BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
Bab ini menjelaskan sekilas mengenai teknologi Worldwide Interoperability Microwave Acces
WiMAX, perangkat lunak Network Simulator NS-2, kerangka evaluasi video EvalVid, dan modul WiMAX NIST.
2.2 WiMAX
WiMAX merupakan standar Broadband Wireless Access BWA dengan kemampuan transmisi data berkecepatan tinggi dan cakupan yang luas. WiMAX
menawarkan kemampuan transmisi yang baik dalam kondisi line of sight LOS maupun nonline of sight NLOS dengan rate mencapai 70 Mbps dan dapat
menjangkau user sampai radius 5km [1].
2.2.1 Standar WiMAX
WiMAX menggunakan standar Institue of Electrical and Electronics Engineering
IEEE 802.16 yang termasuk dalam kategori Wireless Metropolitan Area Network
WMAN. Standar 802.16 telah mengalami beberapa perkembangan dan penyempurnaan sebagai berikut [1]:
a. 802.16
Standar 802.16 dirilis pada Desember 2001 untuk layanan fixed wireless broadband
dengan konfigurasi point to point, dan bekerja pada frekuensi
Universitas Sumatera Utara
10-66 Ghz. Kondisi layanan adalah LOS dan bandwidth mencapai 32–124 Mbps.
b. 802.16a
Standar 802.16a dirilis pada Januari 2003 yang bekerja pada frekuensi 2– 11 GHz. Layanan sama dengan standar sebelumnya.
c. 802.16d
Standar ini dirilis pada Oktober 2004, berkerja pada frekuensi 2–11 Ghz dengan bandwidth mencapai 70 Mbps.
d. 802.16e
Standar 802.16e dirilis pada Desember 2005 yang didesain agar user dapat bergerak mobile dan dapat melakukan prosedur handover dan roaming.
2.2.2 Model Jaringan WiMAX
Struktur WiMAX meliputi struktur Base Station BS, Subscriber Station SS, dan struktur Packet flows[2].
2.2.2.1 BaseStation
Base station BS merupakan suatu perangkat pengirim dan penerima sinyal
radio ke subscriber station SS. Paket pertama kali masuk dari higher layer menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam
antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL ARQHARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian uplinkdownlink
Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian DL
Frame Assembler . Pada bagian DL Frame Assembler ini berfungsi untuk
Universitas Sumatera Utara
mengkombinasikan paket ke bentuk sebuah frame dan menambahkan informasi seperti DL dan UL maps didalamnya. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY
Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Module. Setelah paket diterima
pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu
menuju ke UL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali
kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer. Struktur node BS terlihat pada
Gambar 2.1 [2].
Gambar 2.1
. Struktur Base Station Struktur model BS memiliki bagian-bagian utama yaitu:
a. FlowClassifier
Flow Classifier berfungsi untuk mapping jaringan service data units SDUs yang datang ke MAC service flow identifier SFID dan connection identifier
CID yang sesuai. 802.16 MAC CS menyelenggarakan Packet Header
Universitas Sumatera Utara
Suppression PHS jika aturan sesuai yang ditentukan oleh layanan. Semua paket
yang berasal dari layer aplikasi melewati bagian ini sebelum diarahkan ke antrian sesuai dengan CID.
b. Scheduler
DL ARQHARQ Scheduler
adalah bagian yang kompleks karena scheduler berfungsi untuk menjaga banyak informasi untuk jadwal paket data dengan benar dan efisien.
Scheduler harus mempertahankan informasi seperti :
1. Informasi QoS untuk setiap flow.
2. Status antrian DL untuk setiap flow .
3. Bandwidth
UL bandwidth request dan bandwidth updated selama pelayanan scheduling seperti UGS untuk setiap flow atau mobile.
4. Informasi keadaan channel untuk setiap mobile.
Scheduler memilikibeberapa bagian yaitu DLUL scheduling,DL resource
allocator, dan Packet fragmentationpacking.
c. UL ARQ
UL ARQ berfungsi untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya
atau sebagian. Informasi ARQ feedback dkirim kembali ke pengirim melalui informasi keadaan yang ditransfer antara UL ARQ dan DL ARQ HARQ.
d. DL FrameAssembler
DL frameassembler berfungsimengkombinasikan semua paket yang dibangkitkan oleh scheduler ke bentuksebuah frame dan menambahkan beberapa
informasi frame seperti DL dan UL maps.
Universitas Sumatera Utara
e. Packet Parse
BS Packet Parserberfungsiuntuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis di header paket data paket atau paket kontrol. Contoh paket
kontrol adalah Bandwidth request BWR paket. f.
