Anahtar Kazanımlar;
• 6G, bireyler ve sistemler için bağlanılırlığın yaygınlaşmasına öncülük edecek.
• 6G ağlarının neredeyse her alt sisteminde yapay zeka kullanılacak.
• Sürdürülebilirlik, güvenlik ve mahremiyet 6G araştırmalarının ana odaklarındandır.
2030 itibariyle, 6G’nin ticari olarak erişilebilir olması, bu doğrultuda ultra yüksek hızlar, benzeri görülmemiş bant genişlikleri ve ultra düşük gecikmeler ile bağlanırlıkta devrim yaratması öngörülüyor. Telekomünikasyon, üretim, sağlık, ulaşım ve eğlence sektörleri de dahil birçok sektörü beraberinde dönüştürecek.
Bu yazıda, önümüzdeki on yılda hayatımıza girecek 6G dünyasına dair bilgi edinebilir, bu gelecek nesil kapasitelere imkan sunan 6G araştırma girişimlerini keşfedebilirsiniz.
6G Araştırmalarının Kaynağı Olan Öngörülen Kullanım Alanları ve Uygulamalar Nelerdir?
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) 2030 yılı civarında ticari olarak erişilebilir olacak kablosuz haberleşmede altıncı jenerasyon (6G) için International Mobile Telecommunications 2030 (IMT-2030) inisiyatifinde vizyonunu belirledi.
Aynı zamanda, Next Generation Mobile Networks Alliance (NGMN), 6G Flagship, ve Next G Alliance da dahil olmak üzere sektörün içinden birçok grup 6G vizyonlarını yayınladı.
Bu organizasyonların öngördüğü gelecek nesil komünikasyon teknolojilerinin kullanım alanları ve uygulamaları aşağıda özetlenmiştir.
Yaygın Bağlanırlık
6G altında, gelişmiş kapsayıcılık ve dijital ayrıma köprü görevi görmek temel sosyal hedefler olarak belirlenmiştir. Ses, video, ve geniş bant servisler, karasal olmayan ağlar, hava ve uzay kaynaklı merkez üs sürüleri ve Mesh erişim ağları gibi 5G ötesi gelişmeler vasıtası ile münzevi alanlar ve afet bölgelerinde dahi erişilebilir olacak,
Sürükleyici Kişisel Dijital Deneyimler
50-200 Gigabit/saniye (Gbps) seviyelerinde network bant genişlikleri öngörülüyor, hatta 1 Terabit/saniye (Tbps)’ye çıkabilir. Cihaz başı 300-500 Mbps veri akışı ve mikrosaniye gecikmeler ile kullanıcılar çok algılı ve holografik arayüzlerle zengin komünikasyon ve dijital deneyimlere, yüksek çözünürlüklü video görüşmelere, genişletilmiş gerçeklik görüntülerine, ve uzaktan telebulunmaya erişim sağlayabilecek.
Birleşik Komünikasyon ve Algılama
6G altında düşünülen Terahertz altı frekanslar komünikasyon sinyallerini görüntüleme radarını andıran dalga biçimleri ile birleştirme imkanı sunacak. Aynı antenler, alıcı-vericiler ve spektrum hem komünikasyon hem de algılama için kullanılabilir, bunun sonucunda otonom sürüş için veya düşük görünürlük kurtarma operasyonlarında insan algılama için akıllı telefonların kullanılabilmesi gibi kullanım alanları oluşur.
Otomobiller
Otomobil şirketleri gelişmiş otonom sürüş sistemleri, gerçek zamanlı veri işleme, araç ve her şey arası iletişim ve gelişmiş algılama becerileri için 6G teknolojilerinin kullanımını aktif olarak araştırmakta ve prototiplemektedir.
