Ağ Temelleri

7 - Kablosuz İletişim Teknolojileri

Emre Can Yılmaz
[email protected]

Ondokuz Mayıs Üniversitesi

2024

Kablosuz İletişim Teknolojileri

Biraz Tarih

  • Modern kablosuz iletişim, Heinrich Rudolph Hertz’in 1800’lerin sonunda elektromanyetik dalgaları keşfetmesiyle başlar.
  • 1901: Guglielmo Marconi, Atlantik Okyanusu’nun karşısına kablosuz telgraf ile mesaj gönderdi.
  • 1920’ler: Radyo, telgraf ve radyo telefonlar kullanılmaya başlandı.
  • 1942: Hedy Lamarr, frekans atlamalı yayılı spektrum (FHSS) tekniğinin patentini aldı. Bu, modern Wi-Fi ve Bluetooth’un temelini atan teknolojidir.
  • 1940’lar: Mikrodalga teknolojisi ortaya çıktı.
  • 1962: Telstar uydusu fırlatıldı; kıtalararası ilk canlı TV yayını ve veri aktarımı sağlandı. WWAN’ın temeli atıldı.
  • 1983: Hücresel telefonlar (1G) kullanıma sunuldu.
  • 1997: IEEE (Elektrik Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) tarafından 802.11 (Wi-Fi) standardı belirlendi.

Kablosuz İletişim

  • Kablosuz iletişim, kablolu iletişimin aksine, bir noktadan başka bir noktaya fiziksel bir hat kullanmadan veri, ses veya görüntü taşınmasıdır.
  • İletim, iletken bir kablo yerine boşlukta yayılan elektromanyetik dalgalar (radyo dalgaları, mikrodalgalar vb.) aracılığıyla yapılır.
  • Elektromanyetik dalgaların yayılmak için (ses dalgalarının aksine) fiziksel bir ortama ihtiyacı yoktur; boşlukta da yayılabilirler (Örn: Uydu iletişimi).

Elektromanyetik Spektrum

  • Elektromanyetik dalgalar, farklı dalga boyları ve frekanslara sahip enerji formlarıdır.
  • Elektromanyetik spektrum, bu dalgaları frekanslarına göre sıralar.
  • Kablosuz iletişim teknolojileri, elektromanyetik spektrumun farklı bölümlerini kullanır:

Kızılötesi (Infrared - IrDA)

  • Kızılötesi (IR) iletişim, görünür ışık spektrumunun hemen altında yer alan elektromanyetik dalgaları kullanır.
  • Özellikleri:
    • Kısa mesafeli iletişim (genellikle 10 metreye kadar).
    • Cihazlar arasında görüş hattı (Line-of-Sight) olması gerekir.
    • Duvarlardan ve diğer engellerden geçemez.
  • Kullanım Alanları:
    • TV uzaktan kumandaları
    • Veri aktarımı için kullanılan IrDA (Infrared Data Association) cihazları

Radyo Frekansı (RF)

  • Radyo frekansı (RF) iletişim, radyo dalgalarını kullanarak veri iletimi sağlar.
  • Özellikleri:
    • Uzun mesafelerde iletişim sağlayabilir.
    • Duvarlardan ve diğer engellerden geçebilir (Kızılötesine göre avantajı).
  • Kullanım Alanları:
    • Wi-Fi, Bluetooth (Lisanssız bantlar)
    • Radyo ve televizyon yayınları (Lisanslı bantlar)
    • Mobil iletişim (Lisanslı bantlar)

Lisanslı vs. Lisanssız Spektrum

  • Lisanssız Spektrum (Unlicensed Spectrum):
    • Herkesin kullanımına açıktır (Örn: 2.4 GHz, 5 GHz).
    • Kullanan teknolojiler: Wi-Fi, Bluetooth, mikrodalga fırınlar.
    • Avantajı: Ücretsiz, kurulumu kolay.
    • Dezavantajı: Girişim (Enterferans) yoğundur, çünkü herkes aynı bandı kullanır.
  • Lisanslı Spektrum (Licensed Spectrum):
    • Kullanım hakları devlet tarafından (örn: BTK) açık artırmayla satılır.
    • Kullanan teknolojiler: Mobil İletişim (4G/5G), TV/Radyo yayınları.
    • Avantajı: Bant size özeldir, girişimden korunur, garantili hizmet kalitesi (QoS) sunulabilir.
    • Dezavantajı: Çok pahalıdır.

