6G: YENİ UYGULAMALAR, TEKNOLOJİLER, ARAŞTIRMA ALANLARI VE ASELSAN VİZYONU
Gelecek Nesil Haberleşme Ağı Teknolojilerinin Evrimi
Analog telefon ve kısa mesajlaşma gibi ilk kablosuz haberleşme yeteneklerinden bu yana, geniş bant ve tümüyle IP tabanlı iletişim teknolojilerinde elde edilen gelişmeler sayesinde, mobil kablosuz ağlar evrim geçirmiştir. İsteyen herkesin görüşmeleri dinleyebildiği ve haberleşme güvenliğinin sağlanmadığı birinci nesil analog kablosuz haberleşme sistemlerinde, veri aktarımı söz konusu değildir ve sadece sesli görüşme yapılabilmektedir. İkinci nesil ile hayata geçen sayısal GSM teknolojisi ve bu teknolojinin içine GPRS, EDGE ve MMS teknolojilerinin girmesiyle, bant genişliği artsa da yüksek frekans nedeniyle kısıtlı hücre menzili elde edilebilmiştir. 3G ile birlikte akıllı telefonlar kullanılmaya başlanmış; EDGE teknolojisi sayesinde veri hızı artmış, görüntü transferi de mümkün hale gelmiştir. Görüntülü konuşmaya ilave olarak, akıllı telefonlar üzerindeki ağ tarayıcıları ve internet tabanlı oyun uygulamaları, VoIP uygulamaları kullanılmaya başlamıştır. G ile hareketli ve sabit kullanıcıların yüksek hızda ve kesintisiz biçimde tamamen IP tabanlı haberleşmesi ve veri transferi mümkün olmuştur. Bu evrim sayesinde, günümüzde 4G ve 5G gibi yeni nesil haberleşme tekniklerine ulaşılmıştır. Enerji verimi, hesaplama gücü, veri işleme zekâsı, anten tasarımı ve insansız araç koordinasyonu gibi alanlarda kaydedilen hızlı gelişmeler sayesinde gerçekleşecek 5G ve ötesi haberleşme nesilleri ile daha akıllı ve verimli, çevreye duyarlı, otonom haberleşme sistemleri mümkün olabilecektir.
5G ile elde edilen kaynak ve enerji verimliliği, 6 GHz altı ve milimetre dalga geniş spektrum kullanımı, çoklu anten kullanım yeteneği ve düşük gecikme performansı; 5G sürümleri (Release) 15, 16 ve 17 üzerinden geliştirilmektedir. Bu geliştirmeler arasında; karasal olmayan (non-terrestrial) ağlar için Yeni Radyo (NR: New Radio), tümleşik erişim ve omurga (Integrated Access and Backhaul, IAB), ağ dilimleme (network slicing), uç bilişim (edge computing), araçlar arası yan bağlantı (sidelink) gibi kısmen 5G standardına girmiş, kısmen de üzerinde halen çalışılan teknolojiler sayılabilir.
6G ile daha yüksek veri hızı, kodlama, modülasyon ve yeni anten teknolojilerinin desteğiyle daha yüksek spektrum ve enerji verimliliği, daha düşük erişim gecikmesi, üç boyutlu ultra yoğun bağlanabilirlik ve mobil IAB gibi yeteneklerin kazanılması hedeflenmektedir.
6G ile Elde Edilecek Yeni Uygulamalar, Teknolojiler ve Araştırma Alanları
6G teknolojilerinin uygulama alanları arasında, ASELSAN vizyonu içerisinde öncelikli olarak yer alan görev-kritik savunma sistemleri, otonom ve robotik sistemlerin haberleşme ağları, tele-tıp veri iletimi ve nesnelerin interneti sayılabilir. Bunların dışında; sanal ve artırılmış gerçeklik uygulamaları, akıllı şehirler, insan-bilgisayar etkileşimi ve optik haberleşme de popüler 6G uygulama alanları arasındadır.
6G teknolojilerinin bu alanlardaki uygulamalarının; insansız araçlar, sürü zekâsı, yapay zekâ, makine öğrenmesi, derin öğrenme, pekiştirmeli öğrenme (reinforcement learning), federe öğrenme (federated learning), mobil milimetre dalga, THz haberleşme, akıllı yüzeyler, çoklu anten teknolojileri ve uzay-havakara-deniz ağları entegrasyonu gibi konulardaki gelişmeler sayesinde gerçeğe dönüşmesi beklenmektedir. Böylece, uydular, hava araçları, baz istasyonları, deniz araçları, kara taşıtları ve mobil kullanıcıların bir arada olduğu kablosuz ağlarda ultra yoğun bağlanabilirlik sağlanabilecektir. 5G ötesi teknolojilerinin destekleyeceği bazı önemli dikey uygulama alanları, şekil üzerinde temsili olarak gösterilmiştir.
