Umum Worldwide Interoperability Microwave Acces WiMAX

BAB II DASAR TEORI

2.1 Umum

Bab ini menjelaskan sekilas tentang teknologi Worldwide Interoperability Microwave Acces WiMAX, teknik penjadwalan pada jaringanWiMAX, sistem video on demand VoD, parameter pengukuran kinerja teknik penjadwalan dan penjelasan software yang digunakan.

2.2 Worldwide Interoperability Microwave Acces WiMAX

Worldwide Interoperability Microwave Acces WiMAX didefinisikan sebagai standar teknologi yang memungkinkan broadband wireless acces BWA sebagai alternatif teknologi broadband kabel atau DSL. WiMAX menyediakan layanan fixed, nomadic, portable, dan mobile untuk koneksi wireless dengan kondisi line of-sight LOS maupun Non Line-of-sight NLOS dengan sel radius 3-10 km. WiMAX memberikan kapasitas layanan hingga 40 Mbps per channel untuk layanan fixed dan portable. Sementara layanan mobile menyediakan hingga 15 Mbps dalam radius 3 km [4]. Secara umum sistem WiMAX terdiri dari Base Station BS, Subsriber Station SS dan back-end server, seperti Network Management System NMS. Konfigurasi WiMAX diperlihatkan pada Gambar 2.1. Subsriber Station terletak di lingkungan pelanggan, fixed maupun mobile. Base Station umumnya terletak satu lokasi dengan jaringan operator. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.1 Konfigurasi Jaringan WiMAX [4]

2.2.1 Standarisasi WiMAX

Standar WiMAX mengacu pada standar Institue of Electrical and Electronics Engineering IEEE 802.16. Standar ini dikembangkan lebih lanjut oleh forum gabungan antar perusahaan-perusahaan terkait dalam WiMAX FORUM. Forum ini memastikan kemampuan interoperability perangkat perangkat broadband wireless acces BWA yang akan diproduksi. Secara sederhana perkembangan standar WiMAX IEEE 802.16 dapat diuraikan sebagai berikut [5]. a. IEEE 802.16 Standar ini mengatur pemanfaatan di rentang frekuensi 10 –66 GHz. Aplikasi yang mampu didukung pada standar ini baru sebatas dalam kondisi Line of Sight LOS. b. IEEE 802.16a Standar ini menggunakan rentang frekuensi 2 –11 GHz, dapat digunakan untuk layanan Non Line of Sight NLOS. Standar ini difinalisasi pada Januari 2003. Universitas Sumatera Utara Terdapat 3 spesifikasi pada physical layer di dalam IEEE 802.16a, yaitu : - Wireless MAN-SC: menggunakan format modulasi single carrier. - Wireless MAN-OFDM: menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM dengan 256 point Fast Fourier Transform FFT. - Wireless MAN-OFDMA: menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiple Access OFDMA dengan 2048 point FFT. c. IEEE 802.16d Merupakan standar yang berbasis IEEE 802.16 dan IEEE 802.16a dengan beberapa perbaikan. IEEE 802.16d juga dikenal sebagai IEEE 802.16-2004. Frekuensi yang digunakan sampai 11 GHz. Standar ini telah difinalisasi pada 24 Juni 2004. Terdapat dua pilihan dalam transmisi pada IEEE 802.16d yaitu Time Division Duplex TDD maupun Frequency Division Duplex FDD. d. IEEE 802.16e Standar ini memenuhi kapabilitas untuk aplikasi portability dan mobility. Standar ini telah difinalisasi di akhir tahun 2005. Berbeda dengan standar sebelumnya, maka antara standar IEEE 802.16d dan IEEE 802.16e tidak bisa dilakukan interoperabilitas sehingga diperlukan hardware tambahan bila akan mengoperasikan IEEE 802.16e. Sampai saat ini, standar WiMAX yang dikenal adalah 2 tipe standar yaitu IEEE 802.16d IEEE 802.16-2004 untuk aplikasi fixed tetap dan standar IEEE 802.16e IEEE 802.16-2005 untuk aplikasi portable dan mobile. Karakteristik dasar dari berbagai standar IEEE 802.16 akan ditunjukkan dalam Tabel 2.1. [5] Universitas Sumatera Utara Tabel 2.1 Perbandingan Standar IEEE 802.16 Standar 802.16 802.16d 802.15e Status Selesai pada Desember 2001 Selesai pada Juni 2004 Selesai pada Desember 2005 Frekuensi Kerja 10 GHz - 66 GHz 2 GHz -11 GHz 2 GHz -11 GHz untuk fixed, 2 GHz – 6 GHz untuk mobile Aplikasi Fixed LOS Fixed NLOS Fixed dan mobile NLOS Arsitektur MAC Point-to- multipoint, mesh Point-to-multipoint, mesh Point-to-multipoint, mesh Skema transmisi Single carrier Single carrier, 256 OFDM atau 2048 OFDM Single carrier, 256 OFDM atau scalableOFDM dengan 128, 512, 1024 atau 2048 subcarrier Laju data 32 Mbps-134.4 Mbps 1 Mbps - 75 Mbps 1 Mbps-75 Mbps Multiplexing Burst TDMTDMA Burst TDMTDMAOFDMA Burst TDMTDMAOFDMA Duplexing TDD dan FDD TDD dan FDD TDD dan FDD Lebar pita kanal 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz 1.75 MHz, 3.5 MHz, 7MHz, 14 MHz, 1.25 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 8.75 MHz 1.75MHz, 3.5MHz, 7MHz,14MHz, 1.25MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 8.75MHz Implementasi WiMAX Tidak ada 256 – OFDM sebagai Fixed WiMAX Scalable OFDM sebagaiMobile WiMAX