TxRx PHY Tx PHY Moduleberfungsi untuk mengirim paket melalui saluran nirkabel.
Rx PHY Module berfungsi untuk menerima paket melalui saluran nirkabel. Modul DL PHY hanya melewati paket ke saluran nirkabel.Tanda beberapa informasi
PHY untuk paket-paket, seperti waktu transmisi, listrik, dan frekuensi.Modul UL PHY menghitung informasi SINR untuk semua paket masuk dan
mengimplementasikan antarmuka untuk lapisan PHY yang menyediakan Blokir Kesalahan Informasi ketika berdasarkan Blokir Ukuran dan nilai SINR .
2.2.2.2 MobileSubscriber Station
Subsriber merupakan interface yang terhubung langsung ke user untuk
mengirim dan menerima paket ke dari tujuan. Setelah paket dari base station diterima pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser
untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke DL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima
rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak
maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer.Kemudian paket tersebut diterima dan dikirimkan melalui higher layer menuju flow classifier untuk
mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian
Universitas Sumatera Utara
scheduler ini terdapat bagian DL ARQHARQ untuk menjaga banyaknya
informasi yang masuk dan bagian Uplink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian UL Assembler. Pada bagian UL Assembler ini
berfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY
Module . Struktur Mobile Subscriber Stationdiperlihatkan pada Gambar 2.2 [2].
Salah satu fungsi utama dari MSS untuk mengambil informasi kedatangan UL-Maps dan mengekstrak informasi waktu awal dan akhir burst pada SC-PHY
dan merancang burst menggunakan data dari antrian data yang terkait dengan MSS. Bagian-bagian MSS akan dijelaskan sebagai berikut:
a. UL Scheduler ARQHARQ Module
UL schedulerberfungsi mendapatkan bandwidth grant untuk mobile di setiap frame dari packet parser dan kemudian menjadwalkan jumlah yang tepat
dari data dalam slot UL yang diberikan .
Gambar 2.2
.Struktur Mobile Subscriber Station
Universitas Sumatera Utara
b. UL Assembler
UL Assemblerberfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir danmembuat burst data yang sesuai kedalam slot yang diberikan. Fungsi blokir
yang lain sama seperti pada base station.
2.2.2.3 PacketFlows
Packet flows merupakan jalur paket yang terjadi pada proses pengiriman
dan penerima dari mobile ke base station atau sebaliknya. Ada beberapa packet flow
pada proses pengiriman dan penerimaan data diantaranya seperti Regular DL datapacket flow
,Regular UL Data Packet Flowdan lainnya [2]. a.
Regular DL data packet flow
Suatu proses packet flow yang biasa terjadi pada downlink yaitu pengiriman paket dari base station ke mobile. Paket pertama kali masuk dari higher layerBase
station menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke
dalam antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL ARQHARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian
uplinkdownlink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim
ke bagian DL Frame Assembler. Pada bagian DL Frame Assembler ini berfungsi untuk mengkombinasikan paket ke bentuk sebuah frame dan menambahkan
informasi seperti DL dan UL maps didalamnya. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Module. Setelah paket
diterima pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket.
Setelah itu menuju ke UL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima
Universitas Sumatera Utara
rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak
maka paket dikirimkan langsung menuju higher layerpada mobile subscriber station. Regular
DL data packet flowdiperlihatkan pada Gambar 2.3.
b. Regular UL Data Packet Flow
Suatu proses packet flow yang biasa terjadi pada uplink yaitu pengiriman paket dari mobile subscriber station ke base station. Setelah paket dari base
station diterima oleh mobile subscriber station pada Rx PHY Module, maka
selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke DL ARQ Module
untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola
kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer.