Ayrıca, güvenilirliği, zaman hassasiyeti yüksek ağ özellikleri ve ultra düşük gecikmeler ile 6G kablosuz ağları hali hazırda var olan kablolu otomotiv ağlarının yerini almak üzere değerlendiriliyor. Bu aynı zamanda araç ağırlığını düşürecek ve daha yüksek yakıt verimliliği ile sürdürülebilirliğe katkıda bulunacaktır.
Endüstriyel Ölçekte Komünikasyon
Akıllı şehiler, tarım, ulaşım, enerji altyapıları ve çevresel izleme için nesnelerin interneti (IoT) cihazlarının yaygın kullanımı ile geniş çaplı umumi ve özel ağların oluşumunu beklemek mümkün. Bunu mümkün kılan kilometre kare başı 1 miyondan 100 milyon cihazı bulan yüksek bağlantı yoğunlukları, yüksek güvenilirlik, uyarlanabilir veri hızları, düşük güç tüketimi, geniş kapsam, ve yüksek güvenlik olacak.
6G ağ tabanlı robotlar ve otomatik araçlar fabrikalar, depolar ve lojistikte yoğun olarak kullanılacak.
Hassas Konumlandırma
1-10 cm doğrulukta iç mekan ve dış mekan konumlandırmaları hassas obje ve varlık algılama, navigasyon, görüntüleme ve haritalamaya olanak sunacak.
Sürdürülebilirlik
6G ağlarını araştırma ve geliştirme çalışmaları telekom altyapısı ve üretim, otomotiv ve tarım gibi etkilediği diğer endüstrilerde yüksek enerji verimliliği, düşük karbon ayakizi, ve düşük emisyonları açıkça hedeflemektedir.
Güncel 6G Araştırmalarında Temel Hedefler Nelerdir?
Daha önce bahsedilen kullanım alanlarını gerçekleştirmek için 6G araştırmalarının bazı hedefleri aşağıdaki gibidir:
- 50-200 Gbps, hatta bazı araştırmalarda 1 Tbps, ağ bant genişlikleri
- Her kullanıcı cihazında 300-500 Mbps veri çıktısı
- Metrekare başı 30-50 Mbps alan çıktısı
- Kilometrekare başı 1 milyondan 100 milyona kadar bağlı cihaz sayısı
- Saatlik 500 – 1.000 km hızlarda kesintisiz transferler
- 100 mikrosaniyeden 1 milisaniyeye kadar düşük gecikmeler
- 1-10 cm doğrulukla hassas konumlandırma
Diğer hedefler yüksek güvenilirlik, kapsama, güvenlik, dayanıklılık ve müşterek çalışma kapasitesini kapsar.
6G Araştırmaları Kapsamında Hangi Teknoloji ve İnovasyonlar İncelenmektedir?
Görsel 1: Keysight 6G teraherzt altı test düzeneği
6G hedefleri her aşamada teknik inovasyonları gerektirir. Aşağıdaki bölümlerde bazı araştırma alanlarını inceleyeceğiz.
Radyo Erişim Ağı (RAN) İnovasyonları
Daha yüksek verim, daha iyi bağlanırlık ve sürdürülebilirlik aşağıdaki gibi araştırma projeleri ile aranıyor:
- Yüksek hızlı geniş bant için yeni terahertz altı frekanslar: Terahertz altı bantlar ve onların yayılım karakteristikleri holografik varlık, genişletilmiş gerçeklik, entegre erişim ve ana taşıyıcı gibi kullanım alanlarında 100 Gbps’yi aşan veri hızlarına ulaşabilmek için araştırılıyor.
- Ek Kapasite: Araştırmacılar, ağ kapasitesini artırmak için 7-24 GHz bandını araştırıyor. Ayrıca, çok yüksek kapsama için 460 – 604 MHz bandı da araştırılıyor.
- Özgün Ağ Topolojileri: Karasal olmayan ağlar ve RAN’ın devamlı sanallaşma ve bulutlaşması gibi teknolojiler ağ tasarımı için yeni yollar sunuyor.