Kablosuz Ağ Türleri

Kablosuz ağlar, kapsama alanlarına ve kullanım amaçlarına göre dört kategoriye ayrılır:

  • Kablosuz Kişisel Alan Ağı (WPAN)
  • Kablosuz Yerel Alan Ağı (WLAN)
  • Kablosuz Metropol Alan Ağı (WMAN)
  • Kablosuz Geniş Alan Ağı (WWAN)

Kablosuz Kişisel Alan Ağı (WPAN)

  • WPAN (Wireless Personal Area Network), yakın mesafedeki (genellikle 10 metreye kadar) cihazları birbirine bağlar.
  • Örnekler:
    • Bluetooth kulaklıklar, klavyeler
    • Akıllı saatler
    • Kişisel sağlık cihazları
    • Zigbee ve Z-Wave (Özellikle Akıllı Ev / IoT cihazları için düşük güç tüketimli protokoller)

Bluetooth

  • Bluetooth, kısa mesafeli kablosuz iletişim sağlayan bir teknolojidir. (WPAN’ın en popüler örneğidir).
  • Özellikleri:
    • Düşük enerji tüketimi (BLE - Bluetooth Low Energy)
    • Kolay kurulum ve kullanım (Eşleştirme)
    • Geniş cihaz desteği
  • Kullanım Alanları:
    • Kablosuz kulaklıklar, hoparlörler, klavyeler, fareler
    • Telefonlar, tabletler ve diğer cihazlar arasında dosya ve ses aktarımı

Kablosuz Yerel Alan Ağı (WLAN)

  • WLAN (Wireless Local Area Network), bir ev, ofis veya bina gibi sınırlı bir alanda (tipik olarak ~100m) kablosuz bağlantı sağlar.
  • En yaygın WLAN teknolojisi Wi-Fi’dir.

Wi-Fi (Wireless Fidelity)

  • Wi-Fi, IEEE 802.11 standardına dayanan bir kablosuz ağ teknolojisidir.
  • Özellikleri:
    • Yüksek veri iletim hızı
    • Geniş kapsama alanı (WPAN’a göre)
    • Kolay kurulum ve kullanım
  • Kullanım Alanları:
    • Ev ve ofis ağları
    • Kamuya açık Wi-Fi noktaları (Hotspotlar: Kafeler, havaalanları, oteller vb.)

Wi-Fi Standartları (Evrimi)

Wi-Fi, IEEE 802.11 standart ailesidir. Evrimi hız, frekans ve verimlilik üzerine kuruludur:

  • 802.11b (Wi-Fi 1): 2.4 GHz bandı, maks. 11 Mbps. İlk yaygınlaşan standart.
  • 802.11g (Wi-Fi 3): 2.4 GHz bandı, maks. 54 Mbps. (b ile geriye uyumlu).
  • 802.11n (Wi-Fi 4): 2.4 GHz ve 5 GHz bantları. MIMO (Multiple Input Multiple Output) teknolojisini tanıttı, hızı 300-600 Mbps’ye çıkardı.
  • 802.11ac (Wi-Fi 5): Sadece 5 GHz bandı. Daha geniş bant genişliği ve daha gelişmiş MIMO ile Gigabit hızlarına ulaştı.
  • 802.11ax (Wi-Fi 6/6E): 2.4, 5 ve (6E ile) 6 GHz bantları. Yoğun ortamlarda (ofis, stadyum) verimlilik ve daha yüksek hızlar sunar.

WLAN Avantajları

  • Hareketlilik: Kullanıcılar, ağa bağlı kalırken kapsama alanı içinde hareket edebilirler.
  • Esneklik: Kablolu bağlantıya ihtiyaç duyulmadığı için ağ kurulumu daha kolaydır.
  • Ölçeklenebilirlik: Ağa kolayca yeni cihazlar eklenebilir.
  • Maliyet: Kablolama maliyetini (özellikle eski binalarda) ortadan kaldırır.

WLAN Dezavantajları

  • Girişim (Enterferans): Özellikle lisanssız 2.4 GHz bandı, diğer Wi-Fi ağları, Bluetooth, mikrodalga fırınlar vb. nedeniyle kalabalıktır.

  • Güvenlik:

    • Sinyaller havada olduğu için “dinlemeye” açıktır. Güçlü şifreleme şarttır.
    • Güvenlik Protokolleri Evrimi:
      • WEP: Artık güvenli değil, ASLA kullanılmamalı (Kolayca kırılabilir).
      • WPA: WEP’in yerini aldı.
      • WPA2 (AES ile): Yıllarca endüstri standardı oldu, hala güçlü.
      • WPA3: En güncel ve en güvenli standart.
  • Performans (Paylaşımlı Ortam - Shared Medium):
    • Bir Erişim Noktasına (AP) bağlı tüm cihazlar aynı frekansı (kanalı) paylaşır.
    • Cihazlar sırayla konuşur (CSMA/CA). Kullanıcı sayısı arttıkça çakışma (contention) artar ve kişi başına düşen hız ciddi şekilde düşer.