Gelecek nesil haberleşme sistemlerinde pekiştirmeli öğrenme teknikleri önemli bir rol oynayacaktır. Bu teknikler sayesinde; insansız araç sürülerinin koordinasyonu, askeri birliklerin saha ile etkileşimi artırılarak durumsal farkındalık sağlanması, görevkritik operasyonlarda ambulans veya güvenlik aracı gibi ünitelerin konumlandırılması ve eldeki sınırlı sayıda aracın hedefe varış süresini minimize edecek rotaların belirlenmesi gibi dağıtık otonomi ve robotik sistemlerinde güvenilirlik, güvenlik ve verimlilik artışı elde edilecektir. ASELSAN olarak askeri haberleşme sisteminin gerektirdiği ek kısıtları değerlendirerek bu teknikleri çözümlerimizde kullanabilmeyi hedeflemekteyiz.
Pekiştirmeli Öğrenmenin Gelecek Nesil Haberleşme Sistemlerindeki Yeri
Gelecek nesil haberleşme sistemleri, her gün sayısı hızla artan kullanıcıların ve yeni nesil uygulamaların gerektirdiği servis kalitesi ihtiyaçlarını karşılamalıdır. Bu sistemlerde, birçok cihazın bir arada bulunduğu yüksek yoğunlukta ve çok sayıda ağın oluşması kaçınılmaz olup; bu durum yüksek hız ve düşük gecikme gibi yeteneklerin sağlanmasını güçleştirmektedir. Kablosuz haberleşme ortamının doğasından gelen değişken dinamikler ise bu problemi daha da zorlu hale getirmektedir. Daha önceden modellenmesi mümkün olmayan veya modellense bile karmaşıklık düzeyi çok yüksek olabilecek bu tip problemlerde, kendi kendine öğrenen yapıların oldukça faydalı olacağı öngörülmektedir. Son yıllarda makinelerin hesaplama gücündeki önemli artış, yapay zekâya dayalı tekniklerin zorlu mühendislik problemlerine uygulanabilmesinin kapısını açmıştır. Bu sebeple, yüksek karmaşıklık ve değişken dinamiklere sahip gelecek nesil haberleşme sistemlerinin yönetiminde bu teknikler ön planda olacaktır. Literatürde bu alandaki çalışmaların sayısı her geçen gün artmakta olup, ASELSAN olarak bu faaliyetler kapsamında çalışmalarımız sürmektedir.
Son yıllarda önemli yapay zekâ tekniklerinden biri olan pekiştirmeli öğrenme tekniği, belirli bir amaca yönelik “en yüksek faydaya” ulaşmak için uygulanacak “aksiyon setini” bulmayı hedeflemektedir. Aksiyon alarak öğrenmeyi gerçekleştiren özne, “ajan” olarak isimlendirilmektedir. Ajan, gerçekleştirdiği aksiyonlar doğrultusunda çevreden aldığı ödül ve cezalara göre karar alma mekanizmalarını sürekli günceller. Böylelikle, çevre ile etkileşimde bulunarak zamanla en yüksek faydaya ulaşmak için gerekli politikaya ulaşılır. Pekiştirmeli öğrenmenin 5G ve ötesi haberleşmede kritik rol alacağı öngörülen bazı problemler:
• Yüksek yoğunluklu ve kalabalık ağlarda girişim yönetimi ve gönderim gücü kontrolü,
• Uçta hesaplama teknolojisi ile hesaplama yükünün dağıtılması,
• Ağ dilimleme yöntemi ile kaynakların yönetimi ve
• Konumlandırma ve yönlendirme
olarak sıralanabilir. Bu problemlerin tamamı için belirli kısıtlar altında optimize edilmiş statik algoritmalar yerine kendi kendine öğrenen pekiştirmeli öğrenme temelli tekniklerin daha iyi bir servis kalitesi sunacağı değerlendirilmektedir.
