Dünyayı 5G’ye kavuşturan Türk! 77 yıllık sorunu çözdü: Sıfır hata, bin kat hızlı
Her gün onlarca mesajı, aramayı ve veriyi başka bir adrese kablosuz ağlar üzerinde yapıyoruz. Şimdi bu haberi okuduğunuz sistemleri çalıştıran teknoloji, tek başına okyanusun altındaki kilometrelerce uzunluktaki kabloların marifeti değil. Daha fazla veriyi, daha hızlı, daha hatasız şekilde iletebilecek, insan yaşamını insansız hale getirecek güç olan 5G’nin temellerinde Türk bir bilim insanın imzası olduğunu biliyor muydunuz? Prof. Dr. Erdal Arıkan’ın 77 yıldır çözülmeyi bekleyen sorunu aydınlatmasıyla, gelecek artık parmaklarımızın ucunda!
Derleyen: Zeynep Dilara Akyürek / Milliyet.com.tr – Her gün yeni mesajlar, aramalar ve bazen de hayati çağrılar yapılan, ülkelerin ilişkilerini ve kişilerin iletişimini, kilometrelerce uzunlukta kablolardan doğru adrese taşıyan sistemler, 20’nci yüzyılın temellerinde. 2G, 3G, 4G ve 4.5G’den sonra hayatımıza giren ve yepyeni bir iletişim çağını başlatan 5G’nin temellerinde ise bir Türk imzası olduğunu biliyor muydunuz? Üstelik hızlı ve kusursuz iletişim için yıllarca emek verip, 77 yıllık bir sorunun çözümünü sağlayan bir Türk: Prof. Dr. Erdal Arıkan! Onu ‘polar kodlamanın babası’ olarak da tanıyabilirsiniz. Ufacık bilmecelerin bile insan beynini yıllarca kurcalayabildiği dünyada, anlaşılması çok zor, keşfi hayranlık uyandırıcı bir sorunu Prof. Dr. Erdal Arıkan tüm dünya için çözdü. Keşfi, sıfır hata ile bugünkünden 1000 kat hızlı iletişim sağlayacak 5G’nin temellerinde yatacaktı. Öyle ki her sağlam adım, sağlam temel ve sağlam olan her şey geleceğe yatırımdı. Prof. Dr. Arıkan’sa, geleceğin teknolojisinin mucidi! Peki Bilkent Üniversitesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Arıkan 77 yıldır kimsenin başaramadığı neyi başarmıştı?
5G’NİN TEMELLERİNDE TÜRK İMZASI! 77 YILI NOKTALADI
Deniz tabanında gezegendeki her okyanusu kaplayan 1,4 milyon kilometre uzunluğunda kablolar var. Bunların amacı bir yakıt ya enerji taşımak değil. Hepsi, telefonların, arabaların, yazılımların ve teknolojik olan her cihazın durmaksızın çalışması için gerekli. Fabrikaların, üretim sistemlerinin tüm bunların temelinde yatan telekomünikasyonun sağlıklı şekilde sürdürülmesi için o kabloların varlığını korumak gerek. Ancak her şey gibi onların da bir gücü, maksimumu var. Tabii gelişime açık bir teknolojinin, son noktasının ne olduğunu asla bilemeyecek olmak, yeni keşiflerin, geleceği bugüne, bugünü sonsuza taşımanın da motivasyon kaynağı olabilir. Prof. Dr. Erdal Arıkan, tüm bu sistemlerin ve geleceğin, kısacık ismi olan 5G’de toplanması için sağlam temelleri atan isim. İsmi kısa da olsa, bugün bile çok büyük bir teknolojiye sahip telekomünikasyon sistemleri 77 yıldır çözülmeyi bekleyen bir sorunu da temellerinde taşıyordu. İşe Prof. Dr. Arıkan’ı ‘polar kodun babası’ yapacak olan sorun da buydu. Eğer bu sorun çözülürse 5G’nin temelleri atılır ve sıfır hatayla 1000 kat hızlı veri aktarımı ve belki de insan beynine ihtiyaç duyulmayan sistemler kullanılabilirdi. Öyle de oldu, sorun Prof. Dr. Erdal Arıkan tarafından 2008’de çözüldü!
1948’den bu yana çözülemeyen Shannon kapasite teoremi, herhangi bir kanal veya ortam üzerinden gönderilebilecek maksimum bilgi miktarını veya veri kapasitesini tanımlar. Yani bu, sinyal-gürültü (SNR) oranı ne kadar yüksekse ve kanal bant genişliği ne kadar fazlaysa, olası veri hızının o kadar yüksek olmasıdır. Bu denklem, veri hızına teorik üst sınırı belirler. Ancak bu, pratikte tam olarak elde edilemez. Ulaşılabilir hata oranının ne kadar düşük olacağı konusunda herhangi bir sınırlama getirmez. Bütün bunlar, kullanılan kodlama yöntemine bağlıdır. Bunun bir sonucu olarak, veri iletimi için gereken minimum SNR hesaplanabilir. Bu, Shannon sınırı olarak bilinir ve mevcut bant genişliği sonsuza gittiğinde ortaya çıkar. 2008 yılında Prof. Dr. Arıkan, Shannon'un kanal kapasite probleminin çözümü için matematiksel bir temel oluşturan kodlama sistemi olan ‘kutupsal kodlama’, yani polar kodları icat etti. Bir ileri hata düzeltme kodlama (FEC) şeması olan buluş, özellikle yüksek sinyal-gürültü oranı (SNR) durumunda kanal kapasitesine ulaşmak için bir yöntem olarak kabul edilen doğrusal bir blok koddur. Polar kodların, matematiksel zarafetleri ve belirli koşullar altında aşırı performansları çok dikkat çekmiş ve 5G iletişim standartları için kontrol kanalı kodlama şemalarından biri olarak seçilmişti. Artık kablosuz çağın, insandan öte sınırları olabilirdi. Yani gelecek, 77 yıl sonra Prof. Dr. Erdal Arıkan’ın ellerinde yükselmişti!