2.2.2 Aliran Trafik pada WiMAX

Konfigurasi jaringan WiMAX secara umum dibagi menjadi 2 bagian yaitu Subscriber Station SS dan Base Station BS. Subsriber Station terletak di Universitas Sumatera Utara lingkungan pelanggan, sedangkan Base Station terletak satu lokasi dengan jaringan operator. Aliran trafik pada WiMAX mengikuti proses seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 [4]. - Subsriber Station mengirimkan permintaan bandwidth ke Base Station jika memiliki trafik untuk dikirimkan. - Base Station akan menerima permintaan bandwidth, untuk kemudian memberi alokasi kanal kepada Subscriber Station. - Alokasi kanal tersebut diinformasikan melalui kanal downlink di bagian mapping pada Base Station. - Subscriber Station membaca alokasi kanal yang diberikan dan mengirim trafik sesuai dengan alokasi yang diberikan oleh Base Station. - Base Station akan meneruskan data trafik yang dikirimkan oleh Base Station ke jaringan yang digunakan, dalam hal ini yaitu Internet Service Provider ISP melalui switching center. Gambar 2.2 Aliran Trafik pada WiMAX [4] Universitas Sumatera Utara

2.2.3 Lapisan Fisik Phy Layer pada WiMAX

Lapisan fisik Phy Layer berfungsi untuk membangun koneksi fisik antara pengirim dan penerima melalui dua jalur komunikasi uplink dan downlink. WiMAX merupakan teknologi digital sehingga lapisan fisik bertanggung jawab dalam pentransmisian urutan bit. Lapisan ini juga menentukan jenis sinyal yang digunakan, jenis modulasi dan demodulasi, daya transmisi, dan juga karakteristik fisik lainnya [5]. Lapisan fisik WiMAX bekerja berdasarkan pada teknologi Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM. OFDM termasuk kedalam teknik transmisi modulasi multicarrier, dimana aliran data serial laju bit tinggi dibagi kedalam beberapa aliran data paralel dengan laju bit rendah. Masing-masing aliran data paralel ini dimodulasikan pada carrier yang terpisah-pisah yang disebut sebagai subcarrier, subcarrier tersebut diatur orthogonal satu dengan yang lain selama durasi simbol untuk mengeliminasi interferensi antar simbol [5].

