VR Uygulamalarında Ağ Altyapısı: 4.5G-LTE ve 5G Karşılaştırması
Sizlerle geçen günlerde büyük heyecanla paylaştığım, “LTE ve 5G Ağlarının Sanal Gerçeklik Deneyimi Üzerindeki Etkisinin Değerlendirilmesi” başlıklı katkımın Türkiye adına Cenevre’de ITU Uluslararası Telekomünikasyon Birliği içerisinde yapılan bir etkinlik adına kabul edildiğini ve sunumunu gerçekleştirdiğimi duyurmaktan onur duymuştum.
Sürükleyici deneyimler üzerine çalışmayı çok seviyorum. Meta Quest VR gözlükleri, Apple Vision Pro deneyimlerimi ve yaptığım çalışmaları sık sık paylaşıyorum.
Şimdi ana yapısı ingilizce olan yazımın Türkçe halde sizlerle paylaşacağım için çok heyecanlıyım.
İyi okumalar dilerim.
Yazı İçeriği
-Özet
-Giriş
-Metodoloji
-Sistem Gereksinimleri
-Deneyler ve Sonuçlar
-Sonuç
-Kaynaklar
Özet
Sanal gerçeklik (VR) teknolojilerindeki hızlı gelişmeler ve metaverse’in ortaya çıkışı, kaliteli ve sürükleyici deneyimler sunabilen gelişmiş ağ altyapılarına olan ihtiyacı artırdı. Bu çalışma, metaverse ortamında LTE (4.5G) ve 5G ağlarının performansını, Deneyim Kalitesi (QoE) ve Hizmet Kalitesi (QoS) üzerinde etkili olan temel metriklere odaklanarak inceliyor. Araştırma, ağ teknolojisinin gecikme süresi, aktarım hızı ve paket kaybı üzerindeki etkisini değerlendiriyor. Bu faktörler, sürükleyici VR etkileşimi için kritik öneme sahip.
Araştırmada, LTE ve 5G şebekesine bağlı cihazlarla bir dizi deney gerçekleştirildi. Deneylerde kare hızı (FPS), gidiş-dönüş süresi (RTT), jittering (titreşim) ve hız parametreleri kaydedildi. Sonuçlar, 5G ağlarının LTE’ye kıyasla daha yüksek kare hızı ve daha düşük gecikme süresi sunduğunu ortaya koydu. Bu da özellikle birden fazla cihaz bağlı olduğunda artan performansı gösteriyor. Jitter, LTE’de oldukça düşük olmasına rağmen 5G’ye bağlı cihaz sayısı arttıkça yükseldi. Bu, ağ optimizasyonunun gerekliliğine işaret ediyor (Detaylı metrikler için Tablo 1'e bakınız).
LTE’den 5G’ye geçiş, gerçek zamanlı etkileşim ve yüksek kaliteli görseller gerektiren VR uygulamaları için hayati önem taşıyan kare hızı ve gecikme süresinde önemli iyileştirmeler sağlıyor. Jitter’da biraz artış olmasına rağmen, 5G ağları cihaz bağlantısı arttıkça LTE’ye göre daha az performans düşüşü gösteriyor. Bu durum, özellikle cihaz yoğunluğunun yüksek olduğu senaryolarda daha iyi bir VR kullanıcı deneyimi için 5G’nin önemini vurgulamaktadır. Dolayısıyla, metaverse’in tüm potansiyelinden yararlanmak için 5G altyapısını geliştirmek şarttır.
Giriş
Telekomünikasyon teknolojilerindeki hızlı ilerlemeyle güçlendirilen dijital devrim, bizi benzeri görülmemiş bir bağlantı ve dijital derinlemesine sahip bir çağa itiyor. Bu devrimin merkezinde, Sanal Gerçeklik (VR) ve gelişmekte olan metaverse kavramı için en son uygulamalara omurga görevi gören 5G ve LTE ağlarının ortaya çıkan yetenekleri yer alıyor.