İNSANSIZ SİSTEMİN İNSANI: ‘5G’
Artık savaşların bile insansız sistemlerle, uzaktan kontrol edildiği, araçların otonom sürüş kabiliyetleri için yapay zekâlarla donatıldığı ve her gün en basit verilerden en büyük verilere pek çok bilginin yer değiştirdiği düşünüldüğünde hataların olması kaçınılmazdı. Dünyada bir benzeri daha olmayan bu buluşsa Prof. Dr. Erdal Arıkan’ın gurur verici eseriydi. Yani tüm dünyada verilerin sonsuz gücü, Türk profesörün imzasını taşıyordu. Peki Prof. Dr. Arıkan bunu nasıl anlatıyordu? Prof. Dr. Arıkan’ın, "5G ile endüstriyel internet diyebileceğimiz, ekonomiyi çok daha yakından etkileyen, olmazsa olmaz vazgeçilmez bir yeni bir değişim süreci hayal ediliyor" sözleri 5G ile ‘geleceğin’ ne olduğunu anlatıyordu. Ancak biraz daha açıklamak, ‘insanlığa insansız teknoloji getirecek 5G’yi mucidinden öğrenmek en güzeli:
"Burada siber fiziksel sistem adı verilen bir şey görüyoruz. Siber fiziksel sisteme en basit örnek, bir insanın bir otomobili sürüşü olabilir. Bu sistemin fiziksel olan kısmı arabanın kendisi, yol, sürücünün duyu organları (gözü, kulağı) ve uzuvları (direksiyonu çeviren elleri, gaza veya frene basan ayakları); siber olan kısmı ise sürücünün beyni. Duyu organları vasıtasıyla yol ve trafik ile ilgili topladığımız verileri beynimizde işliyoruz ve bazı kararlar veriyoruz. Direksiyonu sağa çevir, sola çevir, gaza bas, frene bas şeklinde. Sonra bu kararlar fiziksel düzlemde icra ediliyor. Mevcut siber fiziksel sistemlerde genel olarak insan devrede. Sürecin tümünü henüz makinelere yapay zekaya emanet edebilecek durumda değiliz. Ancak ileride yapılması hayal edilen şey, insanı devreden çıkartmak. Örneğin, insansız sürüş sistemlerine geçmek. Yolu kameralar görecek, veriyi bir yapay zekâ algoritması işleyecek ve otomobilin kumandasına ilişkin çeşitli kararlar verecek. Bu kararlar robot kolu vb. unsurlarlarla otomobili kumanda eden eylemlere dönüştürülecek. Eğer bu tür işler, insan olmadan yapılabilirse, o zaman gerçekten mühendislikte çığır açıcı yeni bir devir başlamış olacak. Hayal edilen iddialı şey bu aslında. 5G bunun iletişim altyapısı olarak anlaşılmalı. Bir anlamda, insanın duyu organları ve uzuvları ile beyni arasındaki sinir sistemi gibi."
HATA YOK, HIZ VAR! ‘GERÇEKLEŞİP GERÇEKLEŞMEYECEĞİ BİLİNMİYOR’
Telekomünikasyon kablolarının Güneş'in çapını kaplayacak uzunlukta olması, her gün artan dijital verilerin yüzde 99’unu aktaracak kapasitesi onları, çağımız için çoktan bir vazgeçilmez yapmıştı. Uçtan uca döşenen bu kablolar, uçtan uca onları kapsayacak bir güçle maksimum, yani ‘sonsuz’ kullanılabilirdi. Aklın sınırlarını zorlayan bu kapasiteyi sağlayan kodlar, Prof. Dr. Erdal Arıkan’ı Huawei’in ‘Kutupsal Kodların Babası’ ve ‘Gerçek bir Mucit’ olarak ilan etmesini sağlamıştı. Huawei Yönetim Kurulu Başkanı Eric Xu, "Profesör Erdal Arıkan 'polar codes' makalesini 24 Temmuz 2008’de yayımladı. Kutupsal kod 2017 Aralık ayında 5G standartlarının temel elemanı olarak kabul edildi. 22 Şubat 2018’de de Dünya Mobil Kongresi'nde polar kod bazlı ilk 5G sistem Vodafone-Huawei işbirliği ile çalıştırıldı. 3GPP’nin 5G yeni radyo standartları da 14 Haziran 2018’de (standart 15 olarak) kabul edildi. Profesör Arıkan’ın polar kodlar makalesinin yayını ile Release 15 standartları arasında 10 yıl geçti. Gördüğümüz, buzdağının sadece tepesi. Suyun altında ise 10 yıllar boyunca süren araştırma ve keşifler var" sözleriyle Prof. Dr. Erdal Arıkan’ın başarısını anlatıyordu. Peki, tüm hayallerin gerçek olmasını sağlayacak ‘Veriküre’ Prof. dr. Arıkan tarafından nasıl anlatılıyordu?
