Yrd. Doç. Dr. Murat Koyuncu Atılım Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi TELEKOMÜNİKASYON TEKNOLOJİLERİNE BİR BAKIŞ Bilgi çağında yaşadığımız bu dönemde dünyanın neresinde olursa olsun ihtiyaç duyulan bilgiye ulaşmak/ulaştırmak büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle, bilgi çağının öncülerinden birisi de telekomünikasyon endüstrisidir. Telekomünikasyon, ses, yazı, resim, görüntü ve veri tipindeki her türlü bilginin tel, radyo, optik ve başka elektromanyetik sistemlerle iletilmesi, yayımı veya alınması olarak tanımlanabilir. Telli ortam üzerinden ses haberleşmesiyle başlayan alanda, bugün telsiz, uydu ve fiber optik kablo gibi farklı haberleşme teknolojileri karşımıza çıkmaktadır. Özellikle İnternet ortamında hızla artan bilgi iletişimi talebini karşılamak ve insanlara daha kolay ve ucuz erişim imkânı sağlamak amacıyla her geçen gün yüksek kapasiteli ve farklı özelliklerde telekomünikasyon sistemleri ortaya çıkmaktadır. Günlük hayatımızda daha çok erişim tarafını gördüğümüz telekomünikasyon sistemlerine ve bu sistemlerdeki son gelişmelere bir göz atmaya ne dersiniz? Telekomünikasyon sistemlerinin ana işlevi iletişim olduğu için, bu sistemlerden bahsederken kullanılan önemli kavramlardan birisi hız ya da bant genişliğidir. Bant genişliği, genel olarak sayısal bir sistemin bir saniyede aktarabileceği bit sayısını ifade etmektedir ve Kb/s, Mb/s, Gb/s (K:kilo, M:mega, G:giga) gibi birimlerle gösterilmektedir. Bilgisayar ortamında bir karakterin 8 (ASCII) veya 16 (Unicode) bit ile tanımlandığından yola çıkarak bir iletişim cihazının saniyede ne kadar bilgi aktarabileceğini veya 600 Mbyte (1 byte=8 bit) bir filmin indirilmesinin ne kadar süreceğini hesaplamak mümkündür. Sıkça karşılaşacağınız bant genişliği kavramının açıklamasından sonra, güncel ve önemli olduğu düşünülen telekomünikasyon teknolojileri aşağıda kısaca özetlenmiştir. Sayısal Abone Hattı (xdsl): Erişim sistemlerinde son yıllarda en çok duyulan teknolojilerden birisidir. DSL teknolojisi bakır kablolar üzerinden yüksek hızda veri iletmeye imkân sağlayan bir teknolojidir. Mevcut bakır telefon kabloları, uçlarına DSL modemler (sayısal sinyali analog sinyale çevirerek kablo üzerinden gönderilmesini veya kablo üzerinden alınan analog sinyalden tekrar sayısal sinyalin üretilmesini sağlayan cihaz) bağlanmak suretiyle telefon hizmetinde bir sorun olmadan veri iletişimi için de kullanılabilmektedir. Bu sayede DSL teknolojisi, az yatırımla geniş imkânlar yaratmaktadır. ADSL, HDSL, SDSL, RADSL, VDSL, G.SHDSL, PDSL gibi birçok alt teknolojisi vardır ve bu nedenle xdsl olarak isimlendirilmektedir. Bunların içinden en yaygın olanı Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) teknolojisidir. ADSL, Internet kullanıcılarına, 128 Kb/s ile 24 Mb/s arasında yüksek hızda erişim, sürekli bağlantı, aynı telefon hattı üzerinden kullanım, aboneye özel hat, bakır üzerinden sayısal haberleşme, sabit ücret ve güvenli erişim gibi rahatlıklar sağlamaktadır. İnternet üzerinden genelde bilgi alma/indirme miktarı gönderme miktarından daha yüksek olduğu için, ADSL de alma (download) hızı gönderme (upload) hızından daha yüksek tutulmaktadır. Standart ADSL 1,5 km mesafede 128 Kb/s ile 8 Mb/s arasında alma hızı, 64 Kb/s ile 1 Mb/s arasında gönderme hızı sağlamaktadır. Alma hızı, ADSL in daha yeni sürümleri olan, ADSL2 ile 12 Mb/s, ADSL2+ ile 24 Mb/s ye ulaşabilmektedir. Kablosuz yerel Alan Ağları (WLAN): Erişim sistemlerinde gündemde olan bir konu da kablosuz yerel alan ağlarıdır. Takılan küçük üniteler vasıtasıyla bilgisayarlar
