Algoritma genetika untuk manajemen transponder satelit komunikasi
ALGORITMA GENETIKA
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER
SATELIT KOMUNIKASI
Yantito Simanjuntak
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2005
RINGKASAN
Tesis ini mengkaji
penggunaan algoritma genetika untuk me -manage
transponder satelit komunikasi digital supaya kapasitasnya optimal. Penggunaan
algoritma genetika didasarkan pada keunggulannya dibanding dengan metode
konvensional lainnya di da lam pencarian nilai optimal. Tantangan lainnya adalah untuk
digunakan dalam optimisasi transponder satelit komunikasi yang dimiliki oleh suatu
operator satelit .
Parameter-parameter sistem komunikasi satelit yang paling berpengaruh adalah
parameter satelit itu sendiri dan karakteristik stasiun bumi. Dalam tesis ini, parameter
satelit meliputi bandwidth, saturated flux density, linearitas amplifier dan gainflatness
sedangkan karakteristik stasiun bumi meliputi diameter antena, daya transmit, modulasi,
forward error correction rate serta pengaruh redaman sepanjang jalur uplink maupun
downlink.
Optimisasi dilakukan terhadap satu transponder. Besaran yang dioptimalkan
adalah data rate kumulatif yang dilewatkan melalui transponder tersebut melalui
beberapa car rier dengan memilih jenis modulasi, forward error corection, diameter
antena, daya pancar stasiun bumi.
Optimisasi menggunakan algoritma genetika dengan struktur data float (Real).
Masukan dibangkitkan secara acak pada tahapan inisialisasi berupa matriks MxN,
dimana M adalah jumlah individu (calon solusi) sedangkan N adalah deretan datarate
sejumlah carrier yang diinginkan.
i
Kriteria pemberhentian proses iterasi algoritma genetika yang digunakan adalah
batasan jumlah generasi. Dari beberapa optimisasi yang dilakukan, diketahui bahwa
jumlah generasi yang dibutuhkan untuk mencapai konvergensi ternyata bervariasi.
Pengukuran kompleksitas sistem dilakukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan untuk mengeksekusi setiap generasi. Hasil pengukuran menunjukkan
kompleksitas sistem adalah T(n) = O(n).
Sistem yang dikembangkan bisa membuktikan adanya pengaruh negatif dari
gain flatness yang tidak sempurna. Untuk SSPA yang ditinjau pengaruh tersebut terlihat
dari pengurangan 1.71% dari kapasitas maksimum dengan karakteristik gain SSPA yang
ideal.
Dibandingkan dengan metode konvensional yang digunakan selama ini
menunjukkan bahwa algoritma ge netika yang digunakan mampu mendapatkan kapasitas
yang lebih tinggi 8.88%.
Pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini disarankan untuk meneliti
pengaruh antena yang bervariasi dalam satu transponder. Disamping itu juga bisa
dikembangkan dari sisi variasi BER untuk masing-masing layanan komunikasi. Di sisi
pengembangan
algoritma
genetika
untuk
domain
yang
sama,
disarankan
mengembangkan algoritma genetika dengan metode terminasi yang lainnya.
ii
ABSTRACT
YANTITO SIMANJUNTAK. Genetic Algorithm for Satellite Communication’s
Transponder Management. Supervised by MARIMIN and TONDA PRIYANTO.
The aim of the research was to develop an optimization model, which is able to optimize
transponder capacity based on their parameters, namely: gain flatness, bandwidth,
linearity of amplifier, power flux density and characteristic of ground segment. The
characteristic as a function of antenna diameter, power transmit, modulation, and forward
error correction code rate. The genetic algorithm optimizer have been developed, was
able to find 8.88% higher cumulative data rate (capacity) than conventional one. Also, it
can prove that the impact of gain flatness is reducing (1.71%) the capacity of transponder.
This system needs a uniform antenna diameter of earth stations. The larger antenna of
earth station, the higher capacity of transponder.
For coming research, it is suggested to design a system that has an un-uniform diameter
antenna of earth station, and to optimize the power of transmitter and figure of merit to
support the optimal transponder capacity.
Keywords: bandwidth, optimization, power flux density, antenna diameter, gain flatness
and modulation.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kasih atas berkat dan
karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas penelitian ini dengan judul
“ALGORITMA GENETIKA UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER SATELIT
KOMUNIKASI”. Tugas penelitian dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan
penyelesaian studi pada Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana IPB.