- Yapay Zeka (AI): Yapay zeka ağ optimizasyon ve yönetimini iyileştirmek için araçlar sunuyor fakat aynı zamanda dağıtım başı RAN performansını geliştirmek için protokol ve fiziksel katmanlara da uygulanabilir.
- Gelişmiş Çoklu Giriş Çok Çıkış (MIMO): Masif çoklu giriş çoklu çıkış ve yeniden ayarlanabilir akıllı yüzeyler (RIS) gibi gelişmeler 6 GHz altı spektrumun kullanımını optimize etmek için araştırılıyor.
- Enerji Verimli Komünikasyon: Araştırma girişimleri ağlar ve cihazlarda enerji tasarrufu ve sürdürülebilir operasyonlar için sıfıra yakın enerji sistemlerini inceliyor.
- Full Duplex Komünikasyon: Araştırmalar her frekans kanalında çıktıları iyileştirmek, gecikmeleri azaltma ve esnek planlamayı sağlamak için full duplex operasyonları inceliyor.
Sistem Mimarisinde Gelişmeler
Sistem ve ağ mimarisi üzerine araştırmalar aşağıdaki konuları kapsıyor:
- Dijital İkizler: Bunlar, ağ ve servisler boyunca simülasyon, analiz, rekonfigürasyon, gerçek zamanlı yönetim ve orkestrasyon için fiziksel ağların sanal temsilidir.
- Karasal Olmayan Ağlar (NTN): Bu ağlar, uydular ve insansız hava araçlarını sürüler halinde kullanarak her yerde kapsama sağlar.
- Ağ Ayrıştırma: Bu uygulama, ağ fonksiyonlarını ayrı segmentlere bölerek esnek entegrasyon, ölçeklenebilirlik ve sağlayıcı çeşitliliğine olanak tanır.
- Dağınık Bulut: 6G dağınık bulutu veri merkezlerinden uç bilgi işleme kadar tüm ağ boyunca hesaplama ve komünikasyonu kesintisiz entegre etmeyi hedefler. Bu yolla her yerde bilgi işlem hizmetleri ve verimli kaynak dağılımı sağlanır.
- Mesh RAN’lar: Mesh RAN’lar ve yan bağlantılar, dayanıklılık, ölçeklenebilirlik ve kapsamayı geliştirmek için düğümlerin direkt ve hiyerarşik olmadan bağlanmasına olanak tanır.
Operasyonlar ve Servisler
Operasyonel ve servis olanağı inovasyonları aşağıdakileri kapsamaktadır:
- Ultra Güvenilir Düşük Gecikmeli Komünikasyon: Bu, yüksek güvenlirlik ve aşırı düşük gecikme gerektiren, minör gecikme veya veri kayıplarının kabul edilemez olduğu endüstriyel otomasyon, uzaktan ameliyat ve otonom araçlar gibi uygulama ve servislere olanak tanır.
- Otonomluk ve otomasyon: Operasyonlar, idare ve yönetim (OA&M) fonksiyonları kendi kendini konfigüre etme, iyileştirme, optimizasyon ve koruma ile kapalı devre otomasyona doğru evrilmek zorundadır.
- Felakete Hazırlıklılık: Her yerden erişilebilir birincil kablosuz teknoloji olarak 6G ağları doğal afetler, siber saldırılar ve terörizme karşı dayanıklı olmalıdır. Felaket sonrası hızlı normale dönüş sağlamalı ve kritik servisleri geri döndürmelidir, ardından felaket anında artan taleple baş edebilmek için katlanarak genişlemeli ve ağın bir kısmı hasar görse bile fonksiyonalitesini korumalıdır.
Sürdürülebilirlik ve güvenlik inovasyonları aşağıdaki diğer bölümlerde detaylandırılmıştır.
6G Araştırmaları Yapay Zeka ve Makine Öğrenmesinin Kullanımını Nasıl İnceliyor?