kablosuz olarak radyo sinyalleri vasıtasıyla hotspot olarak adlandırılan merkezi sistemlerle haberleşebilmekte, merkezi sistemin bağlantısı üzerinden de yerel ve geniş alan ağlarına (LAN, WAN) çıkabilmektedir. Bu imkân kullanıcıya, kapsama alanı içinde hareket kolaylığı getirmektedir. Günümüzde dizüstü bilgisayarlar artık WLAN bağlantı üniteleri ile üretilmeye başlanmıştır. WLAN, 2.4 veya 5 Ghz frekans bandında çalışan, IEEE 802.11 serisi tavsiyelerle standartlaşan ve Wireless Fidelity (Wi-Fi) olarak da isimlendirilen bir teknolojidir. IEEE 802.11a, 802.11b ve 802.11g tavsiyesine uygun olarak 11 Mb/s ve 54 Mb/s hızında iletim yapan ürünler bir süreden beri kullanılmaktadır. Bir sonraki adım ise 100 Mb/s hızını aşmaktır. Günümüzde insanların yoğun olarak bulundukları bir çok ortamda kablosuz erişim noktası olduğunu gösteren mesajlar görmek mümkündür. Yukarıda bahsedilen ADSL teknolojisi ile WLAN teknolojisini birleştiren modemler yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu sayede, bir İnternet kullanıcısı diz üstü bilgisayarının WLAN özelliğini kullanarak kablosuz olarak modemine, oradan da ADSL özelliğini kullanarak telefon hattı üzerinden İnternete bağlanabilmektedir. IEEE 802.11 standardının yanında, 2.4 Ghz frekansında 1 Mb/s hıza kadar kısa mesafelerde haberleşme imkanı sağlayan bluetooth (IEEE 802.15) ile 2-11 Ghz frekans aralığında 70 Mb/s ye kadar hız imkanı sağlayan Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) (IEEE 802.16) kablosuz ağlarda kullanılan diğer standartlardır. Ayrıca, çok fazla yaygın olmayan başka kablosuz ağ teknolojileri görmek mümkündür. Cep telefonları (GSM): Cep telefonları 1992 yılından itibaren öncelikle ses haberleşmesi için kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde 214 ülkede 690 cep telefonu işletmecisi tarafından 2 milyarın üzerinde aboneye hizmet verilmektedir. Cep telefonları üzerinden veri iletişiminin ilk uygulaması Wireless Application Protocol (WAP) olmuştur. WAP ın veri haberleşmesi için çok yetersiz kalmasıyla yeni çalışmalar başlamış ve 2G, 2.5G, 2.5G+ ve 3G olarak isimlendirilen bir yol haritası izlenmiştir. 2G, klasik GSM servislerini sağlayan şebekedir. 2.5G, teorik olarak 170 Kb/s hıza kadar veri haberleşmesine imkân veren General Packet Radio Service (GPRS) teknolojisidir. Günümüzde kullanımda olan bu teknolojide, pratikte 170 Kb/s hızı sağlayan hiçbir servis sağlayıcı olmadığı gibi, bu hız en çok 50 Kb/s hıza çıkabilmektedir. GPRS teknolojisinin de yetersiz kalması nedeniyle bulunan bir ara çözüm 2.5G+ olarak da isimlendirilen Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE) teknolojisidir. Bu teknolojide bant genişliği 384 Kb/s hıza kadar ulaşabilmektedir. GSM de ulaşılmaya çalışılan bir büyük hedef ise 3G olarak isimlendirilen Universal Telecommunications System (UMTS) teknolojisidir. UMTS hem verilecek servisler hem de hız açısından geleceğin cep telefon teknolojisi olarak tanımlanmıştır. 2001 yılında Japonya da kurulan FOMA şebekesi UMTS teknolojisinin başlangıcını oluşturmuştur. UMTS, günümüzde radyo erişimi olarak Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA) tekniğini kullanmaktadır. UMTS de hedeflenen abone hızı sabit aboneler için 2 Mb/s, hareketli aboneler için 384 Kb/s dir. GSM teknolojisindeki önemli gelişmelerden bir tanesi klasik Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA) teknolojisinden Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) teknolojisine geçiş çalışmalarıdır. TDMA teknolojisinde, abone bir irtibat kurduğu zaman görüşme süresi boyunca belli bir bant genişliği bu aboneye tahsis edilmektedir. Abone görüşme süresi boyunca konuşsa da, konuşmasa da bu kanal korunmaktadır. Oysa CDMA teknolojisi bant genişliğini TDMA teknolojisine göre üç kat daha etkin kullanabilmektedir. Abone konuşmadığı zaman daha az bilgi gönderilerek, bant genişliği boşu boşuna işgal edilmemektedir. UMTS in temelini oluşturan W-CDMA bu özelliğe sahip bir teknolojidir.
