Beşinci Nesil Bilişim Sistemlerinin Temin Ettiği Yeni Uygulamalar
Beşinci Nesil Bilişim Sistemlerinin Temin Ettiği Yeni Uygulamalar
Dr. Öğr. Gör. Tayfun Acarer
Özet
Günümüzde mobil iletişim alt yapısına ilişkin bant genişliğinin, artan veri hızı ihtiyacının karşılanabilmesi için sürekli artırılma ihtiyacı bulunmaktadır. Mobil iletişimde süreç içinde kullanılan ikinci, üçüncü ve dördüncü nesil mobil iletişim sistemleri ile istenilen hızlara çıkılamamış ve gecikme süresi de istenilen değerlerin altına indirilememiştir. 5G’nin sisteminin önümüzdeki yakın süreçte tümüyle kullanılmaya başlanılmasından sonra veri hızında dördüncü nesil sistemlere oranla en az 10 kat artış, erişimin gecikme sürecinde ise en az 10 kat azalma olacağı öngörülmektedir.
Bu şekilde halen yeterli hıza ulaşılamadığı için uygulama alanı bulamayan bir çok uygulamanın kullanılması mümkün hale hedeflenmektedir.
Anahtar Kelimeler: 5G, Bant Genişliği, Data Hızı
MOBİL ERİŞİMDE KULLANILAN NESİLLER VE 5 G
1980’li yılların başında ortaya çıkan birinci nesil (1G) sistemler Mobil cihazlarla iletişim anlamında ilk telsiz haberleşme sistemi olup, bu sistem önce Amerika’da daha sonra İskandinav ülkelerinde kullanılmaya başlandı. Analog bir yapı içeren birinci nesil sistem ile Telsiz iletişim açısından büyük bir teknolojik yenilik insanlığa sunuldu. Ancak bu sistemde kurulan ulusal şebekelerin uyumundan bahsetmek neredeyse imkânsızdı. Ayrıca uluslararası standartlar henüz oluşturulamamıştı ve roaming (uluslararası dolaşım) sağlanamıyordu. Çok ciddi ölçüde enerji çeken bu sistemleri mobil olarak çalıştırmak, bunları ancak araçların enerji kaynaklarından besleyerek mümkün olabildi. Bu nedenle Araç telefonu olarak da tanımlanan bu sistem artık kullanılmamaktadır.
Bir 10 yıl sonra ise (1990’lı yıllar), ikinci nesil (2G) ile uluslararası uyumu sağlayan standartlar ve roaming alt yapısı tesis edilebildi. Artık küresel bir mobil şebekeden bahsetmek mümkündü ve bu şebeke digital (sayısal) veri iletimi olanakları nedeniyle telsiz mobil veri iletiminde bir çığır açmaktaydı. Başlangıcında sadece ses olan bu sistem ile Dar band (Narrow band idi) olarak ilk kez SMS şeklinde ilk data haberleşmesi yapıldı. (Acarer T. 2017. s. 60).
2000 yılında İstanbul’da yapılan WRC 2000 (World Radio Conference) ile üçüncü nesil (3G) mobil iletişim sistemlerinin standartları belirlendi ve kullanıcılar ilk kez mobil telsiz iletişimde (broadband) genişband ile tanıştı. Bu şekilde kablolu iletişimde genişband içeren birçok applications (uygulamalar) ve görüntülü görüşmeler başarıyla mobil ortamda da kullanılır hale geldi.
Henüz aradan on yıl geçmeden, gelinen yeni aşamada bireysel ve kurumsal kullanıcılar ile eko sistemin üreticileri, bu yeni mobil telsiz dünyasına o kadar hızlı ve kapsamlı bir şekilde taşınmışlardı ki, 2010 yılına gelindiğinde 3G’nin olanakları artık ihtiyaçları karşılamakta yetersiz kalmaya başlamıştı. Bu amaçla güçlü bir uluslararası işbirliği içerisinde, farklı piyasalardaki gelişmelerin de etkisiyle, dördüncü nesili (4G) belirleyen teknoloji fiili olarak LTE ve onu izleyen LTE-A standardı (4,5 G) üzerine inşa edildi. 4G de bant genişliği çok genişlediği için çok büyük hızlara ulaşıldı.