2.2.4 Struktur Slot dan Frame pada WiMAX

Lapisan fisik WiMAX juga bertanggung jawab untuk pengalokasian slot dan frame. Waktu dan frekuensi minimum yang dialokasikan oleh sistem WiMAX pada sebuah link transmisi disebut dengan slot. Urutan dari slot berdampingan yang diberikan kepada user dinamakan region data, alogoritma penjadwalan mengalokasikan region data untuk user yang berbeda berdasarkan pada kebutuhan QoS dan kondisi kanal [5]. Gambar 2.3 menunjukan struktur slot dan frame pada WiMAX. Suatu frame OFDM dapat beroperasi pada mode TDD Time Division Duplexing dan mode Frequecy Division Duplexing FDD. Ketika frame OFDM Universitas Sumatera Utara beroperasi pada mode TDD, frame tersebut dibagi kedalam dua subframe, satu subframe downlink dan satu subframe uplink [5]. Proses framing TDD bersifat adaptif, dimana bandwidth yang dialokasikan untuk downlink dengan uplink dapat berubah [5]. Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame pada WiMAX [5] WiMAX juga mendukung frequency Division Duplexing FDD, dimana struktur frame adalah sama, kecuali pada downlink dan uplink yang ditransmisikan secara simultan melalui carrier yang berbeda. Pada mode FDD, kanal uplink dan downlink dialokasikan pada frekuensi yang berbeda [5]. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3, subframe downlink dimulai dengan sebuah downlink premble yang digunakan sebagai prosedur lapis fisik seperti sinkronisasi waktu dan frekuensi. Downlink preamble diikuti oleh frame control header FCH yang memberikan informasi konfigurasi frame seperti panjang paket, skema modulasi dan pengkodean. Satu frame downlink tunggal dapat terdiri dari beberapa burst berbeda ukuran dan jenis yang membawa data untuk beberapa pengguna. Ukuran frame juga bervariasi dan setiap burst dapat mengandung serangkaian paket dengan ukuran tetap atau bervariasi [5]. Universitas Sumatera Utara Subframe uplink terbuat dari beberapa burst uplink dari user yang berbeda. Sebagian subframe uplink disisihkan untuk akses yang bersifat contention yang akan digunakan untuk berbagai macam keperluan. Subframe ini biasa digunakan sebagai kanal ranging, yaitu kanal untuk sinkronisasi simbol dan ekualisasi level daya diantara user yang aktif.

2.2.5 Lapisan MAC pada WiMAX

Lapisan MAC Medium Access Control berfungsi memberikan interface antara transport layer dengan phy layer pada WiMAX. Lapisan MAC akan mengambil paket dari lapisan di atasnya, paket ini dinamakan MAC service data unit MSDU dan mengatur paket ini menjadi MAC protocol data unit MPDU untuk transmisi pada bagian pengirim. Untuk bagian penerima, lapisan MAC melakukan hal yang sebaliknya [5]. Lapisan MAC pada WiMAX diperlihatkan pada Gambar 2.4. Gambar 2.4 MAC Layer pada WiMAX [5] Universitas Sumatera Utara Beberapa fungsi lainnya dari lapis MAC adalah [1]: - Memilih profil burst dan level daya yang sesuai untuk transmisi MAC PDU. - Melakukan retransmisi MAC PDU yang rusak ketika automatic repeat request ARQ digunakan. - Mengatur kualitas pelayanan QoS dan skema prioritas untuk MAC PDU. - Mengatur fungsi sekuritas keamanan dan mengatur operasi penghematan daya.