1.1 5G: Yüksek Hızlı Dijital İletişimin Öncüsü
5G, hızdaki olağanüstü gelişmeleri, gecikme süresindeki azaltmaları ve aynı anda çok sayıda cihazı bağlama yeteneğiyle öne çıkan kablosuz teknolojideki en son evrim olarak ortaya çıkıyor. 5G, selefi LTE’den farklı olarak, çeşitli alanlarda sorunsuz, gerçek zamanlı etkileşimleri kolaylaştırarak, yeni nesil dijital uygulamaların artan taleplerini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Mimarisi, Massive MIMO, ağ dilimlenmesi ve uç bilgi işlem gibi, ağ performansında ve verimlilikte önemli bir sıçramaya katkıda bulunan ileri teknolojilerin bir mozaiğidir.
1.2 LTE ve Mevcut Dijital Ekosistemdeki Rolü
Uzun Süreli Evrim (LTE), genellikle 4.5G olarak adlandırılır, yüksek hızlı internet ve mobil iletişim için zemin hazırlamıştır. 5G’nin gelişiyle gölgelenmesine rağmen, LTE geniş bir uygulama yelpazesi için istikrarlı ve güvenilir bağlantı sağlamada hala önemli bir rol oynamaktadır. Yaygın olarak konumlandırılması ve olgun altyapısı, 5G ağları küresel ayak izlerini kademeli olarak genişletirken, geniş bir dijital hizmet erişimini garanti altına almanızı sağlar ve mevcut dijital ekosisteminin önemli bir bileşeni haline gelir.
1.3 Sanal Gerçeklik (VR): Dijital Alemlere Dalmak
Sanal Gerçeklik, kullanıcılara tamamen gerçekleşmiş dijital ortamlara dalma yeteneği sunarak, sürükleyici teknolojinin ön saflarında yer almaktadır. VR’ın özü, görme, işitme ve dokunma dahil olmak üzere duyusal deneyimleri simüle etme yeteneğinde yatmaktadır, böylece kullanıcıları gerçeklikten ayırt edilemeyen sanal dünyalara taşımaktadır. VR uygulamalarının performansı, düşük gecikme süresi ve yüksek veri aktarım hızı, sürükleyiciliği korumak ve oryantasyon bozukluğunu önlemek için son derece önemli olan ağ yeteneklerine bağlıdır.
1.4 Metaverse: Dijital Etkileşimde Yeni Bir Ufuk
Metaverse kavramı, fiziksel gerçekliği, artırılmış gerçekliği ve interneti sanal olarak geliştirerek oluşturulan kolektif, sanal bir paylaşım alanını temsil eder. Fiziksel kısıtlamaları aşan etkinliklerde buluşma, işbirliği yapma ve yer alma imkanı sunan, birden fazla sanal alanı birleştiren kalıcı, çevrimiçi, 3 boyutlu bir evreni önermektedir. Metaverse’nin gerçekleştirilmesi, çok sayıda kullanıcı arasında kapsamlı ve karmaşık etkileşimleri destekleyebilen güçlü ağ altyapılarına dayanmaktadır.
1.5 Araştırma Gerekçesi: Ağları ve Sanal Gerçeklikleri Köprülemek
Bu araştırma, ağ teknolojileri (5G ve LTE) ile gelişmekte olan VR ve metaverse alanı arasındaki etkileşimi anlama ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Dijital ortam hızla gelişirken, bu ağ teknolojilerinin sürükleyici sanal ortamları destekleme yeteneklerini ve sınırlamalarını değerlendirmek kritik hale gelmektedir.
2. Metodoloji
Bu çalışma, VR metaveri platformu bağlamında Sanal Gerçeklik (VR) uygulamalarını desteklemede LTE ve 5G ağlarının performansını değerlendirmek için ayrıntılı bir metodoloji benimser. Deneysel tasarım, katılımcı gözlemi, veri toplama prosedürleri ve analiz tekniklerinin bir kombinasyonu aracılığıyla bu araştırma, ağ teknolojilerinin VR deneyimlerinin kalitesi üzerindeki incelikli etkilerini ortaya çıkarmayı amaçlamaktadır.