4G’nin LTE standardı ile, 3G’de 168 Mbps kadar yükselen iletim hızı ilk aşamada 300 Mbps’e, LTE-A ile ise 1 Gbps çıkarıldı. 4G, tamamıyla IP (internet protocol) tabanlı bir iletişim altyapısı sağlayarak, mobil iletişimde yeni bir sayfa daha açıldı. (Acarer T. 2017. s. 72).
BEŞİNCİ NESİL MOBİL İLETİŞİM
Öncelikle mobil iletişimde yaklaşık 10 yıl da bir niçin yeni nesillerin ortaya çıktığını ve bu nesillerin bir öncekine göre ne avantaj içerdiğini ortaya koymakta fayda var. Her yeni nesil aslında üç temel dinamikten ortaya çıkmaktadır.
- birincisi kablosuz iletişim teknolojilerindeki büyük gelişme,
- ikincisi şebekelerin giderek daha akıllı hale gelmesi ve
- üçüncüsü pazarın ve tüketicilerin artan bant genişliği istekleri.
Aşağıdaki tablo’da 4G ve 5G sistemlerinin gecikme süresi (delay time), data kapasitesi ve bağlantı yoğunluğu olarak mukayeseli tablosu verilmiştir (Bass M. Berg M. and Dhingra V. 2017).
Günümüzde özellikle internetin güncel yaşantımızda temin ettiği pek çok uygulama giderek daha fazla hız gerektirdiği ve iletişimdeki gecikmenin ise en aza indirilme zorunluluğu nedeniyle bant genişliğini sürekli artırma ihtiyacı bulunmaktadır. 2G, 3G ve 4G’de kullanılan frekans bantları ile ihtiyaç duyulan genişlikte bant genişliğine ulaşmak mümkün olamayacağı için, 5G’de 3 farklı frekans bandı belirlenmiştir.
- ilk aşamada mevcut frekans bantları (2G, 3G, 4G’deki bantlar),
- ikinci aşamada 6 GHz bandı (5,6 GHz) ve
- üçüncü aşamada 24 GHz üstü frekans bantları (24-27 GHz, 31-33 GHz, 37-40 GHz, 45-47 GHz, 50-52 GHz, 66-76 GHz ve 81-86 GHz’dir) kullanılacaktır.
Bu gelişmeler doğrultusunda 5. nesil haberleşme teknolojisi 2021 yılından itibaren kademeli ve artan bir yoğunlukla günlük hayatımızda yer almaya başlamıştır. Bu şekilde 2. nesil ile hayatımıza giren mobil cep telefonlarının kullanımları 5G ile daha da ileriye götürülerek mobil haberleşme hayatımızın her noktasına ve “insandan insana”, “insandan makinaya” ve “makinadan insana” kalıplarının ötesine taşınacaktır.
5G kullanımının ikinci aşamasında, özellikle 6 GHz üstü frekansların kullanımı ile birlikte gigabit/sec ve üstü hızlara erişilerek ultra yüksek çözünürlükteki içeriklere ulaşabilmemiz ve sanal gerçeklik uygulamalarını kullanabilmemiz mümkün hale gelecektir.
5G kullanımının üçüncü aşamasında ise; 24 GHz üstü çok yüksek frekans ile 10 gigabit/sec’lik hızlara erişilerek mobil bulut servislerinin önünü açılacaktır. Bu şekilde Ağdaki gecikmelerin 1 milisaniyenin altında tutulması, yakın süreçte gerçek zamanlı mobil kontrol ve araçtan-araca haberleşme uygulamalarının gerçekleşmesine olanak sağlayacaktır.
Aşağıda verilen grafikte yıllar itibarı ile data trafiğindeki artış gösterilmiştir. Bu grafikten de görüldüğü üzere toplam data kullanımındaki artış LTE Advance (4,5G) sistemlerinin kullanımı ile başlamış, daha sonra artan bir oranda devam etmiştir. Ancak data kullanımındaki asıl büyük artışın bant genişliğinin ve daolayısı ile hızın çok artacağı 5G’nin kullanımı ile birlikte olacağı düşünülmektedir (India Telecom Operators Country Intelligence Report. 2019).