Tugas penelitian ini dapat terselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Oleh
karena itu penulis ingin menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc. dan Bapak Tonda Priyanto C.Eng,M.Sc.,MIEE.,
selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membimbing dan mengarahkan
penulis.
2. Para Dosen Penguji yang meluangkan waktu untuk menguji materi yang dibahas
dalam tulisan ini.
3. Staf pengajar dan karyawan di Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana
IPB.
4. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan banyak masukan dan saran.
5. Istri tercinta Mariani Pangaribuan S.Si. dan seluruh keluarga atas dukungan moral
dan spiritual.
6. Semua pihak yang membantu yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Akhir kata semoga tulisan ini dapat memperkaya khasanah dunia penelitian
dilingkungan civitas akademia IPB khususnya, dan Indonesia umumnya.
Bogor, Nopember 2005
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sigumpar Kabupaten Tobasa, Sumatera Utara pada tanggal
24 Januari 1971 sebagai anak keenam dari 8 bersaudara dari ayah bernama A.
Simanjuntak dan ibu D. Hutabarat. Pendidikan sekolah dasar hingga menengah pertama
ditempuh di Sigumpar, dan pendidikan menengah atas ditempuh di SMA negeri
Laguboti, Sumatera Utara. Pendidikan sarjana ditempuh di STT Telkom Bandung
Jurusan Teknik Elektro lulus 1996. Sejak Tahun 1996 sampai dengan sekarang menjadi
karyawan tetap di PT. Telekomunikasi Indonesia Tbk. Pada tahun 2002 menempuh
pendidikan lanjutan Sekolah Pascasarjana , Institut Pertanian Bogor pada Program Studi
Ilmu Komputer.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam tesis saya
yang berjudul:
ALGORITMA GENETIKA
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER SATELIT KOMUNIKASI
Merupakan gagasan atau hasil penelitian saya sendiri, dengan arahan Komisi
Pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Tesis ini belum pernah
diajukan untuk memperoleh gelar atau capaian akademik lainnya pada program sejenis
di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan dinyatakan dengan
jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, November 2005
Yang membuat Pernyataan
YANTITO SIMANJUNTAK
i
Judul Tesis
: Algoritma Genetika Untuk Manajemen Transponder
Satelit Komunikasi
Nama
: Yantito Simanjuntak
NRP
: G 651020124
Program Studi
: Ilmu Komputer
Menyetujui,
1. Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc.
Ketua
Tonda Priyanto M.Sc., C.Eng, MIEE.
Anggota
Mengetahui,
2. Ketua Program Studi
Ir.Agus Buono, M.Si., M.Komp.
Tanggal Ujian: 19 Nopember 2005
3. Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Prof.Dr.Ir.Sjafrida Manuwoto, M.Sc.
Tanggal Lulus:
ALGORITMA GENETIKA
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER
SATELIT KOMUNIKASI
Yantito Simanjuntak
Tesis
Sebuah karya ilmiah
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Komputer
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2005
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR GAMBAR
v
I. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian
4
1.3 Ruang Lingkup
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 SISTEM KOMUNIKASI SATELIT
6
2.1.1 Input/Output
7
2.1.2 Multiplexer/Demultiplexer
7
2.1.3 Modula si/Demodulasi
8
2.1.4 Up Converter dan Down Converter
8
2.1.5 HPA dan LNB
8
2.1.6 Link Satelit
8
2.1.7 Satelit sebagai Repeater
11
2.1.7.1 Linearitas TWTA atau SSPA
13
2.1.7.2 Gainflatness SSPA
14
2.2 ALGORITMA GENETIKA
22
2.2.1 Terminologi dan Defenisi
22
2.2.2 Posisi Algoritma Genetika dalam Teknik Pencarian
26
2.2.3 Operator Genetik pada String Biner
27
1. Seleksi
27
2. Crossover
29
3. Mutasi
30
2.2.4 Operator Genetik pada string float
33
2.2.5 Fungsi Objektif dan Fungsi Fitness
35
2.2.6 Terminasi GA
36
III. METODOLOGI
38
3.1 Kerangka Pemikiran
38
3.2 Tata Laksana
40
i
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER
SATELIT KOMUNIKASI
Yantito Simanjuntak
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2005
RINGKASAN
Tesis ini mengkaji
penggunaan algoritma genetika untuk me -manage
transponder satelit komunikasi digital supaya kapasitasnya optimal. Penggunaan
algoritma genetika didasarkan pada keunggulannya dibanding dengan metode
konvensional lainnya di da lam pencarian nilai optimal. Tantangan lainnya adalah untuk
digunakan dalam optimisasi transponder satelit komunikasi yang dimiliki oleh suatu
operator satelit .
