Endüstriyel otomasyon dünyası, onlarca yıldır kablolu haberleşme altyapıları üzerine inşa edilmiştir. Profinet, EtherCAT, Modbus gibi protokoller fabrika zeminlerinde güvenilir ve deterministik iletişim sağlamıştır. Ancak Endüstri 4.0’ın gerektirdiği esneklik, mobilite ve ölçeklenebilirlik, kablolu altyapıların sınırlarını zorlamaktadır. İşte tam bu noktada 5G teknolojisi, endüstriyel otomasyonda devrim niteliğinde bir dönüşüm vaat etmektedir.

Bu yazıda, 5G teknolojisinin endüstriyel otomasyon uygulamalarını kapsamlı şekilde ele alıyoruz. 5G’nin WiFi 6 ve 4G ile karşılaştırmasından URLLC özelliklerine, özel 5G ağlardan kullanım senaryolarına, Türkiye’nin 5G yol haritasından TSN entegrasyonuna kadar tüm boyutları inceliyoruz. Avea Otomasyon olarak sunduğumuz kablosuz çözümleri de paylaşıyoruz.

Endüstriyel Haberleşmede Kablosuz İhtiyacı

Geleneksel kablolu endüstriyel ağlar güvenilir olmakla birlikte, bazı senaryolarda ciddi kısıtlamalar yaratır:

Mobil ekipmanlar: AGV (Otonom Yönlendirmeli Araç) ve AMR’ler (Otonom Mobil Robotlar) kablo ile bağlanamaz.
Esnek üretim hatları: Sık değişen hat konfigürasyonlarında kablo altyapısı yeniden döşenmesi maliyetli ve zaman alıcıdır.
Geniş alan izleme: Büyük tesislerde veya açık alanlarda kablo çekimi pratik değildir.
Retrofit projeler: Mevcut binalarda kablo kanalı açmak yapısal müdahale gerektirir.
Tehlikeli ortamlar: Bazı ortamlarda kablo döşemek güvenlik riski oluşturabilir.

Bu ihtiyaçlar, endüstriyel kablosuz haberleşme teknolojilerinin gelişimini hızlandırmıştır. Profinet, EtherCAT ve Modbus gibi kablolu protokoller hâlâ kritik uygulamalarda vazgeçilmez olmakla birlikte, kablosuz teknolojiler tamamlayıcı bir rol üstlenmektedir.

5G vs WiFi 6 vs 4G: Endüstriyel Karşılaştırma

Endüstriyel ortamda kullanılabilecek üç ana kablosuz teknoloji bulunmaktadır. Her birinin güçlü ve zayıf yönleri vardır.

5G (Beşinci Nesil Mobil İletişim)

Gecikme (Latency): 1 ms’ye kadar düşük gecikme (URLLC modunda).
Bant genişliği: 20 Gbps’ye kadar indirme hızı (eMBB modunda).
Cihaz yoğunluğu: Kilometrekare başına bir milyon cihaz (mMTC modunda).
Güvenilirlik: Yüzde 99,9999 güvenilirlik hedefi.
Kapsama: Geniş alan kapsama, bina içi ve dışı.
Spektrum: Lisanslı frekans bandı, girişim riski düşük.
Maliyet: Yüksek altyapı yatırımı, lisans maliyeti.

WiFi 6 / WiFi 6E

Gecikme: 10-20 ms tipik gecikme.
Bant genişliği: 9,6 Gbps teorik maksimum.
Cihaz yoğunluğu: Erişim noktası başına yüzlerce cihaz.
Güvenilirlik: Paylaşımlı spektrum nedeniyle girişim riski.
Kapsama: Sınırlı kapsama alanı, çok sayıda erişim noktası gerekebilir.
Spektrum: Lisanssız frekans bandı.
Maliyet: Düşük altyapı maliyeti, lisans gerektirmez.

4G LTE / LTE-Advanced

Gecikme: 10-50 ms tipik gecikme.
Bant genişliği: 1 Gbps’ye kadar (LTE-A).
Cihaz yoğunluğu: Hücre başına sınırlı kapasite.
Güvenilirlik: Lisanslı spektrum ile iyi güvenilirlik.
Kapsama: Geniş alan kapsama.
Maliyet: Orta düzey maliyet.

Hangi Teknoloji Nerede Kullanılmalı?