5G kullanımının ikinci aşamasında, özellikle 6 GHz üstü frekansların kullanımı ile birlikte gigabit/sec ve üstü hızlara erişilerek ultra yüksek çözünürlükteki içeriklere ulaşabilmemiz ve sanal gerçeklik uygulamalarını kullanabilmemiz mümkün hale gelecektir.
5G kullanımının üçüncü aşamasında ise; 24 GHz üstü çok yüksek frekans ile 10 gigabit/sec’lik hızlara erişilerek mobil bulut servislerinin önünü açılacaktır. Bu şekilde Ağdaki gecikmelerin 1 milisaniyenin altında tutulması, yakın süreçte gerçek zamanlı mobil kontrol ve araçtan-araca haberleşme uygulamalarının gerçekleşmesine olanak sağlayacaktır.
Aşağıda verilen grafikte yıllar itibarı ile data trafiğindeki artış gösterilmiştir. Bu grafikten de görüldüğü üzere toplam data kullanımındaki artış LTE Advance (4,5G) sistemlerinin kullanımı ile başlamış, daha sonra artan bir oranda devam etmiştir. Ancak data kullanımındaki asıl büyük artışın bant genişliğinin ve daolayısı ile hızın çok artacağı 5G’nin kullanımı ile birlikte olacağı düşünülmektedir (India Telecom Operators Country Intelligence Report. 2019).
5G ile sağlanan yüksek erişim kapasitesi, yüz milyarlarca aygıta sürekli olarak ulaşabilmeyi mümkün kılarken; enerji verimliliğinde ulaşılacak 1000 kata varan iyileştirmeler, cihazların pil sorunlarını neredeyse ortadan kaldıracaktır. Şu anda başlangıç noktaları atılan akıllı şehirler, mobil sağlık, akıllı ulaşım, akıllı elektrik gibi sistemlerin yakın süreçte her noktada bir haberleşme katmanı olacak ve bunların hepsinin harmonizasyonunu sağlayacak akıllı şebeke yapısıyla desteklenecektir. Bu noktada, özellikle gelişmiş toplumlarda, 5G’nin dokunacağı alanları genişletmek üzere büyük bir vizyon gelişmektedir. Bu vizyon; mobil iletişimin sadece eğlence, sağlık, eğitim, haberleşme gibi alanlarda değil, toplumsal hayatın tüm katmanlarında etkili olacak şekilde her gün yeniden tasarlanmaktadır.
21. yüzyıl makinelerin değil, onları yöneten yapay zekânın, ama bundan da ötede yapay zekânın kullandığı verinin yüzyılı olacaktır. Bu öngörünün arkasında temel değerlendirme, 2021’den sonra dünyada bir veri (data) tsunamisi yaşanacağı beklentisidir. Bu öngörüdeki en önemli etken bant genişliğinin katlayarak artış ihtiyacıdır. Çünkü 2016 yılında örneğin Londra’da,500 m kapsama alanı içerisinde hücre başına 317 MHz’e ihtiyaç duyulurken, 2020 yılında aynı çerçeve parametreleri dâhilinde 5000 MHz’e ihtiyaç duyulmasıdır. Diğer bir deyişle, aynı kapasite artışında olduğu gibi, yine 4 yılda 16 çarpanlık bir artışa ihtiyaç vardır (IDC Global DataSphere. 2018).
Zettabyte = (1 billion) x (1 Terabyte) = 8*1021 bits = 1 milyar tane 1 TB hard disk
Aşağıdaki grafikte de farklı yıllarda, farklı Mobil iletişim nesillerini kullanan Abone sayıları gösterilmektedir. Bu grafikten de anlaşılacağı üzere yıllar itibarı ile her yeni nesil ortaya çıktığında bir önceki neslin abone sayısı azalacağı ve 5G’nin ticari olarak başlangıç tarihi olan 2021’den itibaren bu neslin abone sayısının katlayarak artacağıdır (Ericsson Mobility Report. 2019).
Tüm bu sınırlamaların data tsunami’sini karşılayabilmesi için, 5G’nin 4G’ye göre akıl almaz büyüklükte çarpanlarla ölçeklenmesi gerekecektir. Bu devasa ölçekleme ihtiyacının en çarpıcı örnekleri,
- 5G’de bir önceki nesle göre 20 kat fazla radyo teknolojisine,
- 25 kat fazla frekansa ve
- 2000 kat fazla baz istasyonunun gerekli olmasıdır.