Ses ve veri entegrasyonu: Ses ve veri haberleşmesindeki gelişmelere bakıldığında, bu iki şebekenin birleşme süreci içinde olduğu görülmektedir. VoIP, VoATM, VoDSL, IP telefon son zamanlarda sık sık duyduğumuz ses ve veri haberleşmesini birleştiren teknolojilerdir. Başlangıçta tüm dünyada ayrı ayrı tesis edilen ses ve veri şebekelerinin birleşme sürecinde üç aşamadan geçtiğini söylemek mümkündür. Bu aşamalar özetle şöyledir: 1. Ses şebekesinin veri haberleşmesi için kullanılması: Analog ve ISDN telefon devreleri üzerinden modemlerle yapılan veri bağlantılarıdır. Ucuz ve kolay bir yöntem olması nedeniyle, en yaygın kullanım örneği internet kullanıcılarının ev ve iş yerlerinden modem ile internet servis sağlayıcılarına bağlanmasıdır. Bu yöntem bant genişliği açısından oldukça yetersiz kalmakta ve günümüz ihtiyaçlarına cevap verememektedir. 2. Ses ve veri şebekelerinin ağ geçitleri (gateway) ile entegrasyonu: Bu yöntemde iki şebeke arasında geçişi sağlamak üzere ağ geçitleri kullanılmaktadır. Ses şebekesi üzerinde bulunan bilgisayarlar, bir önceki uygulamada olduğu gibi Uzaktan Erişim Servis (RAS) sunumcuları vasıtasıyla veri şebekesine geçiş yaparak veri haberleşmesi yapabilmektedirler. Veri şebekesi üzerinde ses amacıyla kullanılan IP telefonlar ise ağ geçitleri üzerinden ses şebekesindeki telefonlara ulaşabilmektedir. Böylece, her iki şebeke de ses ve veri amaçlı karşılıklı kullanılabilir duruma gelmektedir. 3. Veri şebekesinin hem veri hem de ses amaçlı kullanımı: İki farklı şebekeyi kurmak, işletmek ve idame ettirmek yerine tek bir şebekeyle tüm ihtiyaçları karşılamaya çalışan ve ses ile veri şebekelerinin birleşme sürecinde ulaşılan son yöntemdir. Veriye göre çok daha az bant genişliğine ihtiyaç duyan ses, veri şebekesi üzerinden iletilmektedir. Sesin, veri gibi gecikmeye tahammülü olmaması nedeniyle, gecikmeye uğramadan iletilmesi için özel yöntemler uygulanmaktadır. Transmisyon sistemlerindeki geniş bant kapasiteleri kullanılarak, veri şebekelerinde oldukça geniş kapasitelere ulaşılabilmektedir. Dünya çapında örgütlenmiş bazı firmalar birimleri arasındaki tüm haberleşmeyi oluşturdukları veri şebekesi üzerinden yapmaya başlamışlardır. Ucuz fiyatlarla görüşme imkânı sunan birçok telekomünikasyon firmasının kullandığı bir yöntemdir. Günümüzde marketlerde satılan yeni telefonlarda VoIP özelliğini de desteklediğini belirten ilanlar görmemiz mümkündür. Transmisyon sistemleri: Telekom servis sağlayıcılarının erişim noktalarında toplanan her türlü abone bilgisi (ses, veri, görüntü, v.b.), görüşülmek istenen karşı abonenin yerine bağlı olarak, şehir içi, şehirlerarası ve ülkeler arası başka bir noktaya transmisyon sistemleri vasıtasıyla taşınmaktadır. Günümüzde en yaygın transmisyon sistemi fiber optik kablolar ile kabloların uçlarına bağlanan multipleks (tek bir hat üzerinden, birden fazla sinyali birleştirerek tek bir sinyal olarak gönderen elektronik cihaz) cihazlarından oluşmaktadır. Ana malzemesi cam olan ve üzerinden ışıkla iletişim sağlanan fiber optik kablolar, kablosuz olarak haberleşme imkanı sağlayan radyo link ve uydu sistemlerine göre çok daha yüksek kapasitede ve kaliteli haberleşme imkanı sağlamaktadır. Fiber optik kablo uçlarında ise, Synchronous Digital Hierarchy (SDH) teknolojisini kullanan multipleks cihazları en yaygın kullanılan sistemlerdir. Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada da kullanılan aynı teknoloji SONET olarak isimlendirilmektedir ve bant genişlikleri farklıdır. Ancak, birçok dökümanda bu iki terimi birlikte görmek veya sadece birini görmek mümkündür. SDH teknolojisinde, STM-0, STM-1, STM-4, STM-16 ve STM-64 olarak isimlendirilen sırasıyla 51 Mb/s, 155 Mb/s, 622 Mb/s, 2,5 Gb/s ve 10 Gb/s bant genişlikleri sağlanmaktadır. Ayrıca, 40 Gb/s kapasiteye sahip STM-256 sisteminin de geliştirme çalışmaları devam etmektedir.
Transmisyon sistemlerindeki en önemli gelişme ise Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) teknolojisidir. SDH teknolojisinde sinyal ışık olarak tek bir dalga boyunda gönderilirken, DWDM teknolojisinde ışığı çoklama kabiliyeti getirilmiş ve aynı fiber üzerinde, aynı anda, farklı dalga boylarında sinyal gönderme imkânı kazanılmıştır. DWDM sistemleri ile, aynı anda birden fazla STM-16 (2,5 Gb/s) veya STM-64 (10 Gb/s) sinyali paralel olarak iletilebilmektedir. Aynı fiber üzerinde 160 farklı dalga boyu ileten sistemler geliştirilmiştir. Şu anda 160*10 (STM- 64) =1,6 Tb/s hızını sağlayan sistemler piyasada mevcuttur. Yukarıda bahsedilen STM-256 (40 Gb/s) sistemlerin kullanılmaya başlanması ile toplam hız 80 * 40 = 3,2 Tb/s olacaktır. Dalga boylarına bindirilen sinyal hızı arttıkça, kullanılabilen dalga boyu sayısı azalmaktadır. STM-64 taşımada 160 dalga boyu kullanılırken, STM-256 taşımada 80 dalga boyu kullanılabilmektedir. İlave olarak, firmaların 240 dalga boyu kullanan sistemlerin laboratuar çalışmalarını yaptıkları bilinmektedir. Tüm kapasitenin 64 Kb/s ses amaçlı olarak kullanıldığını varsayarsak, bir çift fiber üzerinden bugün yaklaşık 20 milyon kişi aynı anda görüşebilmektedir. Yakın gelecekte bu sayı 100 milyon rakamını aşacaktır. Veri şebekeleri: Veri şebekelerinde kullanılan en yaygın protokol IP olduğu için veri şebekeleri genel olarak IP şebeke olarak isimlendirilmektedir. IP şebekelerin gelişim trendine bakıldığında, IP protokolünün, farklı protokoller tarafından taşındığı ve araya değişik protokollerin girdiği görülmektedir. Bu durumda, transmisyon sistemlerinden başlayarak IP protokolüne kadar birçok katman oluşmaktadır. Örneğin, IP, FRAME RELAY, ATM, SDH, DWDM, sistemlerinin üst üste bindirildiği bir yapıda 5 ayrı protokol vardır. Her protokolün taşıdığı bilgiye belli miktarda başlık ve sonuç bilgileri eklediğini düşünürsek, sonuçta toplam kapasitenin önemli bir bölümünün bilginin kendisinin taşınmasında değil, protokollerin çalışabilmesi için kullanıldığı ortaya çıkmaktadır. Bu olumsuzluğu ortadan kaldırmak maksadıyla, IP protokolünün direkt olarak SDH