Kritik kontrol uygulamaları (düşük gecikme): 5G URLLC.
Yüksek bant genişliği (video, AR): 5G eMBB veya WiFi 6.
Yoğun sensör ağları: 5G mMTC veya LoRaWAN.
Ofis ve genel amaçlı: WiFi 6.
Geniş alan izleme (mevcut altyapı): 4G LTE.
Düşük bütçe, basit uygulamalar: WiFi veya 4G.

URLLC: Ultra Güvenilir Düşük Gecikmeli İletişim

5G’nin endüstriyel otomasyon için en kritik özelliği URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication) modudur. URLLC, kablolu ağlara yakın performans sunarak gerçek zamanlı kontrol uygulamalarını kablosuz ortama taşımayı hedefler.

URLLC Teknik Özellikleri

Gecikme: Uçtan uca 1 ms hedefi (hava arayüzünde 0,5 ms).
Güvenilirlik: Yüzde 99,999 paket teslim oranı (beş dokuz).
Jitter: Mikrosaniye düzeyinde düşük gecikme varyasyonu.
Determinizm: Öngörülebilir ve tekrarlanabilir iletişim performansı.

URLLC Kullanım Alanları

Hareket kontrolü: Servo motor ve robot kontrolü (1-10 ms çevrim süresi).
Güvenlik sistemleri: Acil durdurma ve güvenlik kilitleme sinyalleri.
Kapalı döngü kontrol: PID kontrol döngüleri ve proses kontrolü.
Senkronize hareket: Çoklu eksen senkronizasyonu.

URLLC’nin Mevcut Durumu

URLLC, 3GPP Release 16 ve 17 ile standartlaştırılmıştır. Ancak tam endüstriyel performans hedeflerine ulaşılması, Release 18 ve sonrası ile beklenmektedir. Mevcut 5G ağlarında URLLC desteği sınırlıdır ve özellikle özel 5G ağlarında daha erken uygulanabilir durumdadır.

Özel 5G Ağları (Private 5G Networks)

Endüstriyel tesisler için en uygun 5G çözümü, özel (private) 5G ağlarıdır. Özel 5G ağı, tesisin kendi bünyesinde kurulan ve yönetilen bağımsız bir 5G altyapısıdır.

Özel 5G Ağının Avantajları

Tam kontrol: Ağ konfigürasyonu, güvenlik politikaları ve QoS ayarları tamamen tesis yönetimindedir.
Garantili performans: Kamuya açık ağlarla paylaşım olmadığı için performans garantisi sağlanır.
Veri gizliliği: Tüm veriler tesis sınırları içinde kalır, buluta çıkmaz.
Özelleştirme: Endüstriyel gereksinimlere göre ağ parametreleri optimize edilebilir.
Bağımsızlık: Operatör altyapısına bağımlılık yoktur.

Özel 5G Ağ Mimarisi

gNodeB (Baz İstasyonu): Radyo erişim birimi; tesis içine yerleştirilen anten ve radyo üniteleri.
5G Core: Ağ yönetim fonksiyonları; tesis içinde veya edge sunucuda çalışır.
MEC (Multi-access Edge Computing): Tesis içinde veri işleme ve düşük gecikme sağlayan edge bilişim.
UPF (User Plane Function): Veri trafiğinin yerel olarak yönlendirilmesi.
Uç cihazlar: 5G modüllü sensörler, gateway’ler, AGV’ler ve robotlar.

Özel 5G Sağlayıcıları

Nokia, Ericsson, Siemens, Qualcomm ve Huawei gibi büyük teknoloji şirketleri özel 5G çözümleri sunmaktadır. Siemens’in SCALANCE MUM 5G endüstriyel router’ları, mevcut otomasyon sistemlerinin 5G ağına bağlanmasını kolaylaştırır.

Endüstriyel 5G Kullanım Senaryoları

AGV ve AMR Kontrolü

AGV ve AMR sistemleri 5G’nin en belirgin kullanım alanlarından biridir. 5G ile AGV’ler:

Merkezi filo yönetim sistemi ile düşük gecikmeli iletişim kurar.
Gerçek zamanlı konum bilgisi paylaşır.
Dinamik rota planlaması için anlık harita güncellemesi alır.
Çarpışma önleme için araçlar arası iletişim (V2V) gerçekleştirir.
Yüksek çözünürlüklü kamera görüntüsünü merkeze aktarır.