Bu büyüklükte bir ölçeklemenin mevcut teknolojiler kapsamında ortaya çıkaracağı maliyetler ve karşılaşacağı teknolojik kısıtlar doğal olarak 5G’nin çok önemli düzenlemeler çerçevesinde geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. 5G’nin diğer nesillere göre çok büyük değişimler getiren konularından ilki, kablosuz iletişim teknolojisidir. Bu amaçla Kablosuz teknoloji alanında yakın gelecekte gerçekleşmesi beklenen ve üzerinde çalışılan farklı teknoloji alternatifleri mevcuttur. Bunların başlıcaları: OFDMA’den (4G) daha iyi kablosuz teknoloji, Tek kanalda full-duplex, Milimeter Wave’de haberleşme ve Işık ile haberleşme gibi konulardır.
Yine 5G’nin farklılıklarından diğeri de şebeke altyapısının organizasyonudur. Bunları da başlıca; Yazılım destekli ve sanallaştırılmış ağlar (ortak şebeke + kamu), Operatörlerin anlık frekans paylaşması, Small Cell ve heterojen ağlar (WiFi, Mobil, Broadband, Sensör, vb.) gibi başlıklar altında toplamak mümkündür.
4G’de ulaşılan hız sınırlarını aşabilmek için, milimetrik dalga denilen (30GHz-300 GHz) aralığının üst değerlerine odaklanılması gerekmektedir. Bu nedenle, 5G’nin, 60 GHz’in üzerinde yüksek hızlı kablosuz iletişim teknolojilerini de deneyeceği açıktır. Ancak, milimetrik dalga aralığının hangi üst değerlerine çıkılabileceği henüz kesin değildir. Kısa dalga boyu yüksek frekansta aşılacak sınırların, yani milimetrik dalga aralığındaki sınırların zorlanması neticesinde 5G’nin, görünür ışıkla kablosuz iletişim (VLC) gibi köklü teknolojik değişikliklerle zenginleştirilmesi beklenmektedir.
Beşinci nesil mobil iletişim sistemleri gelişmekte olan ülkeler için de çok önemli ve yeni fırsatlar sunmaktadır. 5G’nin temin edeceği büyük bant genişliği ve buna bağlı olarak hızdaki büüyk artış, ülkelerin gelişimine çok büyük katkı yapabilecektir. Çünkü yapılan bilimsel tespitlere göre ülkelerin her Genişbant kullanımındaki her % 10’luk artış, ülkelerin Gayri Safi Yurt içi Hasıla oranının %1 artışına zemin hazırlamaktadır.
Bu nedenle mimari yapısı, kullanılacak frekans bantları, modülasyon şekli, vb özellikleri ile diğer mobil iletişim nesillerine göre büyük farklılıklar içeren 5G’nin çok iyi değerlendirilmesi ve siyaset üstü bir yaklaşımla milli politikanın belirlenmesinde büyük fayda olduğu mütalaa edilmektedir. Unutulmaması gereken bir realite; Toplumsal hayatı yöneten her türlü şebekenin artık stratejik olmasıdır. Günümüzde tıpkı enerji güvenliği, gıda güvenliği gibi veri güvenliği ve şebeke güvenliği de ülkeler için artık hayati öneme sahiptir.
Yapılan bilimsel çalışmalara göre ülkelerin her Genişbant kullanımındaki her % 10’luk artış, ülkelerin Gayri Safi Yurt içi Hasıla oranının %1 artışına zemin hazırlamaktadır.
5G BANT GENİŞLİĞİ VE GECİKME SÜREÇLERİNİN VERİLEN HİZMETLER İLE İLİŞKİSİ
Mobil iletişim sistemlerinin ortak özelliği, her yeni nesil kullanılmaya başladığında bir önceki neslin abone sayısının azalma sürecine girmesidir. Bu sistemlerin diğer bir ortak özelliği de bireysel ve kurumsal müşterilerin daha fazla veri iletim hızına ihtiyaç duyması, bunun için de bant genişliğinin giderek artırılma ihtiyacıdır. Bunun nedeni ise teknik olarak veri iletiminde daha yüksek hıza ancak daha fazla bant genişliği ile ulaşabilme zorunluluğudur. Bu nedenle her yeni mobil iletişim sisteminde daha fazla bant genişliğinin olması, bir bakıma teknolojik zorunluluk olmuştur. Çünkü Çağımız veri ve verileri işleme çağıdır (Kuzuoğlu S. 2018. s. 1).
