Görünür Işıkla Haberleşmede Fiziksel Katman Güvenliği #KHAStaAraştırıyoruz

6G’de hız ve bilgi taşıma kapasitesi bakımından 5G’den en az 1000 kez daha yetenekli, yeni bir kablosuz haberleşme teknolojisinin temelleri atılıyor. Bilginin ışıkla iletilmesini sağlayan ve “Görünür Işıkla Haberleşme” adı verilen bu yeni teknoloji kısa süre içinde yaşantımızın önemli bir parçası haline gelecek. KHAS Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Erdal Panayırcı’nın koordinatörlüğünü üstlendiği bir araştırma projesi, bu yeni teknolojiye odaklanıyor.

İnsanlar tarafından üretilen bilgi her on yılda yaklaşık 1000 kat artıyor ve bu artış hızı son 50 yıldan beri hiç değişmeden sürüyor. Ancak son yıllarda, özellikle iletişim alanında “şey” diye tabir edilen, cansız nesnelerin de bilgi üretmeye ve birbirleriyle haberleşmeye başlamasıyla bunun daha da hızlanacağı anlaşılıyor.

Üretilen bu büyük boyutta bilginin güvenli olarak saklanabilmesi, işlenebilmesi ve bir yerden diğer bir yere iletilmesi için her 10 yılda, bir önceki kuşağa oranla 1000 kez daha yetenekli yeni bir G (generation/nesil) iletişim teknolojisinin ortaya çıkması gerekiyor. 1980’lerde 1G’den başlayarak yaklaşık her on yılda bir, aşamalı olarak bu yıl 5G’ye ulaşmış durumdayız. Önümüzdeki on yıl içinde 5G teknolojisiyle, bu zamana kadar üstün performansla başarmakta güçlük çektiğimiz, “Sanal ve Artırılmış Gerçeklik”, “Makineler ve Araçlar Arası Haberleşme”, “Yapay Zeka ve Makine Öğrenmesi ile Kendi Kendine Karar Verebilen Akıllı Sistemler”, “Büyük Veri Marketleri” gibi uygulamalar günlük yaşantımıza yeni boyutlar katacak ve kolaylıklar sağlayacak.

2030’lu yılların başından itibaren uygulamaya girecek olan 6G teknolojisinin sağlayacağı yeni yeteneklerin bir bilimkurgu niteliği taşıyacağını söyleyen ve 6G üzerinde şimdiden tüm dünyada başlamış olan yoğun bilimsel araştırma ve geliştirme çalışmalarının da bu amacı 10 yıl içinde başaracağına inanan Kadir Has Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Erdal Panayırcı, 5G ile 6G arasındaki en önemli farkı şöyle özetliyor: “5G teknolojisi büyük oranda, 1G’den başlayarak 4G’ye kadar aşamalı olarak geliştirilen teknolojilere dayanıyor. 6G’de bu zamana kadar hiç karşılaşmadığımız birtakım özgün ve yeni teknolojilerin yaratılmasına gereksinim duyulacak. 5G ile bilgiyi taşımak için kullandığımız elektromanyetik dalgaların frekanslarının son limitlerine ulaşmış durumdayız. Buna bir alternatif ve yardımcı olarak 6G’de gerek hız gerekse bilgi taşıma kapasitesi bakımından ondan en az 1000 kez daha yetenekli, yeni bir kablosuz haberleşme teknolojisinin temelleri atılıyor. Bilginin ışıkla iletilmesini sağlayan ve Görünür Işıkla Haberleşme (Visible Light Communications / VLC) adı verilen bu yeni teknoloji, bugünkü cep telefonları gibi, yaşantımızın bir parçası olacak.”

Kablosuz haberleşmek teknolojisinde yakın zamanda çığır açacak bu yeni teknoloji, önemli bir araştırma projesinin de temel ilgi alanını oluşturuyor: Koordinatörlüğünü Prof. Panayırcı’nın üstlendiği, “Görünür Işıkla Haberleşmede Fiziksel Katman Güvenliği” başlıklı TÜBİTAK ARDEB 1003 (Öncelikli Alanlar Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı) projesi, VLC’de güvenliği sağlamaya yönelik olarak, özgün ve yenilikçi bir fiziksel katman güvenlik sisteminin tasarlanması ve laboratuvar ortamında gerçeklenmesini amaçlıyor. Bu amaç doğrultusunda, bir güvenlik yazılım ve donanım platformunun tasarımı da projenin temel hedefini oluşturuyor.