2.2.6 Mekanisme Akses Kanal pada WiMAX

Lapis MAC bertanggung jawab untuk alokasi bandwidth kepada semua user baik untuk uplink maupun downlink. Semua penjadwalan pada uplink dan downlink diatur oleh MAC pada Base Station BS. Standar WiMAX mendukung mekanisme dimana user dapat meminta dan mendapatkan bandwidth uplink bergantung pada kualitas pelayanan QoS tertentu dan parameter yang berkaitan dengan pelayanan [5]. Mekanisme ini disebut dengan polling. BS mengalokasikan resource jumlah bandwidth yang ada secara dedicated ataupun shared kepada setiap user, yang nantinya dapat digunakan oleh user untuk meminta bandwidth. Polling dapat dilakukan baik secara individu unicast maupun secara berkelompok multicast. Polling secara multicast dilakukan ketika bandwidth yang diperlukan tidak mencukupi untuk melakukan poll setiap user secara individual. Ketika polling dilakukan secara multicast, slot yang dialokasikan untuk melakukan permintaan bandwidth adalah sebuah slot bersama shared, dimana setiap user akan berusaha menggunakan slot tersebut [5]. Universitas Sumatera Utara

2.2.7 Quality of Service QoS pada WiMAX

Quality of Service QoS atau sering disebut kualitas layanan adalah kemampuan suatu jaringan untuk menyediakan pelayanan yang berbeda-beda kepada jenis trafik jaringan tertentu. Tujuan akhir dari QoS adalah memberikan network service yang lebih baik dan terencana dengan bandwidth yang dapat diatur sesuai dengan aplikasi yang digunakan dan layanan yang diharapkan [5]. Pada jaringan WiMAX, fungsi pengaturan QoS dijalankan oleh Medium Access Control MAC. QoS pada WiMAX menggunakan arsitektur MAC connection-oriented, yaitu semua koneksi downlink dan uplink akan dikendalikan oleh Base Station BS. Sebelum transmisi data dilangsungkan, BS dan SS akan membentuk link satu arah untuk koneksi antara MAC layer. Setiap koneksi diidentifikasikan dengan sebuah connection identifier CID yang menjadi alamat sementara untuk transmisi data pada link tertentu [5]. Berdasarkan sifat pelayanannya maka QoS pada WiMAX dikelompokkan menjadi lima jenis, yaitu: [5] a. Unsolicited Grant Service UGS Didesain untuk mendukung penggunaan layanan pada ukuran paket data tetap fixedsize dengan laju bit konstan. QoS ini efektif untuk layanan yang sensitif terhadap throughput, latency dan jitter. Contoh penggunaan layanan QoS ini yaitu pada aplikasi T1E1 dan VoIP tanpa silence supression. b. Real-Time Polling Service rtPS Didesain untuk mendukung layanan real-time dengan laju bit variabel seperti aplikasi video MPEG dan video streaming yang menggunakan ukuran paket data variabel. QoS ini efektif untuk layanan yang sensitif terhadap Universitas Sumatera Utara throughput dan latency namun dengan toleransi yang lebih longgar dibandingkan dengan UGS. c. Non-Real-Time Polling Service nrtPS Didesain untuk mendukung aliran data yang bersifat toleransi terhadap delay dan membutuhkan aliran data dengan ukuran variabel non-real time dan laju minimum. QoS ini efektif untuk aplikasi yang membutuhkan throughput yang intensif seperti pada FTP File Transfer Protocol. d. Best-Effort BE Service Didesain untuk mendukung aliran data yang tidak memerlukan jaminan pelayanan minimum, seperti web browsing dan email. QoS ini tidak memberikan garansi terhadap laju data dan delay. e. Extended Real-Time Variable Rate ERT-VR Service Didesain untuk mendukung aplikasi real-time yang mempunyai laju data variabel dan memerlukan jaminan terhadap throuhgput dan delay, seperti VoIP dengan silence supression.

2.3 Teknik Penjadwalan Pada WiMAX