Kemudian paket tersebut diterima dan dikirimkan melalui higher layer
menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL
Gambar 2.3
.Regular DL data packet flow
Universitas Sumatera Utara
ARQHARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian Uplink Scheduler
API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian UL Assembler
. Pada bagian UL Assembler ini berfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module
melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Modulepada base station. Regular UL data packet flow
diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 . Regular UL data packet flow
2.3 Network Simulator NS-2
NS-2merupakan sebuahprogramsimulasi berbasis event kejadianyang banyak digunakanuntuk mempelajarisifat dinamis darijaringan dan protokol
komunikasi. NS-2
mampu mensimulasikan jaringankabeldanjaringan nirkabelserta
protokolnya mencakupalgoritmarouting,protokol komunikasi, algoritma
akses dan lain-lain [3]. Gambar 2.5 menunjukan arsitektur dasar NS-2. NS-2 menggunakan dua
jenis bahasa pemrograman, C++ dan TCL. Bahasa C++ digunakan sebagai inti proses simulasi, sementara bahasa TCL untuk konfigurasi jaringan [3].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5. Arsitektur dasar NS-2
TclCL dan OTcl adalah komponen TCL yang berfungsi untuk menjembatani konfigurasi dengan proses simulasi. Program NS-2 menggunakan
command line interface , yang menghasilkan trace atau catatan yang dapat
dipergunakan oleh modul network animator NAM Gambar2.6 maupun piranti plot grafik Xgraph[3].
Gambar 2.6.
Tampilan NAM Network Animator
Universitas Sumatera Utara
2.4 Kerangka Evaluasi Video Evalvid
Simulator NS-2 menyediakan presentasi data menggunakan Xgraph.
Namun Xgraph kehilangan detail kejadian pengiriman data dan hanya menampilkan data rata-rata untuk parameter yang ditinjau. Oleh karenanya, untuk
mempresentasikan parameter yang dievaluasi, penelitian ini menggunakan EvalVid.
EvalVid adalah framework dan tool set untuk evaluasi kualitas video yang dikirimkan melalui jaringan komunikasi nyata ataupun simulasi [4].Struktur dari
framework EvalVid ditunjukan Gambar 2.7 [5].
Video Decoder
Video Decoder
VS VS
ET ET
FV FV
Source
PSNR PSNR
MOS MOS
Network or simulation
lossdelay Network
or simulation lossdelay
Result: -Frame Loss
Frame Jitter -user perceived
quality Result:
-Frame Loss Frame Jitter
-user perceived quality
Video Decoder
Video Decoder
User Play-Out
Buffer
tcpdump tcpdump
Evalvid- API
Evalvid- API
Receive Trace Sender
Trace Video
Trace Coded
Video raw YUV
video Reconstructed
raw YUV video raw YUV video
erroneous video Reconstructed
erroneous video
Gambar 2.7.
Struktur framework EvalVid Komponen utama dari struktur EvalVid dijelaskan sebagai berikut :
1. Source
: Sumber video dapat berupa raw file YUV dengan resolusi Quarter Common Intermediate Format
QCIF, 176 x 144 atau di Common Intermediate Format
CIF, 352 x 288. 2.
Video Encoder dan Decoder:EvalVid mendukung dua codec MPEG4 , yaitu codec NCTU dan ffmpeg.
3. VS Video Sender: komponen VS membaca file video yang d
ikompres dari
Universitas Sumatera Utara
output encode
r
, menfragmentasi setiap frame video yang berukuran besar menjadi segmen yang berukuran kecil dan kemudian mengirimkan segmen
ini melalui paket UDP pada jaringan nyata atau simulasi. Untuk setiap pengiriman paket UDP,framework mencatat tanda waktu, id paket, dan
ukuran paket di sender trace file dengan bantuan tcp dump atau win
dump, jika jaringan adalah Link nyata. Namun, jika jaringan disimulasikan,sender trace file
disediakan oleh entitas pengirim. komponen VS juga membangkitkanvideo trace file yang berisi informasi
tentang setiap framepadafile video real. Video trace file dan sender trace file
yang kemudian digunakan untuk evaluasi kualitas video berikutnya . 4.
ET Evaluate Trace: Evaluasi berlangsung di sisi pengirim. Oleh karena itu, informasi tanda waktu, id paket, dan ukuran paket yang diterima pada
penerima harus dikirim kembali ke pengirim. Berdasarkan file video asli yang dikodekan, file video trace, file sender trace, dan file received
trace ,komponen ET menghasilkan laporandelay, packet loss, jitterserta file
video rekontruksi untuk melihat hasil video pada sisi penerima mengalami kerusakan atau tidak.
5. FV Fix Video: penilaian kualitas video digital dilakukan dari frame demi
frame . Oleh karena itu, jumlah total frame video di sisi penerima, termasuk
yang salah, harus sama seperti video asli di sisi pengirim. 6.
PSNR Peak Signal Noise Ratio: PSNR adalah salah satu objek untuk menilai QoSaplikasi pada transmisi video.
7. MOS Mean Opinion Score:suatu subjektif untuk mengukur kualitas
video digital pada aplikasi.
Universitas Sumatera Utara
2.5 Modul WiMAX NIST
Kategori