sistemleri üzerinden taşınması, son olarak da DWDM sistemleri üzerinden herhangi bir protokol dönüştürmesine gerek kalmadan taşınması imkânı getirilmiştir. Geçmiş yıllarda, IP şebekesinin yeterince güvenilir olmaması ve yeterli kalitede (Quality Of Service-QoS) servis sağlayamaması nedeniyle ATM veri şebekesi uygulamaları geliştirilmiştir. Örnek olarak, canlı yayın bir görüntünün gecikme ve kayıp olmadan karşı merkeze iletilmesi ATM teknolojisiyle mümkün hale gelmiştir. Oysa geçmişte, IP şebeke uygulamasında gecikmelerin ve kayıpların olması kaçınılmaz idi. IP veri şebekeleri ile ATM veri şebekeleri geçmiş yıllarda iki alternatif şebeke olarak gösterilmiş, bazı firmalar ATM cihazlara, bazı firmalar ise IP cihazlara ağırlık vermişlerdir. IP teknolojisine ağılık veren firmalar, ATM teknolojisinin getirdiği avantajların IP protokolüne de kazandırılması yoluna gitmişlerdir. IP şebekesinde kullanılan yönlendiricilere (router) MultiProtokol Label Switching (MPLS) olarak isimlendirilen yeni bir protokolü ilave etmişlerdir. Bu protokolün amacı, bağlantısız (connectionless) olarak çalışan IP protokolünü uçtan uca bağlantılı (connection-oriented) güvenilir hale getirmek ve istenen kaliteyi (QoS) sağlamaktır. MPLS protokolü ATM tarafından sağlanan önemli üstünlükleri telafi ederek veri şebekelerinde ATM katmanını ortadan kaldıran bir gelişme olarak gösterilmiştir. Ancak, gerek tarihsel gelişmeler nedeniyle gerekse ATM teknolojisinin bazı üstünlüklerinin hala devam ediyor olması nedeniyle, son yıllarda firmaların bu iki teknolojiyi birleştirme yoluna gittiklerini ve aynı donanım ve yazılım üzerinde ATM, MPLS ve IP özelliklerini destekleyen cihazlar geliştirdiklerini görmekteyiz. Veri ve transmisyon sistemleriyle ilgili olarak yapılan bir çalışma da, DWDM katmanında (ışık seviyesinde) Multiprotocol Lambda Switching (MPlS) Protokolu ile
ışığın yönlendirilmesi (routed-wavelength) veya anahtarlanmasıdır (switchedlightpaths). MPlS, IP seviyesindeki MPLS protokolünün basitleştirilmişidir. Bir başka bakış açısıyla, MPLS ile DWDM teknolojilerinin birleştirilmesidir. Bu teknolojide kullanılan ışık dalga boyları ışığın etiketi olarak alınmakta ve ona göre yönlendirilmekte/anahtarlanmaktadır. Bu teknoloji de önümüzdeki yıllarda karşımıza çıkacak bir teknoloji olarak görülmektedir. Sonuç olarak; insanların evinde, yolda, iş yerinde sabit veya hareketli olarak ihtiyaç duyabileceği her türlü bilgi iletişimi ihtiyacını karşılamak maksadıyla telekomünikasyon sektöründe önemli gelişmeler yaşanmaktadır. Bu yazıda tanıtılan teknolojilerin haricinde birçok iletişim sisteminden bahsetmek mümkündür. Burada, güncel olan ve önemli olduğu düşünülen teknolojiler kısaca tanıtılmıştır. Günlük hayatımızın artık vazgeçilmez bir parçası olan iletişim sistemlerinin önemini, ihtiyaç duyduğumuzda bir alo diyemediğimiz veya İnternete bağlanamadığımız zamanlarda, sanki nefesimiz kesilmiş gibi hissetmeye başladığımız bu dönemde, telekomünikasyonsuz kalmamanız dileğiyle