Uzaktan İzleme ve Kontrol

5G’nin yüksek bant genişliği ve düşük gecikmesi, uzaktan izleme ve kontrol uygulamalarını mümkün kılar:

Yüksek çözünürlüklü video ile uzaktan tesis izleme.
Uzaktan robot kontrolü (teleoperation).
Uzaktan vinç ve iş makinesi operasyonu.
Tehlikeli ortamlarda insansız operasyon.

Artırılmış Gerçeklik (AR) Uygulamaları

5G, AR uygulamaları için gerekli yüksek bant genişliği ve düşük gecikmeyi sağlar:

AR gözlükler üzerinden gerçek zamanlı uzaktan uzman desteği.
3D model ve dijital ikiz verilerinin anlık aktarımı.
Çoklu kullanıcı AR deneyimi.

Yoğun Sensör Ağları

5G’nin mMTC (massive Machine Type Communication) modu, çok sayıda sensörün bağlanmasını destekler:

Tesis genelinde kablosuz titreşim, sıcaklık ve nem sensörleri.
Enerji izleme sensörleri.
Çevresel izleme (gaz, toz, gürültü).
Varlık takip (asset tracking) sistemleri.

Türkiye’nin 5G Yol Haritası

Türkiye, 5G teknolojisine geçiş için hazırlıklarını sürdürmektedir.

Mevcut Durum

Türkiye’de 4.5G (LTE-Advanced) altyapısı yaygın olarak kullanılmaktadır.
BTK (Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu) 5G frekans ihale sürecini planlamaktadır.
Türk Telekom, Turkcell ve Vodafone 5G test ağları kurmuş ve pilot projeler gerçekleştirmiştir.
Üniversiteler ve araştırma merkezlerinde 5G Ar-Ge çalışmaları devam etmektedir.

Endüstriyel 5G İçin Beklentiler

Özel 5G ağları için frekans tahsisi düzenlemelerinin yapılması beklenmektedir.
Organize sanayi bölgelerinde pilot 5G uygulamaları planlanmaktadır.
Yerli 5G ekipman üretimi teşvik edilmektedir.
IT/OT konverjansı ve konteyner teknolojileri ile 5G altyapısının entegrasyonu gündemdedir.

Geçiş Dönemi Stratejisi

5G’nin tam olarak yaygınlaşmasını beklerken, tesisler şu adımları atabilir:

Mevcut WiFi altyapısını WiFi 6’ya yükseltme.
4G LTE bazlı endüstriyel gateway’ler ile kablosuz izleme başlatma.
5G uyumlu ekipman seçimine dikkat etme (future-proof yatırım).
Özel 5G ağ ihtiyaç analizi ve fizibilite çalışması yapma.

TSN (Time-Sensitive Networking) ve 5G Entegrasyonu

TSN, Ethernet tabanlı ağlarda deterministik ve düşük gecikmeli iletişim sağlayan IEEE standartları setidir. 5G ile TSN’in entegrasyonu, kablosuz ve kablolu ağlar arasında uçtan uca deterministik iletişim sağlamayı hedefler.

TSN Temel Standartları

IEEE 802.1AS: Zaman senkronizasyonu.
IEEE 802.1Qbv: Zamanlı trafik planlaması.
IEEE 802.1Qbu: Frame preemption (çerçeve önceliklendirme).
IEEE 802.1CB: Çerçeve çoğaltma ve eliminasyon (yedeklilik).

5G-TSN Köprüsü

3GPP Release 16, 5G sisteminin TSN ağına şeffaf bir köprü olarak entegre edilmesini tanımlar. Bu sayede:

Kablolu TSN ağındaki deterministik trafik, 5G üzerinden kablosuz olarak taşınabilir.
Zaman senkronizasyonu kablolu ve kablosuz ağlar arasında korunur.
QoS (Quality of Service) parametreleri uçtan uca garanti edilir.

Zorluklar ve Sınırlamalar

5G’nin endüstriyel otomasyonda yaygınlaşması önünde bazı zorluklar bulunmaktadır:

Teknik Zorluklar

Kapsama: Yüksek frekanslarda (mmWave) kapsama alanı sınırlıdır; metal yapılar ve ekipmanlar sinyal zayıflamasına neden olur.
Gecikme garantisi: URLLC hedeflerine tam olarak ulaşılması hâlâ gelişim aşamasındadır.
Ekosistem olgunluğu: Endüstriyel 5G cihaz ve modül çeşitliliği henüz sınırlıdır.
Enerji tüketimi: 5G modüller, WiFi’ye göre daha fazla enerji tüketir.