2. 1 Deneysel Tasarım
Deney düzeneği, LTE ve 5G ağlarının kontrollü koşullar altındaki performansını karşılaştırmak ve bunların sürükleyici VR uygulamalarını destekleme yeteneklerine odaklanmak üzere tasarlandı. Çalışma, LTE ve 5G ağlarına sıralı bağlantıları içeriyordu; gecikme, veri çıkışı ve titreşim gibi temel performans göstergelerini ölçmek için bir dizi test yapıldı. Her test, değişen yük dereceleri altında ağ davranışını değerlendirmek amacıyla tekli ve çoklu cihaz bağlantısı için simüle edilen ortamlarda çoğaltıldı.
2.2 Katılımcılar
Çalışmaya katılmak üzere tamamı bilgisayar mühendisliği geçmişi olan ve VR platform testlerine aşina olan dört kişi seçildi. VR kalitesi algısındaki olası yanlılığı veya değişkenliği azaltmak için tüm katılımcılar, VR deneyimlerini etkileyebilecek herhangi bir göz sorunu yaşamadıklarından emin olmak amacıyla taramadan geçirildi.
2.3 Veri Toplama Prosedürleri
Veri toplama, VR ortamında sol tarafta görsel olarak gösterilen VR performans ölçümleri ile gerçek zamanlı olarak gerçekleştirildi. Bu kurulum, katılımcıların, ağ bağlantısı LTE ve 5G arasında değiştikçe ve farklı cihazlar sırayla bağlandıkça performans göstergelerindeki değişiklikleri izlemesine ve kaydetmesine olanak tanıdı. Veri kaydında doğruluk ve nesnelliği sağlamak için, VR gözlüğü takmayan bir gözlemci bu değişiklikleri dışarıdan not etmekten sorumluydu. Ek olarak, niceliksel performans ölçümlerini tamamlamak üzere görüntü kalitesi ve sayfa yenileme hızına ilişkin yorumlar da dahil olmak üzere kullanıcı deneyimine ilişkin niteliksel veriler toplandı.
2.4 Analiz Teknikleri
Toplanan verilerin analizi, sayısal verilerin niceliksel değerlendirmesini katılımcılar tarafından paylaşılan kişisel deneyimlerin niteliksel değerlendirmesiyle birleştiren ikili bir yaklaşımı içeriyordu. Kantitatif analiz, farklı ağ koşullarında gecikme, verim, titreşim ve diğer ilgili performans ölçümlerindeki farklılıkları istatistiksel olarak incelemeye odaklandı. Buna karşılık, niteliksel analiz, bu varyasyonların kullanıcı deneyimi üzerindeki, özellikle de görüntü kalitesi ve yenileme oranlarına ilişkin algısal etkisine ilişkin içgörüler sağladı. Katılımcıların kişisel gözlemleri ve yorumları, ağın yüksek kaliteli bir VR deneyimi sunmadaki etkinliğinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlamak için birleştirildi.
3. Sistem Gereksinimleri
Çalışmanın güvenilirliği ve doğruluğunu sağlamak için belirli donanım, ağ altyapısı ve yazılım gereksinimleri belirlenmiştir. Bu gereksinimler, VR uygulamalarının tutarlı bir şekilde yürütülmesi ve LTE ve 5G ağlarında geçerli verilerin toplanması için kritik öneme sahiptir.
3.1 VR Donanımı
Bu çalışma için standart VR donanımı olarak Meta Quest 2 cihazı seçilmiştir. Seçim nedeni, sürükleyici VR deneyimlerini destekleyen kapsamlı özellikleri sunmasıdır. Meta Quest 2, yüksek çözünürlüklü ekran, hassas hareket takibi ve kablosuz bağlantı gibi özellikleri bir araya getirerek, VR performansını farklı ağ koşullarında değerlendirmek için ideal bir platform haline getirir. Kendinden bağımsız yapısı ve taşınabilirliği sayesinde çeşitli test ortamlarında kullanım kolaylığı da sağlar.
