de projeye yazın.

20. Ekonomik ve Enerji Verimliliği Boyutu

OPEX Azaltımı: Hücresel abonelik optimizasyonu, edge-filtrelemeyle data hacmini düşürme, yazılım tanımlı ağ (SD-OT) ile merkezi yönetim.
Enerji Tüketimi: RF tepe gücünü düşürme, duty-cycle planlama, düşük güç IoT teknolojileri.
Yeşil Sahalar: Güneş + batarya ile bağımsız çalışan tekrarlayıcı/kapı cihazları.

21. Standartlar ve Uyum: Çerçeveye Sığdırmak

IEC 61850, 60870-5-104, 62351
IEEE 1588 PTP, IEEE 802.1 TSN
DLMS/COSEM, DNP3
IPv6, 6LoWPAN (IoT derin kapsama ağları için)
Siber Güvenlik Çerçeveleri: Sertifikasyon/denetim süreçleri, parola/sertifika politikaları, yama takvimi.

22. Vaka İncelemesi A: Orta Ölçekli Şehirde AMI + DA Hibrit Mimarisi

Kapsam: 250.000 akıllı sayaç, 40 alt istasyon, 300 recloser/RTU.
Çözüm: Şehir merkezinde RF mesh + fiber backhaul, dış halkada NB-IoT; alt istasyonlar fiber ring. QoS ile koruma ve kontrol trafiği üst sınıf; sayaç okuma kademelendirilmiş.
Sonuç: Sayaç okuma başarı oranı %99,3; ortalama okuma gecikmesi 90 saniye; FLISR senaryolarında kesinti sürelerinde %28 azalma.

23. Vaka İncelemesi B: Kırsal Bölgede PLC + LoRaWAN Sinerjisi

Sorun: Geniş coğrafyada düşük yoğunluk, fiber ulaşımı sınırlı.
Çözüm: Trafo merkezinden eve NB-PLC, kırsal sensör noktaları için LoRaWAN; toplama noktaları mikrodalga köprülerle backhaul’a.
Sonuç: İlk yatırım düşük, kapsama yüksek; gürültülü hatlarda PLC için adaptif tekrar/iletim ve hata düzeltme ile güvenilirlik %97’nin üstüne çıktı.

24. Vaka İncelemesi C: GOOSE Gecikmelerinde TSN ile İyileştirme

Sorun: Alt istasyonda yoğun trafik anlarında GOOSE gecikmeleri artıyor.
Çözüm: 802.1Qbv zamanlanmış kuyruklar ile TSN uygulanıp kritik çerçevelere deterministik yol verildi; PTP senkronu iyileştirildi.
Sonuç: Gecikme jitter’ı %60 azaldı; koruma fonksiyonları sınır değerlerin altına indi.

25. Ödev/Proje İçin Adım Adım Plan (Checklist)

Kapsamı yazın: Hangi cihazlar, kaç adet, hangi veri?
Gereksinimleri sayısallaştırın: Gecikme, kayıp, jitter, başarı oranı, senkron doğruluğu.
Teknoloji matrisi oluşturun: Fiber/RF/PLC/hücresel/LoRaWAN puanlayın.
Protokol haritası çizin: Cihaz–protokol–merkez eşlemesi.
Adresleme ve segmentasyon planı: IP/VLAN/VRF.
QoS matrisi: Akış sınıfları ve öncelikler.
Yedeklilik topolojisi: Ring, çift taşıyıcı, mesh.
Kapsama ve link bütçesi hesapları: Fade marjıyla.
Kapasite modeli: Tepe senaryolar + %20–30 güvenlik payı.
Güvenlik planı: 802.1X, IPsec/TLS, patch, logging.
Zaman senkronu: NTP/PTP, boundary/transparent switch.
NMS/telemetri: İzleme metrikleri ve dashboard.
Test planı: FAT/SAT, emülasyon, soak, failover tatbikatları.
Dokümantasyon: “As-designed” ve “as-built”, değişiklik yönetimi.
SLA ve raporlama: KPI, cezalar/teşvikler, aylık rapor şablonları.

Sonuç: “Görünmeyeni” Tasarlamak—Akıllı Şebekenin Başarısı, Haberleşmenin Üzerindedir

Akıllı şebekeler, ancak doğru tasarlanmış ve işletilen bir haberleşme altyapısıyla gerçek değerini gösterir. Bu yazıda; katmanlı mimariden teknoloji seçimlerine, protokoller ve zaman senkronundan QoS ve kapasite mühendisliğine, yedeklilikten güvenliğe, kapsama ve link bütçesinden saha testlerine kadar planlamanın temel taşlarını ayrıntılı ve uygulamalı biçimde sunduk. Vaka incelemeleri, “kâğıt üzerindeki” kararların sahadaki etkisini; kontrol listeleri ise ödev ve projelerde ölçülebilir bir ilerleme yolu sunar. Ana ilke şudur: Önce gereksinimi sayısallaştır, sonra hibrit bir iletişim mimarisi ile bu gereksinimi deterministik şekilde karşıla; QoS, güvenlik ve görünürlükle işletmeyi sürdürülebilir kıl. Bu yaklaşım, kesinti sürelerini düşürür, operasyon maliyetlerini kontrol altında tutar ve yenilenebilir/elektrikli araç gibi geleceğin yüklerini şebekeye güvenle entegre eder.

Öğrencilerin akademik başarılarını desteklemek ve yoğun tempoda geçen okul yaşamlarında yardımcı olmak amacıyla kurulan “Ödev Yaptırma” platformu, özgün ve kaliteli ödev çözümleri sunmaktadır. Öğrencilerin farklı branşlardan ödevlerini, projelerini ve makalelerini profesyonel ve deneyimli ekip üyelerimiz aracılığıyla titizlikle hazırlıyoruz. Her bir ödevi, konunun gerektirdiği derinlemesine araştırmalar ve analizler doğrultusunda çözümleyerek, öğrencilerimizin özgün düşünce yapısını ön plana çıkarmasını sağlıyoruz.

“Ödev Yaptırma” olarak, müşteri memnuniyetini ve güvenilirliği en üst düzeyde tutmaktayız. Öğrencilerin bize teslim ettikleri ödevlerin tümü, gizlilik ve güvenlik ilkelerine sıkı sıkıya bağlı kalınarak işlenir. Her ödev, öğrencinin taleplerine ve öğretmenin yönergelerine uygun olarak özelleştirilir ve her zaman orijinal içerik üretmeye özen gösteririz. Öğrencilerin akademik itibarını korumak ve güvenilir bir öğrenme deneyimi sunmak için elinizdeyiz.

“Ödev Yaptırma” platformu, kullanıcı dostu arayüzü sayesinde öğrencilere kolayca ulaşılabilir bir hizmet sunmaktadır. Kullanıcılar, web sitemiz üzerinden basit adımlarla ödevlerini yaptırma taleplerini iletebilir ve ihtiyaç duydukları konuda uzmanlaşmış ekip üyelerimizle iletişime geçebilirler. Hızlı yanıt verme ve esneklik, öğrencilerin zaman baskısı altında olan durumlarında da yanlarında olduğumuzu hissettirir. “Ödev Yaptırma” olarak, öğrencilerin başarısını desteklemek ve onlara daha fazla öğrenme fırsatı sunmak için buradayız

İçerik Üreticisi

Biyografinin Tamamını Gör