Tüm 6G paydaşları Makine Öğrenmesi (ML), derin öğrenme (DL) ve yapay zeka (AI) tekniklerinin 6G sistemlerinin tüm seviyelerinde yaygın kullanımını öngörüyor. Aşağıdaki alanlarda kullanımları araştırma konusu:
- Optimize Ağlar: Temel Performans Göstergelerinde (KPI) yaşanan düşüşler ve anormallik algılama için 5G ağlarında kendi kendini optimize eden ağlar hali hazırda kullanımdadır. 6G ağlarının daha bulut tabanlı ve konteynerleşmiş olması beklendiği ve radyo erişim ağlarından (RAN) çekirdek ağların bile bu şekilde dağılmış olmasından dolayı, AI/ML dinamik olarak mobil uç bilişimi (MEC) ve diğer kaynakları trafik örüntülerine göre dağıtarak her zaman ultra düşük gecikmeleri sağlamak için kritiktir.
- Verimli Güç Yönetimi: Sürdürülebilirlik hedefleri ile aynı minvalde, AI/ML 6G haberleşme sistemlerinin birçok kısmında güç optimizasyonu için düşünülmektedir. İdeal verici gücünü yüksek enterferans ortamlarında tahmin edebilmek yeniden iletim ve enerji israfını engelleyebilir. Hücre seviyesi trafik örüntülerini öğrenmek baz istasyonları ve alt sistemlerinin uyku programlarını optimize etmeye yardımcı olur.
- Optimize Hüzmeleme: DL/AI gerçek zamanlı mobilite örüntülerine uyum sağlayabilmek, hüzmelerin diğer baz istasyonları ile koordinasyonunu sağlamak, gerekli yerlere güç sağlamak, kullanıcı ekipmanlarının emisyon örüntülerini optimize etmek ve katma değer servislerin kalitesini artırmak için MIMO hüzmelemeyi optimize edebilir.
- Hassas Konumlandırma: ML/AI konumlama sistemlerini önemli doğruluk sorunları oluşturabilecek görüş hattında olmayan çok yollu hataları telafi edecek biçimde iyileştirebilir. Bu alandaki 6G araştırması ML modellerini her alanın mimarisi ve online öğrenme ve gerçek zamanlı doluluklarına adapte etme konusunda odaklanmıştır.
- Hata Düzeltme: ML/AI 6G dijital sinyallerine veri güvenilirliğini iyileştirmek için kanal kodlama ve hata tahminini uyarlayabilir.
- Tedbirsel Kaynak Tahsisi: Genellikle IoT kullanım alanları düzenli bir programda veri yollayan statik sensörlere sahip olduğundan, 6G ağları bu program doğrultusunda adaptif olarak kaynak tahsisi yaparak ağ gecikmelerini azaltabilir ve hataları önleyebilir.
- Geliştirilmiş Uygulamalar: ML/DL/AI teknikleri insansız hava araçlarını uçurmak ve taşıtsal ağ veri transferlerini optimize etmek gibi 6G uygulamaları için araştırılıyor.
6G Araştırmalarında Hangi Güvenlik ve Mahremiyet Noktaları Göz Önünde Bulunduruluyor?
Güvenlik ve mahremiyet, yaygın mobil komünikasyon imkanı ile gelen çok geniş yelpazedeki kullanım alanları sebebi ile büyük bir zorluktur. Araştırılan alanlar aşağıdaki gibidir:
- Gelişmiş fiziksel ve link katmanı güvenliği
- Quantum bilgisayar saldırılarına dayanıklı asimetrik kriptografi
- Gizli hesaplama ve depolama temelleri
- Güvenli veri kaynağı
- Ağ kullanıcıları ile ilgili verileri toplayan, analiz eden ve depolayan mahremiyet koruma mekanizmaları
- Ortamı öğrenecek ve hasım aksiyonları önleyecek makine öğrenmesi modelleri
6G Araştırmaları Sürdürülebilirlik ve Çevresel Etkileri Nasıl Çözümlüyor?