3.2 Ağ Altyapısı
Ağ testi, 5G bağlantısını kolaylaştıran 5G FastMile modemiyle birlikte LTE 4.5G ve 5G ağları kullanılarak gerçekleştirildi. Deneyler, kontrollü bir ağ performansı değerlendirme ortamı sağlayan İstanbul Ümraniye Teknokent ofisinde gerçekleştirildi.
3.3 Yazılım ve VR Platformu
Bu çalışmadaki VR deneyimleri, esnekliği ve VR uygulamaları için sağlam desteği ile bilinen Unity platformu kullanılarak geliştirildi. Avatarlar ve sanal ortamlar, yüksek düzeyde gerçekçilik ve etkileşim sağlanmasına odaklanarak oluşturuldu ve uygulandı. Yazılım, doğrudan cihazlara kurulum ve yürütme imkanı sunan APK formatında Meta Quest 2 kulaklıklarına dağıtıldı. Her VR uygulaması, API başına bir oynatıcıyla arayüz oluşturacak şekilde tasarlandı; böylece veri toplama ve kullanıcı etkileşiminin test süreci boyunca verimli ve etkili bir şekilde yönetilebilmesi sağlandı.
Deneyler ve Sonuçlar
Bu bölümde, VR platformundan LTE (4.5G) ve 5G ağları kullanılarak toplanan verilerin analizi, ağ teknolojisinin ve bağlı cihaz sayısının Kare Hızı (FPS), Gidiş-Dönüş Süresi (RTT) ve Jitter gibi parametreleri nasıl etkilediğine dair değerli gözlemler sunar. Bu parametreler, VR deneyimlerinin kalitesini değerlendirmek için kritik öneme sahiptir. Yüksek FPS sorunsuz hareket için gereklidir, düşük Gidiş-Dönüş Süresi gerçek zamanlı etkileşim için önemlidir ve minimum Jitter ise istikrarlı bir bağlantı sağlamak için hayati önem taşır.
LTE ve 5G Performansı Karşılaştırması
Kare Hızı (FPS): Aynı sayıda bağlı cihaz için 5G’de Kare Hızı, LTE’ye göre genellikle daha yüksektir. Bu, özellikle tek cihazlı senaryolar karşılaştırıldığında belirgindir. ba2ba2 cihazı LTE’de 60 FPS’den 5G’de 71.19 FPS’ye önemli bir artış gösterir.
5G’nin artan bant genişliği ve verimliliği, VR uygulamaları için kritik olan daha yüksek veri aktarım hızına izin vererek muhtemelen bu gelişmeye katkıda bulunur.
Gidiş-Dönüş Süresi (RTT): Sadece bir cihaz bağlıyken Gidiş-Dönüş Süresi genellikle LTE’de daha düşüktür; ancak daha fazla cihaz eklendikçe, Gidiş-Dönüş Süresi LTE’de 5G’ye göre daha önemli ölçüde artar.
Bu, 5G’nin daha yüksek trafik hacimlerini desteklemek ve gecikmeyi azaltmak için tasarlanmış daha gelişmiş teknolojisi nedeniyle ağ tıkanıklığıyla daha iyi başa çıktığını gösterir.
Jitter: Jitter her iki ağda da nispeten düşük kalırken, LTE’de daha fazla cihaz eklendikçe Jitter’ın önemli ölçüde artmadığını, ancak 5G’de dört cihaz bağlıyken Jitter’da gözle görülür bir artış olduğunu belirtmek gerekir.
Bu, 5G hız ve gecikme açısından avantajlara sahip olsa da, ağ tıkanıklığına karşı daha hassas olabileceğini ve bağlantı kararlılığını etkileyebileceğini düşündürebilir.