Profesör Arıkan hayal edilenin gerçekleşmesi için yararlı gördüğü kavramın, ‘Veriküre’ olduğunu vurguluyor ve bu olmazsa olması şöyle aktarıyor: “Veriküre’nin 3 katmanı var. En dışta 'uç noktaları' var. Uç noktaları fiziksel dünyanın kendisi. Verilerin üretildiği ve veriler ile ilgili kararların geriye dönülüp icra edildiği noktalar. Bir akıllı şehir uygulamasını düşünürseniz, trafik durumunu rapor eden kameralar ve trafik ışıkları uç noktalara karşı geliyor. Veriler giderek artan miktarda sensörler vasıtasıyla toplanacak ve bunlar değerlendirilecek. Tıpkı insan beynine duyu organlarından giden verilerin değerlendirilmesi gibi. Bu değerlendirme işlemi verikürenin 'çekirdek' adı verilen merkezinde yapılacak. Çekirdeğin görevi verilerin saklanması, taşınması ve işlenmesi. Bütün bu işlemler çekirdekte, hızlı yapılmak zorunda. Sonra işlenmiş veriden çıkarılan bilgiler, tekrar uç noktalara gidecek. Bu uç noktalarla çekirdek arasında bir ara katman var. O da 'kenar' dediğimiz kısım. Kenarın kapsamında cep telefonlarıyla baz istasyonları arasındaki kablosuz haberleşme sistemleri, ev veya ofislerdeki internet bağlantı noktaları, ADSL modemler var. Kenar, operatÖr adını verdiğimiz telekom altyapı sağlayıcılarının, telekom servis sağlayıcılarının iş alanı. Kenarın önemli ve giderek artan bir kısmı, mobil, kablosuz haberleşmeye dayanıyor.”
Ancak veri her geçen gün artıyordu. İletilmesi gereken daha çok şey, daha fazla hata getirebilirdi. Bunun olmaması için de sıfır hata ile 1000 kat hızlı bir aktarım sağlayacak 5G şarttı. Prof. Dr. Arıkan, “Veri bin misli artacak belki ve veri çekirdekte işlenecek. O zaman verinin bu kenarı geçip çekirdeğe girmesi lazım. Yine insan benzetmesine bakarsak, duyu organlarından topladığımız bilginin beyne iletilmesi gibi bir şey ama bu ölçek bakımından çok daha büyük bir olay. Çünkü veriküre dağıtık bir sistem, çok değişik noktalardan toplanan veriler söz konusu ve onların çekirdeğe gitmesi gerekiyor. O arada bir darboğaz olacak ve 4G teknolojileri yani mevcut kablosuz haberleşme teknolojileri bu darboğazı aşmak için yetersiz. Çünkü onlar yeterli bant genişliğine sahip değil. Bu kadar büyük miktarda veriyi gecikmesiz ve yeterli kalitede uç noktalardan çekirdeğe taşıyacak kapasiteleri yok. Kısacası, 5G olmadan veriküre mimarisinin işletilmesi mümkün değil. 5G telekom dünyasında vizyon sahibi kurumların geliştirdikleri bir çözüm ve eylem planı” diyerek 5G’yi açıklıyordu. Başardığı şey tam anlamıyla ‘gelecek’ti ve bu dünya çapında da kabul ediliyordu.Prof. Dr. Arıkan’ın ödüller ve başarılarla dolu yaşamı, insanlığa geleceği getiriyordu. Üstelik bu konuda bilim dünyası da, geleceğe atılan her adımda aynı kararlılığa sahipti.
Huawei firmasının Kurucu Başkanı Ren Zhengfei Prof. Erdal Arıkan’a üzerinde ‘Polar Kodlamanın Babası’ yazılı altın bir plaket takdim etmişti. Bu ödülden önce de Prof. Erdal Arıkan ulusal ve uluslararası çok kıymetli ödüller kazandı. Aldığı ödüller arasında 2010 yılında Elektrik Elektronik Mühendisleri Meslek Örgütü’nün (IEEE) Information Theory Society Makale Ödülü, 2013 yılında IEEE W.R.G. Baker Ödülü, 2017 yılında IEEE Türkiye Şubesi Ömür Boyu Başarı Ödülü, 2018 yılında ise IEEE’nin en prestijli ödüllerinden Hamming Madalyası ve IEEE Information Theory Society Shannon ödülü bulunuyor. Az değil, Prof. Dr. Arıkan geleceği parmaklarımızın ucuna taşıdı!