Ekonomik Zorluklar

Yatırım maliyeti: Özel 5G ağ kurulumu yüksek başlangıç yatırımı gerektirir.
Lisans maliyeti: Frekans lisansı maliyetleri ülkeden ülkeye değişir.
Uzmanlık ihtiyacı: 5G ağ yönetimi için telekomünikasyon uzmanlığı gerekir.

Düzenleyici Zorluklar

Frekans tahsisi: Özel 5G ağları için frekans düzenlemeleri ülkeler arasında farklılık gösterir.
Güvenlik standartları: Endüstriyel 5G için güvenlik standartları henüz olgunlaşma aşamasındadır.

Avea Otomasyon’un Kablosuz Çözümleri

Avea Otomasyon olarak, endüstriyel kablosuz haberleşme alanında kapsamlı çözümler sunuyoruz:

Endüstriyel WiFi altyapısı: WiFi 6 tabanlı güvenilir kablosuz ağ tasarımı ve kurulumu.
4G/LTE gateway çözümleri: Uzak tesisler ve sahalar için kablosuz veri iletişimi.
Kablosuz sensör ağları: Titreşim, sıcaklık ve enerji izleme için kablosuz sensör entegrasyonu.
5G hazırlık danışmanlığı: Tesisinizin 5G geçişi için ihtiyaç analizi ve yol haritası oluşturma.
Kablosuz-kablolu entegrasyon: Mevcut kablolu otomasyon ağlarının kablosuz teknolojilerle genişletilmesi.
Ağ güvenliği: Endüstriyel kablosuz ağlarda siber güvenlik çözümleri.

Kablosuz fabrika vizyonunuzu gerçeğe dönüştürmek için Avea Otomasyon mühendislik ekibi ile iletişime geçin.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

1. 5G, mevcut endüstriyel kablolu ağların yerini alacak mı?

Kısa ve orta vadede 5G, kablolu ağların yerini almaktan çok onları tamamlayıcı bir rol üstlenecektir. Kritik kontrol döngüleri ve yüksek hızlı hareket kontrolü gibi uygulamalarda kablolu Profinet ve EtherCAT protokolleri güvenilirlik ve determinizm açısından üstünlüğünü koruyacaktır. 5G ise mobil ekipmanlar, esnek üretim hatları, uzaktan izleme ve yoğun sensör ağları gibi kablolu çözümün pratik olmadığı alanlarda devreye girecektir. Uzun vadede 5G URLLC performansının olgunlaşmasıyla daha fazla uygulama kablosuza geçebilir.

2. Türkiye’de özel 5G ağ kurmak şu an mümkün mü?

Türkiye’de 5G frekans ihaleleri henüz tamamlanmamıştır ve özel 5G ağları için düzenleyici çerçeve netleşme aşamasındadır. Ancak test ve Ar-Ge amaçlı özel 5G ağları BTK izni ile kurulabilmektedir. Ticari özel 5G ağlarının yaygınlaşması, frekans ihalesinin tamamlanması ve düzenlemelerin netleşmesine bağlıdır. Bu süreçte Avea Otomasyon olarak WiFi 6 ve 4G LTE tabanlı endüstriyel kablosuz çözümler sunuyor, 5G geçişi için altyapı hazırlığı konusunda danışmanlık veriyoruz.

3. Endüstriyel kablosuz haberleşmede güvenlik nasıl sağlanır?

Endüstriyel kablosuz ağlarda güvenlik çok katmanlı bir yaklaşım gerektirir. 5G, SIM tabanlı kimlik doğrulama ve uçtan uca şifreleme ile güçlü bir güvenlik altyapısı sunar. Özel 5G ağlarında tüm trafik tesis sınırları içinde kalır ve dış ağlardan izole edilebilir. Bunun yanı sıra ağ segmentasyonu, güvenlik duvarları, saldırı tespit sistemleri ve düzenli güvenlik denetimleri uygulanmalıdır. Avea Otomasyon, endüstriyel kablosuz ağlarda IEC 62443 standardına uygun güvenlik çözümleri tasarlamaktadır.

Bizi Takip Edin

📷 Instagram: avea.otomasyon
📘 Facebook: Avea Otomasyon
💼 LinkedIn: Avea Otomasyon
📍 Google Maps: Yol Tarifi Alın
📍 Hızlı Ulaşım: g.page/AveAOtomasyon

AveA Otomasyon

5G ve Endüstriyel Otomasyon: Kablosuz Fabrikanın Geleceği