Parameter-parameter sistem komunikasi satelit yang paling berpengaruh adalah
parameter satelit itu sendiri dan karakteristik stasiun bumi. Dalam tesis ini, parameter
satelit meliputi bandwidth, saturated flux density, linearitas amplifier dan gainflatness
sedangkan karakteristik stasiun bumi meliputi diameter antena, daya transmit, modulasi,
forward error correction rate serta pengaruh redaman sepanjang jalur uplink maupun
downlink.
Optimisasi dilakukan terhadap satu transponder. Besaran yang dioptimalkan
adalah data rate kumulatif yang dilewatkan melalui transponder tersebut melalui
beberapa car rier dengan memilih jenis modulasi, forward error corection, diameter
antena, daya pancar stasiun bumi.
Optimisasi menggunakan algoritma genetika dengan struktur data float (Real).
Masukan dibangkitkan secara acak pada tahapan inisialisasi berupa matriks MxN,
dimana M adalah jumlah individu (calon solusi) sedangkan N adalah deretan datarate
sejumlah carrier yang diinginkan.
i
Kriteria pemberhentian proses iterasi algoritma genetika yang digunakan adalah
batasan jumlah generasi. Dari beberapa optimisasi yang dilakukan, diketahui bahwa
jumlah generasi yang dibutuhkan untuk mencapai konvergensi ternyata bervariasi.
Pengukuran kompleksitas sistem dilakukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan untuk mengeksekusi setiap generasi. Hasil pengukuran menunjukkan
kompleksitas sistem adalah T(n) = O(n).
Sistem yang dikembangkan bisa membuktikan adanya pengaruh negatif dari
gain flatness yang tidak sempurna. Untuk SSPA yang ditinjau pengaruh tersebut terlihat
dari pengurangan 1.71% dari kapasitas maksimum dengan karakteristik gain SSPA yang
ideal.
Dibandingkan dengan metode konvensional yang digunakan selama ini
menunjukkan bahwa algoritma ge netika yang digunakan mampu mendapatkan kapasitas
yang lebih tinggi 8.88%.
Pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini disarankan untuk meneliti
pengaruh antena yang bervariasi dalam satu transponder. Disamping itu juga bisa
dikembangkan dari sisi variasi BER untuk masing-masing layanan komunikasi. Di sisi
pengembangan
algoritma
genetika
untuk
domain
yang
sama,
disarankan
mengembangkan algoritma genetika dengan metode terminasi yang lainnya.
ii
ABSTRACT
YANTITO SIMANJUNTAK. Genetic Algorithm for Satellite Communication’s
Transponder Management. Supervised by MARIMIN and TONDA PRIYANTO.
The aim of the research was to develop an optimization model, which is able to optimize
transponder capacity based on their parameters, namely: gain flatness, bandwidth,
linearity of amplifier, power flux density and characteristic of ground segment. The
characteristic as a function of antenna diameter, power transmit, modulation, and forward
error correction code rate. The genetic algorithm optimizer have been developed, was
able to find 8.88% higher cumulative data rate (capacity) than conventional one. Also, it
can prove that the impact of gain flatness is reducing (1.71%) the capacity of transponder.
This system needs a uniform antenna diameter of earth stations. The larger antenna of
earth station, the higher capacity of transponder.
For coming research, it is suggested to design a system that has an un-uniform diameter
antenna of earth station, and to optimize the power of transmitter and figure of merit to
support the optimal transponder capacity.
Keywords: bandwidth, optimization, power flux density, antenna diameter, gain flatness
and modulation.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kasih atas berkat dan
karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas penelitian ini dengan judul
“ALGORITMA GENETIKA UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER SATELIT
KOMUNIKASI”. Tugas penelitian dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan
penyelesaian studi pada Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana IPB.