Birden Fazla Cihazın Etkisi
Birden fazla cihaz bağlı olduğunda, tüm parametreler hem LTE hem de 5G ağlarında kötüleşme eğilimindedir. Ancak 5G, özellikle Kare Hızı ve Gidiş-Dönüş Süresi açısından LTE’ye kıyasla daha az bozulma gösterir. Bu, 5G ağlarının hizmet kalitesini önemli ölçüde etkilemeden birden fazla bağlantıyı daha iyi yönetebildiğini göstermektedir.
Veriler, daha fazla cihazla birlikte biraz Jitter artışına rağmen, 5G ağlarının LTE’den daha iyi genel performans sürdürdüğünü göstermektedir. Bu, VR uygulamaları için kritik olan daha yüksek Kare Hızı ve genellikle daha düşük Gidiş-Dönüş Süresi (daha hızlı veri iletim süreleri) anlamına gelir.
Sonuç
Bu çalışmada, LTE’den 5G’ye geçiş, gerçek zamanlı etkileşimler ve yüksek kaliteli görsel deneyimler gerektiren VR gibi uygulamalar için kritik olan Kare Hızı (FPS) ve Gidiş-Dönüş Süresi (RTT) değerlerinde önemli iyileşmeler sağlamaktadır. Her iki ağda da daha fazla cihaz bağlandıkça performans ölçütlerinde düşüş görülse de, 5G’nin gelişmiş teknolojisi bu etkileri LTE’den daha iyi azaltmaktadır. Ancak, birden fazla cihazla 5G’de artan Jitter, 5G’nin yeteneklerinden tam olarak yararlanmak için ağ yönetimi ve cihaz bağlantı stratejilerini optimize etmenin önemini vurgulamaktadır. Kalabalık kamusal alanlar veya büyük ölçekli VR etkinlikleri gibi birden fazla cihazın bağlı olduğu ortamlarda, 5G seçimi daha akıcı görüntüler ve daha hızlı tepkiler sağlayarak kullanıcı deneyimini önemli ölçüde artırabilir.
Kaynaklar
1. Andrews, J.G., Buzzi, S., Choi, W., Hanly, S.V., Lozano, A., Soong, A.C.K., & Zhang, J.C. (2014). What Will 5G Be? IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 32(6), 1065–1082.
2. Ghosh, A., Ratasuk, R., Mondal, B., Mangalvedhe, N., & Thomas, T. (2010). LTE-Advanced: Next-generation Wireless Broadband Technology. IEEE Wireless Communications, 17(3), 10–22.
3. Suh, A., & Prophet, J. (2018). The Impact of Network Speed on the Performance of VR Applications. Journal of Virtual Worlds Research, 11(2), 1–15. applications, emphasizing the importance of robust network infrastructure.
4. Lee, L., & Park, Y. (2021). Exploring the Metaverse: A Comprehensive Guide to the Virtual Future. TechWorld Publishing.
5. Kim, H., & Lee, S. (2019). Network Congestion Management for Large-Scale Virtual Reality Platforms. ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications, and Applications, 15(1s), 22.
6. Ale Mohammed Abdulhakim Al-Absi Dongseo University (2020) A State of the Art: Future Possibility of 5G with IoT and Other Challenges, In book: Smart Healthcare Analytics in IoT Enabled Environment (pp.35–65)
7.Xiangping Gu — Jiangsu Laboratory of Lake Environment Remote Sensing Technologies, Huaiyin Institute of Technology, Huai’an 223003, China Highly Efficient Spatial–Temporal Correlation Basis for 5G IoT Networks
9.https://www.etsi.org/technologies/5g
10.https://www.digi.com/blog/post/what-is-lte
Sonraki yazılarda görüşmek üzere!
Lütfen bana bu konuda yazmaktan çekinmeyin, her zaman bir mesaj uzağınızda olacağım.
Beni Linkedin ve Twitter hesaplarımdan da takip edebilirsiniz!🐞