Askeri haberleşme sistemlerinde, sivil haberleşmenin aksine ünitelerin tek bir merkez (örneğin baz istasyonu) üzerinden haberleşmeleri sakıncalıdır. Bu durum, askeri sistemler için mobil tasarsız ağ (Mobile Ad Hoc Network – MANET) çözümlerinin geliştirilmesini kaçınılmaz hale getirmiştir. Askeri sistemlerde haberleşmenin sürekliliğini sağlayacak mekanizmaların çoğunlukla her ünitede dağıtık ve yerel olarak alınacak kararlarla yönetilme gerekliliği, tasarlanacak mekanizmaların daha az bilgi ile karar alabilme zorunluluğunu doğurmuştur. Bu duruma ek olarak, alınacak yanlış kararlar sivil sistemlerin aksine taktik sahada ciddi sonuçlar doğurabilir. Bu sebeple, pekiştirmeli öğrenmeyi askeri çözümlere uygularken sivil sistemlere göre daha korumacı yaklaşılması gerekir. Bu durumlar göz önüne alınarak pekiştirmeli öğrenmenin askeri çözümlerde kullanılabileceğini düşündüğümüz bazı haberleşme problemleri şunlardır:
• Haberleşme kaynaklarının değişken trafik ihtiyaçları doğrultusunda uyarlanabilir şekilde yönetilmesi, • Ünitelerde önbelleğe alınacak verilerin yönetimi,
• Ağ yapısını belirleyen sistem ilk kullanım parametrelerinin uyarlanarak düzenlenmesi,
• Taktik otonom algılayıcı ağlarda konumlandırma ve rota belirleme,
• Harekât sırasında durum kestirimi, tedbir ve karar mekanizmalarının optimizasyonu ve
• Birliklerin ve insansız araç sürülerinin koordinasyonu.
Her durumun önceden modellenemediği bu tip problemlerde, çevre ile etkileşimde bulunarak kendi kendine öğrenen pekiştirmeli öğrenme teknikleri gelecek nesil askeri haberleşme çözümlerimizde büyük rol oynayacaktır. Taktik sahada alınacak kararlara pekiştirmeli öğrenme temelli tekniklerinin yardımcı olması sayesinde, kullanıcıların operasyon esnasında görev alanına ve tehdit boyutlarına ilişkin olarak edineceği durumsal farkındalık düzeyi artırılacaktır.
ASELSAN 5G ve Ötesi Çalışmaları
ASELSAN’ın 5G ve ötesi çalışmaları kapsamında, 3GPP toplantılarına katılım sağlayarak, standartları ve teknik raporları takip etmekteyiz. Radyo Erişim Ağı protokol katmanları üzerinde araştırma çalışmalarımız sürmektedir. 5G fiziksel katman algoritma ve gerçekleme kütüphanelerini oluşturmuş durumdayız. Üst katmanlar için çalışmalarımız, üniversite iş birliği ile devam etmektedir. 5G ve ötesi araştırmalarımızın sonucu çok sayıda patent başvurumuz, akademik yayınlarımız ve tez çalışmalarımız mevcuttur. Bu araştırma ve gerçekleme süreçlerimizin çıktılarını, milli askeri dalga şekli projelerimizde, baz istasyonu ve hüzme oluşturma yetenekli anten ve donanım geliştirme faaliyetlerimizde ürüne dönüştürmekteyiz. Bütün bu çalışmalardaki hedefimiz, 5G ve ötesi yeni nesil haberleşme yeteneklerinin ülkemize kazandırılmasıdır.
Bahsettiğimiz çalışmalar doğrultusunda, ASELSAN olarak öncelikli hedefimiz, 5G ve ötesi haberleşme yeteneklerini, tedarik, ithalat ve teknoloji anlamında “dışa bağımlı olmayan” ve “sürdürülebilir” şekilde ülkemize kazandırmaktır. Kazandıracağımız altyapıyı ve teknolojiyi elektronik harp yetenekleriyle geliştirmek ve 5G ve ötesi haberleşmesinin elektronik istihbarat yönünden riskleri hakkında farkındalık yaratmak diğer hedeflerimiz arasındadır.