Avrupa Yeşil Mutabakatı gibi politikaların iklim değişikliği ile mücadele için yasallaşmasıyla, 6G ekosistemi sürdürülebilirliği proaktif olarak 6G’nin anahtar hedeflerinden biri olarak belirlemiştir. IMT-2030 çevresel, sosyal ve ekonomik sürdürülebilirliği ele alıyor. IMT-2030, Birleşmiş Milletler’in Sürdürülebilir Gelişim Hedefleri ve Paris Anlaşmasını destekliyor.
Bu alandaki araştırmalar:
- Dünyanın yetersiz hizmet alan bölgelerinde dijital ayrımı azaltmak ve kapsayıcılığı desteklemek için her yerde bağlanırlık
- Radyoların akıllı rölantisi ve trafik örüntülerine göre optimize edilmiş operasyonlarla ağın her seviyesinde enerji verimliliği
- Temiz enerji ve elektronik tasarımdaki gelişmelerle azaltılmış emisyonlar
- Düşük emisyon için optimize trafik akışı ile akıllı ulaşım çözümleri
- Üretimde 6G üzerinden bağlı makineler ve robotik ile gelişmiş enerji tüketimi
- 6G kullanılan akıllı tarım ile düşürülmüş karbon ayak izi
- 6G ağ ve sensörleri ile akıllı yenilenebilir enerji altyapıları
6G Araştırmalarında Zorluklar Nelerdir?
Görsel 2: 310 GHz’de havadan ölçüm sonuçları
Bu yeni teknolojilerin bazı zorlukları:
- Yüksek bant genişliği sebebi ile gürültü: 100+ Gbps çıktılar için THz altı bant genişlikleri daha fazla gürültü ve düşük Sinyal-Gürültü Oranı (SNR) ile sonuçlanıyor. Flex Frame gibi tekniklerle SNR’ın her aşamada optimize edilmesi gerekir.
- Yüksek enterferans: 6G’nin her yerde bağlanırlık hedefi performans darboğazı ve yüksek enerji tüketimine yol açabilecek yüksek enterferans ile sonuçlanır.
- Operasyon, İdare ve Yönetim (OA&M) zorlukları: Yüksek güvenilirlik ve dayanıklılık sürekli olarak ağ verisinin ve konfigürasyonlarının gerçek zamanlı yedeklenmesini ve çağrılan elementlerin gerikazanım esnasında ağa verimli entegrasyonunu gerektirir.
- Güvenlik zorlukları: Ağın her yerde ulaşılabilir doğası gereği dramatik olarak daha büyük bir saldırı alanı oluşur.
6G İşbirlikleri ve Standardizasyonu Ne Durumda?
Görsel 3: 6G Standardizasyon Yol Haritası
6G standardizasyon yol haritası henüz başlamadı. Mart 2024 itibari ile ITU 6G için IMT-2030 vizyonunu yayınladı.
Hedeflerin rehberliğinde, çeşitli endüstri ve akademi grupları 6G için yeni teknolojiler ve iyileştirmelerin araştırma ve prototiplemesi için birlikler oluşturdu. Bu gruplar aşağıdaki gibidir:
- the Next Generation Mobile Networks Alliance
- the Next G Alliance to shape the direction of 6G in the U.S.
- the 6G Flagship run by the University of Oulu in Finland
- the Hexa-X and Hexa-X-II projects that are defining the European blueprints for 6G development
Bu gruplar ITU ile 2027 yılı civarında 6G için teknik önergelerini paylaşacaklar.
ITU’nun uzman grupları bu önergeleri değerlendirip 6G vizyonu ile en uyumlu olanları seçecekler.
O zamana kadar, resmi standartları oluşturan Üçüncü Jenerasyon Ortaklık Projesi (3GPP) 5G-Advanced için 19 ve 20. Sürüm spesifikasyonlarını paylaşmış, 2030’da yayınlayacağı 21. Sürümü kapsamında 6G standartları üzerinde çalışmış olması bekleniyor.
