ABD'de Bu On Yılın Hedefleri: Kırsala 5G'yi Ulaştırma, Kablosuz Ağ Güvenliğini Güçlendirme ve 6G'yi Gerçekleştirme!

Herhangi bir mobil servis sağlayıcının (örneğin ABD'deki) 5G kapsama alanı haritasına yakından bakın. Ülkenin büyük alanlarının, kırsal alanlar, 5G hizmetine sahip olmadığını fark edeceksiniz:

Ulusal Bilim Vakfı'ndan gelecek olan üç yıllık 1 milyon dolar değerindeki yeni bir hibe, Kansas Üniversitesi araştırmacısının kırsal alanlar için 5G bağlantı ve bilgi işlem tasarımını geliştirme çalışmalarını destekleyecek. Çalışma, kırsal alanlardaki tarımsal ve topluluk yaşam ve çalışma kalıplarına dayanan, benzersiz ağ taleplerine sahip topluluklara yönelik olacak. Ayrıca, elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimleri yardımcı doçenti ve Kansas Üniversitesi'ndeki Bilgi Bilimleri Enstitüsü'nde (I2S) araştırmacı olan Taejoon Kim'in yöneteceği, NSF tarafından finanse edilen üç yeni projeden biri olacak. Kim şöyle söylüyor:

5G ağ sistemi, kâr amacı güden şirketler tarafından geliştirildi. Bu ekonomik teşvik sebebiyle, tüm 5G ağları kentsel alanlarda konuşlandırıldı. Ancak kırsal alanlarda yaşayan insanların da, 5G hizmeti dâhil olmak üzere hala cep telefonları için abonelik ödemeleri gerekiyor. Ancak onlardan, kentsel alanlardaki insanlar kadar fayda göremiyorlardı. Bir şirket, sorunu daha fazla gelir elde etmelerini sağlayacak şekilde nasıl çözebilir?

Kansas Üniversitesi araştırmacısı, insanların mekânsal dağılımında ve zaman içinde ağdaki verilere olan talepteki uyumsuzluğun, 5G'nin kırsal topluluklara dağıtılmasında büyük bir engel olduğunu belirtiyor. Kim şöyle açıklıyor:

Bir şehirde nüfus, çoğunlukla tekdüze bir şekilde yayılır. Fakat kırsal alanlarda, farklı yerlerde farklı nüfus kümeleriyle karşılaşıyorsunuz. İşte buna mekânsal uyumsuzluk deniyor.

Sonrasında karşımıza tarım ihtiyacı çıkıyor. GPS tarafından kontrol edilen biçerdöverler gibi otomatik makineler, üst düzey hesaplamalar yapıyor ve çok fazla iletişim gerektiriyor. Kim şöyle söylüyor:

Büyük miktarda veri, önce baz istasyonuna sonra da çekirdek ağa gitmeli. Ayrıca istatistik oluşturmak için tüm bu verileri toplamak isteyecekler. Fakat bu ağır veri kullanımı yalnızca hasat zamanında gerçekleşiyor. Bu da zamansal uyumsuzluk oluyor.

Kim'in ekibinde, Kansas Üniversitesi EECS yardımcı doçenti Morteza Hashemi ve Purdue Üniversitesi'nden işbirlikçiler yer alıyor. Kim ve bu ekibi, kırsal bağlantı ve bilgi işlem tasarımını kolaylaştırmak için, Kaliforniya merkezli ticari firma Blue Danuble ile ortaklığa girdi. Bunun üzerine ekip, kablosuz iletişim için gelişmiş bir anten teknolojisi olan devasa bir çoklu giriş ve çıkış (MIMO) platformunda testler yaptı. Kim ve meslektaşları, kırsal mekânsal ve zamansal talepleri karşılamak üzere 5G'nin nasıl daha iyi konuşlandırılabileceğini anlamak için makine öğrenimini kullanacaklar. Kim şöyle söylüyor:

Kırsal alanda kentsel alanlardan farklı olacak temel teknolojik yaklaşım ya da donanım veya yazılım nedir? Yapay zekâ, bu karmaşık ve uyumsuz davranışı öğrenebilir.