Kablosuz Metropol Alan Ağı (WMAN)

  • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), bir şehir veya büyük bir kampüs gibi geniş bir alanı (birkaç km çapında) kapsayan kablosuz ağlardır.
  • Örnek Teknoloji: WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

  • WiMAX, geniş alanlarda (IEEE 802.16) kablosuz internet erişimi sağlayan bir teknolojidir.
  • Özellikleri:
    • Geniş kapsama alanı (birkaç kilometreye kadar)
    • Yüksek veri iletim hızı
  • Günümüzdeki Yeri (Bağlam):
    • WiMAX, mobil internet pazarında 4G/LTE’ye karşı rekabeti büyük ölçüde kaybetmiştir.
    • Günümüzde daha çok, fiber altyapının zor olduğu (örn. kırsal) bölgelerde “Sabit Kablosuz Erişim” (Fixed Wireless Access - FWA) sağlamak için niş bir teknoloji olarak kullanılmaktadır.

Kablosuz Geniş Alan Ağı (WWAN)

  • WWAN (Wireless Wide Area Network), ülkeler ve hatta kıtalar arasında (global) kablosuz bağlantı sağlayan ağlardır.
  • Örnek Teknolojiler:
    • Mobil iletişim şebekeleri (GSM, 3G, 4G, 5G)
    • Uydu iletişimi

Mobil İletişim Teknolojileri: Nesiller

  • Nesiller:
    • 1G: Analog ses (Örn: AMPS, NMT)
    • 2G: Dijital ses ve SMS (Örn: GSM, CDMAone)
    • 3G: Daha yüksek hızda veri (mobil internet) (Örn: UMTS, WCDMA)
    • 4G (LTE): Yüksek hızda veri, IP tabanlı iletişim (VoLTE)
    • 5G: Ultra yüksek hız, çok düşük gecikme (latency) ve çok sayıda cihazın (IoT) aynı anda bağlantısını destekleme. Akıllı şehirler, otonom araçlar ve endüstriyel otomasyon için tasarlanmıştır.

Diğer WWAN Teknolojileri: Uydu Sistemleri

Uydu sistemleri, küresel (WWAN) kapsama sağlar ancak iki farklı amaç için kullanılır:

  • 1. Konumlandırma (GPS):
    • GPS (Global Positioning System), uydulardan gelen sinyalleri kullanarak konum belirler.
    • (DİKKAT) GPS bir iletişim teknolojisi değil, konumlandırma teknolojisidir.
    • Cihazınız (telefon vb.) uydulara veri göndermez, sadece sinyal alır (receive-only) ve konumunu pasif olarak hesaplar.
  • 2. İletişim (Uydu İnterneti):
    • Veri iletişimi için kullanılır (çift yönlü).
    • Örnekler: Starlink

Kablosuz Ağ Türleri - Karşılaştırma

Ağ Türleri - Özet Tablo

Ağ Türü Kapsama Alanı Teknoloji Örnekleri Temel Kullanım
WPAN ~10 metre (Oda) Bluetooth, Zigbee Cihaz eşleştirme, IoT
WLAN ~100 metre (Bina) Wi-Fi (802.11) Yerel ağ erişimi
WMAN ~50 km (Şehir) WiMAX (FWA) Sabit kablosuz erişim
WWAN Global (Dünya) 4G/LTE, 5G, Uydu Mobil internet

Bölüm Özeti

  • Kablosuz iletişim, kablo yerine boşlukta yayılan elektromanyetik dalgaları kullanır.
  • Spektrum, lisanslı (örn. 5G) ve lisanssız (örn. Wi-Fi) olarak ikiye ayrılır.
  • Ağ türleri kapsama alanına göre (WPAN, WLAN, WMAN, WWAN) sınıflandırılır.
  • WLAN (Wi-Fi), paylaşımlı bir ortam kullanır ve güvenlik için WPA3 gibi güçlü protokoller gerektirir.
  • Wi-Fi standartları (b/g/n/ac/ax) hızı ve verimliliği artırmıştır.
  • WWAN, 5G gibi mobil teknolojileri ve GPS gibi konumlandırma sistemlerini kapsar.

Gelecek Hafta

  • TCP/IP Protokol Kümesi’ni detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.