5G ve ötesi haberleşme teknolojilerinin askeri senaryolarda uygulanmasına yönelik NATO çalışma gruplarına ASELSAN yetkin bir ekiple katılım sağlamaktadır. Yeni nesil askeri haberleşme teknolojileri; birlik içerisinde geniş bant haberleşmeyi, esnek ve hızlı mobil ağ kurulumunu ve kullanıcı yerleşimini, çok düşük gecikmeli güvenilir iletişim yeteneğini beraberinde getirecektir. Bu yeteneğe ulaşabilmek adına, NATO çalışma gruplarında ele alınan konular:
• 5G ve ötesi haberleşmenin NATO bantlarına uyarlanabilmesi,
• 5G ve 6G uyumlu terminal gereksinimleri,
• Hüzme oluşturma ve çok kullanıcılı MIMO teknikleri,
• 5G radyo erişim ağı protokollerinin askeri haberleşmeye uyarlanması,
• Mobil sidelink ve IAB mesh ağı kullanımı,
• Mevcut altyapı ve askeri araçlar ile entegrasyon; gemilere ve diğer deniz araçlarına kurulum,
• Güvenlik, elektromanyetik etkileşimler ve
• Ticari standartlara dayalı sivil-askeri çalışabilirlik
olarak özetlenebilir. Askeri kullanım senaryolarına yönelik öncelikli uygulama alanları, “yoğun makine tipi bağlanabilirlik” ile “ultra güvenilir ve düşük gecikmeli haberleşme” olarak belirlenmiştir. Burada “askeri ihtiyaçlara uygun” tasarım planlanması büyük önem taşımaktadır. Tüketici odaklı değil, askeri güvenlik gereksinimleri dikkate alınmalıdır. Savunma sistemleri, dikey gelişim alanı olarak değerlendirilmeli; erişim ağ protokolleri, askeri mimari ve servis gereklerine göre optimize edilmelidir. NATO üyesi ülkelerle ortak çalışma yeteneği kazandırılmalıdır.
Askeri senaryolarda saydığımız hedeflerimize yönelik yol haritamız kapsamında, sürü İHA haberleşmesi de önemli bir yere sahiptir. İnsansız araçların 5G ve ötesi haberleşmesine dayalı ağlar için, sürü zekâsı yeteneklerini, hareketli taktiksel uç bilişim senaryolarına uygun yeni nesil dalga şekli tasarımlarımızla birleştirmeyi hedefliyoruz. Bu kapsamda, Savunma Sanayii Başkanlığı Sürü Zekâsı Odak Teknoloji Ağı çalışmalarında yönlendirici rol üstlenmiş bulunmaktayız. Edinilecek kazanımları ortaya koyan senaryoların sayısını artırmak amacıyla tüm paydaşların katıldığı bir senaryo yarışması düzenlenmiştir. Yarışmaya katılan otuzdan fazla senaryo arasında, önerdiğimiz “Taktik Sahada Bilgi Savaşında Sürü İHA Kullanımı” senaryosu birincilik ödülüne layık görülmüştür. OTAĞ kapsamındaki katkılarımız sonrası SSB Ar-Ge Daire Başkanlığı tarafından “İnsansız Sürü Sistemlerinde Tasarsız Haberleşme Ağına Dayalı Durumsal Farkındalık ve Muharebe Bulutu Servisleri Geliştirilmesi” başlıklı proje çağrısı açılmıştır.
5G teknolojilerine dayalı MANET çözümlerini yeni nesil askeri dalga şekli tasarımlarımızda kullanabilmeyi hedefliyoruz. Bu hedefe yönelik yol haritamızda, NATO çalışmalarında kısa vadede ön görülen çözümlerin doğru senaryolarda kullanımı yer almaktadır. Örneğin, korunaklı ve düşmandan uzak senaryolarda, karargâh içerisinde ve çevresinde, özel veya halka açık 5G ağı kullanılabilir. Öte yandan, elektronik harp ve istihbarat tehdidi olan senaryolarda veya sınır ötesi operasyonlarında, seçilmiş 5G ve ötesi teknolojilerini kullanan “özelleşmiş” askeri çözümlerin geliştirilmesi gereklidir. Dalga şekli tasarım birikimimiz ile oluşturduğumuz bu vizyonumuz doğrultusunda; özgün, yerli ve milli, güvenilir, yüksek performanslı dalga şekillerinin tasarımı ile bu hedeflerimizi gerçekleştireceğimize inanıyoruz.
Amacımız, 5G ve ötesi teknolojilerin esnekliğini anlayıp kullanabilmektir. Şekil üzerinde örnek olarak gösterilen farklı gereksinimlere sahip “sürü zekâsı, nesnelerin interneti, uydu haberleşmesi ve mobil IAB” gibi çeşitli haberleşme yeteneklerinin birleştirildiği, farklı arazi ve ortam koşullarında güvenilir bağlanabilirlik sağlayan, ağ tabanlı ve otonom görev-kritik savunma sistemlerinin ülkemize kazandırılmasını sağlayacağız.
📌@aselsan'ın 5G ve ötesi çalışmaları?
📌Gelecek nesil haberleşme ağı teknolojilerinin evrimi?
📌6G ile elde edilecek yeni uygulamalar, teknolojiler ve araştırma alanları?
🔗https://t.co/rRAlEZKzRP pic.twitter.com/elhbYHdPNg— DefenseHere (@defensehere_tr) April 9, 2022