Ekip, tekdüze ve uyumsuz davranışları öğrenmek için yapay zekâyı kullanarak keşif yapacak ve kırsal alanlara özel yaklaşımlar arayacak. Kim şöyle söylüyor:

Elimizdeki bir fikir; bir ya da iki şehre hizmet vermek için geniş, çoğunlukla nüfussuz bölgeler boyunca kapsama alanı sağlamak yerine, 5G sinyallerini belirli topluluklara ve tarımsal faaliyetlere bir ışın gibi odaklamaya yönelik. Düzensiz olduğu için, enerjiyi belirli bir yöne odaklamak daha verimli olur.

5G'ye kırsal erişimi yeniden görüntülemenin yanı sıra, Kim'e iki ek NSF ödülü daha verildi. Bunlar Kim'in; ABD hükümeti, askeri ve altyapı operatörü kulanımı için ticari 5G ağlarını güçlendirmesine ve altıncı nesil (6G) kablosuz teknoloji için yeni teknoloji geliştirmesine olanak tanıyacak.

Kim, Savunma bakanlığına yardımcı olmak için tasarlanmış NSF'nin Yakınsama Hızlandırıcısı programının, 750.000 dolarlık birinci aşama ödülünün bir yıllık baş araştırmacısı. Kim; ABD askeri, hükümet ve altyapı operatörlerine, güvenlik ve dayanıklılık ihtiyaçlarını karşılarken halka açık 5G ağları üzerinde çalışma olanağı tanıyor. Böylece, uç cihazlar ve 5G altyapısı iyileştiriliyor. Kim şöyle söylüyor:

Bu projenin temel motivasyonu, 5G ağlarının tasarım zayıflıklarıyla mücadele etmek için ‘Sıfır Güven’ ilkelerini (bir ağdaki tüm cihazların doğrulanmasını gerektiren bilgi teknolojisinin tasarlanmasına yönelik bir yaklaşım) takip etmektir. Bu yüzden 5G'nin güven düzeyini artırmak için çeşitli güvenlik çözümlerini entegre edeceğiz.

Üç yıl boyunca 285.000 dolarlık üçüncü bir NSF hibesi, Kim'in 6G kablosuz iletişim gereksinimlerini tanımlamaya yardımcı olan çalışmalarını destekleyecek. Bu çalışmalarda Kim, mikrodalga spektrumu için gelişmiş kablosuz ağ mimarisi tasarlamak üzere yapay zekâ kullanacak.

Kim'e göre 5G; hız, bağlantı ve gecikme süresinin azaltılmasında büyük iyileştirmeler sağlayabilir. Ancak bu gelişme, ABD'de sınırlı araştırma başarısına sahip olan elektromanyetik spektrumun bir parçası olan milimetre dalgası içindeki çalışmalardan gelmedi. Bunun yerine, ağ veriminde bir artış, yeni frekans bantlarının satın alınmasından ve büyük MIMO teknolojilerindeki ilerlemelerden ortaya çıktı.

Büyük ölçüde cep telefonu kulelerine bağlı olan günümüzün radyo erişim ağı mimarisini kullanmak yerine, Kim büyük ölçekli hücresiz devasa çoklu giriş ve çıkış (CFmMIMO) ağlarının nasıl verimli bir şekilde kullanılacağını keşfedecek. Kim şöyle söylüyor:

Mahalleyi hala 5 gigahertz civarında, hala mikrodalgada, ancak farklı bir mimari ağ ile kullanmaya bakıyor olmalıyız.

Mevcut cep telefonu ağı, kullanıcıya o hücre içinde hizmet vermek üzere tasarlanmış tüm cep telefonu kulelerine dayanıyor. Kim son olarak şunları ekliyor:

Tüm hücre sınırlarını kaldırmayı içeren yeni bir ‘hücresiz MIMO’ kavramı bulunuyor. Ancak erişim noktaları olarak çok sayıda dağıtılmış baz istasyonunu kontrol eden, çok güçlü bir merkezi birime sahip olurduk. Bu çalışma aynı zamanda siber güvenlik yönlerini de kapsayacak, yapay zekâ algoritmalarının ve mimarisinin yanı sıra bulut radyo erişim ağlarının dayanıklılığını güçlendirecek.