Optik Kablosuz Haberleşme (Optical Wireless Communications / OWC) sistemleri ve bunun olası bir uygulaması olan Görünür Işıkla Haberleşme, sahip olduğu çok yüksek frekans bant genişliği, bilgi iletim kapasitesi, elektromanyetik girişimlere karşı yüksek bağışıklığı, uzamsal ortamlarda yüksek oranda güvenli kapanma özelliği ve kapsadığı frekans spektrumunun belli regülasyonlarla düzenlenmemiş olması sayesinde, geniş bir uygulama alanı içinde, çok önemli teknik ve operasyonel üstünlükler sağlıyor. Özellikle 5G ve ötesi radyo tabanlı kablosuz haberleşme sistemlerine bir seçenek olarak veya onların tamamlayıcı nitelikte, yaygın kullanıma ve standartlara girecek yeni bir teknoloji olarak karşımıza çıkıyor.

Prof. Panayırcı’nın aktardığı üzere, VLC sistemleri ışık yayan diyotların (LED’ler) kullanımına dayanıyor. Bu sistemler, halen yeni ve gelecek nesil genişbant teknolojileri arasında, üzerinde en fazla araştırma yapılan ve en çok ilgi çekenlerden biri. 400-800 THz (780-375 nm) gibi çok geniş bir frekans bandında çalışan ve bu bant içinde 100 gigabit/saniye (Gbps) hızlara erişebilen VLC, 5G ötesi sistemlerin uygulanmasını kolaylaştıracak ve bu yönde büyük katkılar sağlayacak.

Yürütücülüğünü Prof. Panayırcı’nın üstlendiği projede toplam 10 kişi görev yapıyor: KHAS’tan 2 yüksek lisans öğrencisi projede bursiyer olarak çalışırken gerekli iş paketlerine katkıda bulunuyor. Projenin İstanbul Teknik Üniversitesi ayağında 1 profesör, araştırmacı olarak görev yapıyor; 1 profesör dışardan projeye katkı veriyor, 1 lisans ve 1 doktora öğrencisi de bursiyer öğrenci olarak projede çalışmalarını sürdürüyor. Boğaziçi Üniversitesi ayağında ise 1 profesör araştırmacı olarak görev yaparken 1 doktora öğrencisi ve 1 lisans öğrencisi, bursiyer olarak projeyle ilgili çalışmalarını sürdürüyor.

Projenin uluslararası ayağında ise, Edinburgh Üniversitesi’nden (Birleşik Krallık) “Görünür Işıkla Haberleşme”nin (LiFi) isim babası Prof. Harald Haas, resmi bir danışman olarak projede görev yapıyor. Ayrıca, Kadir Has Üniversitesi’nde yüksek lisans eğitimlerin tamamladıktan sora Prof. Haas yönetiminde doktora çalışmalarını sürdüren 2 öğrencimiz de projeye destek veriyor. Bu kapsamda son olarak, Princeton Üniversitesi’nden (ABD) fiziksel katman güvenliği konusunda büyük deneyime sahibi Prof. Vincent Poor’un da projeye destek verdiğini belirtmek gerekiyor.

15 Kasım 2019’da çalışmalarına başlayan ve iki yıl sürecek olan proje, yine optik haberleşmeyle ilgili olan ve 1 Eylül 2020-1 Eylül 2024 tarihlerini kapsayan süre içindeki, NEWFOCUS kodlu bir COST (The European Cooperation in Science and Technology / Bilim ve Teknolojide Avrupa İşbirliği) projesiyle de ilişkili.

Projeyle ilgili olarak şu ana dek etki faktörü yüksek çok sayıda prestijli bilimsel dergide yayınlar yapıldı ve çalışmaların sonuçları uluslararası konferanslarda sunuldu. Projenin donanımıyla ilgili ilk olumlu sonuçlar alınmaya başlandı ve çok yakında patent başvurunda bulunulması planlanıyor. Ayrıca bir yüksek lisans öğrencisi, projeyle ilgili yüksek lisans tezini başarıyla tamamlayarak mezun oldu. Diğer yüksek lisans ve doktora öğrencilerinin çalışmaları da başarılı bir şekilde sürüyor.