Günümüzde sensörlerden ve nesnelerin internetinden gelen ve web sitelerinde, sosyal medyada, mobil platformlarda üretilen veri ile, organizasyonlar bünyesinde yer alan datanın bir araya getirilmesiyle elde edilen veri yığınları, “büyük veri” kavramını ortaya çıkarmıştır (Goes P.B. 2014, s. iv). Büyük veri analitiği, karar verme aşamasında yol gösterici olacak bilgiyi elde etmek adına büyük veri kümelerinin analiz edilmesinde kullanılan bir tekniktir (Gandomi A. & Haider,M. 2015. s. 140).
Yukarıdaki tablodan da görüldüğü üzere hız arttıkça ve gecikme süresi azaldıkça çok farklı ve yeni uygulamaların ortaya çıkmaktadır (Bass M. Berg M. and Dhingra V. 2017). Örneğin video yayınları, veri hızı ancak 10 Mbps’in üzerine çıkıldıktan sonra mümkün hale gelmektedir. Yine çoklu görüntülü arama sistemlerinin kullanımı da veri iletiminde 100 Mbps hızlara ulaşımdan ve gecikmenin 10 ms nin altına düşürülmesinden sonra mümkün olmaktadır. Söz konusu hız değerlerine ulaşım ise ancak dördüncü nesil mobil iletişim sistemlerinin gelişimi ve kullanımından sonra temin edilebilmiştir.
Buna karşılık Otonom araçlar, artırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik ve dokunsal internet gibi uygulamların ancak beşinci nesil mobil iletişim sistemlerinin etkin olarak kullanılmasından sonra uygulamaya konulacağı hesaplanmaktadır. Bu sistemlere ilişkin hız ve gecikme değerlerine bakıldığında, örneğin otonom araç sistemleri ve sürüşlerde 10 Mbps hız yeterli olurken, bu uygulamanın etkin olarak kullanılabilmesi için gecikme süresinin 1 ms’e düzeylerine düşürülmesi gerekmektedir. Yine sanal gerçekliğin etkin kullanımının ancak veri hızının 1 Mbps’ yükseltilmesi ve gecikmenin ise 1 ms’e düzeylerine indirilmesi halinde mümkün olacağı öngörülmektedir.
Önümüzdeki yakın süreçte halen planlama aşamasında olan veya henüz hiç sözü edilmeyen bir çok sistem kullanılabilecektir. Bunların uygulamaya konulmasındaki asıl etken ise, bu uygulamaların ihtiyaç duyacağı veri hızındaki artış ve gecikme süresindeki düşük değerleri olacaktır.
Kaynaklar:
- Acarer T. Bilgi ve İletişim Sistemlerinde Eğilim Kitabı, İstanbul, Boyut Yayıncılık ve Tic. A.Ş, Sertifika No:10855, ISBN:978- 975-23-1200-5; 2017.
- Bass M, Berg M and Dhingra V. Drivers and path to 5G. Bell Labs Consulting; 2017.
- Ericsson Mobility Report, November 2019.
- Gandomi A. & Haider M. Beyond the Hype: Big Data Concepts, Methods, and Analytics. International Journal of Information Management. 35(2); 2015. s. 140.
- Goes P. B. Big Data and IS Research. MIS Quarterly, 38(3), s.iv. 2014.
- IDC Global DataSphere, Data Age 2025; November 2018.
- India Telecom Operators Country Intelligence Report, GlobalData; 2019. S. Yuval Noah Harari:. Teknolojik elitlerin yeni hedefi beynimiz”,https://www.dunyahalleri.com/yuval-noah-harari-teknolojik-elitlerin-yeni-hedefi-beynimiz/; 2018.
Not:Bu bildiri EMO Istanbul EMANET 2021'de bildiri olarak sunulmuştur.
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!