Tugas penelitian ini dapat terselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Oleh
karena itu penulis ingin menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc. dan Bapak Tonda Priyanto C.Eng,M.Sc.,MIEE.,
selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membimbing dan mengarahkan
penulis.
2. Para Dosen Penguji yang meluangkan waktu untuk menguji materi yang dibahas
dalam tulisan ini.
3. Staf pengajar dan karyawan di Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana
IPB.
4. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan banyak masukan dan saran.
5. Istri tercinta Mariani Pangaribuan S.Si. dan seluruh keluarga atas dukungan moral
dan spiritual.
6. Semua pihak yang membantu yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Akhir kata semoga tulisan ini dapat memperkaya khasanah dunia penelitian
dilingkungan civitas akademia IPB khususnya, dan Indonesia umumnya.
Bogor, Nopember 2005
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sigumpar Kabupaten Tobasa, Sumatera Utara pada tanggal
24 Januari 1971 sebagai anak keenam dari 8 bersaudara dari ayah bernama A.
Simanjuntak dan ibu D. Hutabarat. Pendidikan sekolah dasar hingga menengah pertama
ditempuh di Sigumpar, dan pendidikan menengah atas ditempuh di SMA negeri
Laguboti, Sumatera Utara. Pendidikan sarjana ditempuh di STT Telkom Bandung
Jurusan Teknik Elektro lulus 1996. Sejak Tahun 1996 sampai dengan sekarang menjadi
karyawan tetap di PT. Telekomunikasi Indonesia Tbk. Pada tahun 2002 menempuh
pendidikan lanjutan Sekolah Pascasarjana , Institut Pertanian Bogor pada Program Studi
Ilmu Komputer.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam tesis saya
yang berjudul:
ALGORITMA GENETIKA
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER SATELIT KOMUNIKASI
Merupakan gagasan atau hasil penelitian saya sendiri, dengan arahan Komisi
Pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Tesis ini belum pernah
diajukan untuk memperoleh gelar atau capaian akademik lainnya pada program sejenis
di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan dinyatakan dengan
jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, November 2005
Yang membuat Pernyataan
YANTITO SIMANJUNTAK
i
Judul Tesis
: Algoritma Genetika Untuk Manajemen Transponder
Satelit Komunikasi
Nama
: Yantito Simanjuntak
NRP
: G 651020124
Program Studi
: Ilmu Komputer
Menyetujui,
1. Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc.
Ketua
Tonda Priyanto M.Sc., C.Eng, MIEE.
Anggota
Mengetahui,
2. Ketua Program Studi
Ir.Agus Buono, M.Si., M.Komp.
Tanggal Ujian: 19 Nopember 2005
3. Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Prof.Dr.Ir.Sjafrida Manuwoto, M.Sc.
Tanggal Lulus:
ALGORITMA GENETIKA
UNTUK MANAJEMEN TRANSPONDER
SATELIT KOMUNIKASI
Yantito Simanjuntak
Tesis
Sebuah karya ilmiah
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Komputer
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2005
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR GAMBAR
v
I. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian
4
1.3 Ruang Lingkup
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 SISTEM KOMUNIKASI SATELIT
6
2.1.1 Input/Output
7
2.1.2 Multiplexer/Demultiplexer
7
2.1.3 Modula si/Demodulasi
8
2.1.4 Up Converter dan Down Converter
8
2.1.5 HPA dan LNB
8
2.1.6 Link Satelit
8
2.1.7 Satelit sebagai Repeater
11
2.1.7.1 Linearitas TWTA atau SSPA
13
2.1.7.2 Gainflatness SSPA
14
2.2 ALGORITMA GENETIKA
22
2.2.1 Terminologi dan Defenisi
22
2.2.2 Posisi Algoritma Genetika dalam Teknik Pencarian
26
2.2.3 Operator Genetik pada String Biner
27
1. Seleksi
27
2. Crossover
29
3. Mutasi
30
2.2.4 Operator Genetik pada string float
33
2.2.5 Fungsi Objektif dan Fungsi Fitness
35
2.2.6 Terminasi GA
36
III. METODOLOGI
38
3.1 Kerangka Pemikiran
38
3.2 Tata Laksana
40
i