Reduksi Konsumsi Energi Perangkat Bergerak WiMAX Melalui Pengaturan Beban Protokol Transport
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 ARQ/HARQ
untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian uplink/downlink
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 ARQ/HARQ)
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 DL/UL scheduling,DL resource
allocator, dan Packet fragmentation/packing.
c.
UL ARQ
UL ARQberfungsi 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.
Tx/Rx 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 ARQ/HARQ 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].
Gambar 2.2.Struktur Mobile Subscriber Station
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 (ARQ/HARQ 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 .
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
ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian
uplink/downlink 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
Gambar
2.3.Regular
data packet
flow ke DL ARQ Module
masuk berdasarkan
jenis header
paket.DL
Setelah
itu menuju
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
Universitas Sumatera Utara
ARQ/HARQ 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 (kejadian)yang
banyak digunakanuntuk mempelajarisifat dinamis darijaringan dan protokol
komunikasi.
NS-2
mampu
nirkabelserta
protokolnya
mensimulasikan
jaringankabeldanjaringan
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
Trace
loss/delay
User
Video
Decoder
tcpdump
VS
Network
(or simulation)
EvalvidAPI
Video
Video
Decoder
Decoder
EvalvidAPI
Source
tcpdump
Play-Out
Buffer
Sender
Trace
ET
Receive Trace
Coded
Video
Reconstructed
erroneous video
Result:
-Frame Loss/
Frame Jitter
-user perceived
quality
FV
raw YUV
video
Reconstructed
raw YUV video
PSNR
erroneous video
raw YUV video
MOS
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 dikompres dari
Universitas Sumatera Utara
output encoder, 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
disimulasikan,sender
trace
Link nyata. Namun, jika jaringan
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
Modul WiMAX ini modul yang dibuat oleh National Institute of Standards
and Technology (NIST) berdasarkan WirelessMAN-OFDM. Proses UL dan DL
dipisahkan oleh TDD. Modul NIST menyediakan basic scheduler round robin
dan
mendukung
scanning
dan
handover,
serta
fragmentation
and
framereassembling[6].
Gambar 2.8 menunjukan struktur utama dari modul WiMAX NIST. Modul
802.16 ini mewakili MAC module pada NS-2. Ada 6 komponen utama pada
Modul ini yaitu peer node; connection; service flow; classifier; scheduler dan
statistics. Peer node merekam informasi peer termasuk Subscriber Station dan
Base Station[6].
Gambar 2.8. Struktur utama modul WiMAX NIST
Pada WiMAX setiap subscriber station hanya mempunyai 1 connection.
Dimana, keadaan dari incoming dan outgoingconnections diatur oleh modul
connection. Tiap connection dapat berisi beberapa service flows, yang ditangani
Universitas Sumatera Utara
oleh modul service flows. Modul classifier merekamdan memproses incoming dan
outgoing paket.
Modul WiMAX NIST ditambahkan ke NS-2 dan divalidasi pada beberapa
test dan verifikasi kebenaran penambahan fungsi dan memenuhi standard IEEE
802.16. Beberapa metode validasi adalah link adaptation, data rate validation,
frame validation dan QoS validation. link adaptation untuk memvalidasi
kecenderungan benar dari Signal to Noise Ratio pada posisi Subscriber Station;
data rate validation mengukur consistency bandwidth sel; frame validation and
QoS validation mengecek formatframe pada mode TDD; QoS validation
mengecek kebenaran dari tiap class of service[6].
2.6
Pengaturan Beban TransportLayer Protokol
Pengaturan beban transportlayer protokol dikembangkan berdasarkan ide
dari Seyed Mohammad Ali Zeinolabedin lulusan dari Azad University di Negara
Iran. Secara normal, frame video yang dihasilkan dalam jangka waktu yang tetap
sehingga video memiliki parameter frame tertentu per detik (fps). Selanjutnya,
kompresi video membedakan ukuran frame berdasarkan jenis framenya. Frame I
berisi gambar asli yang memiliki kapasitas sedikit lebih tinggi daripada jenis
frame video P atau B yang hanya dibangun oleh bagian perubahan byte gambar
yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [7].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Transport layer load management
Di sisi lain, komunikasi nirkabel untuk lalu lintas berbasis IP
membutuhkan permintaan bandwidth, seperti permintaan untuk kirim (RTS) dan
Clear untuk kirim (CTS) di jaringan 802.11, atau permintaan bandwidth di
jaringan 802.16. Beberapa dipisahkan dengan permintaan byte kecil dalam waktu
singkat tidak efisien dan cenderung mengurangi kinerja akses karena akan lebih
sering mengalami kompetisi pada permintaan.
Frame video yang dihasilkan oleh aplikasi perangkat lunak lapisan
buffer akan bergabung dua atau lebih frame untuk mencapai permintaan
bandwidth yang sering berkurang dan ukuran lalu lintas yang lebih padat. Gambar
2.9 bdan 2.9 c menunjukkan bahwa dengan menggabungkan dua atau lebih frame,
lalu lintas lebih padat dan sering berkurang. lalu lintas asli tanpa buffering berisi
120 frame dengan ukuran rata-rata 9362 bit. Dengan asumsi jaringan tidak lebih
dari kapasitas, lalu lintas ini dapat menghasilkan 120 waktu transmisi. Ketika dua
atau tiga frame bergabung, jumlah transmisi dikurangi, 90 dan 72 kali dengan
trafik padat 12.482 dan 15.600 bit dalam rata-rata [7].
Universitas Sumatera Utara
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 ARQ/HARQ
untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian uplink/downlink
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 ARQ/HARQ)
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 DL/UL scheduling,DL resource
allocator, dan Packet fragmentation/packing.
c.
UL ARQ
UL ARQberfungsi 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.
Tx/Rx 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 ARQ/HARQ 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].
Gambar 2.2.Struktur Mobile Subscriber Station
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 (ARQ/HARQ 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 .
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
ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian
uplink/downlink 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
Gambar
2.3.Regular
data packet
flow ke DL ARQ Module
masuk berdasarkan
jenis header
paket.DL
Setelah
itu menuju
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
Universitas Sumatera Utara
ARQ/HARQ 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 (kejadian)yang
banyak digunakanuntuk mempelajarisifat dinamis darijaringan dan protokol
komunikasi.
NS-2
mampu
nirkabelserta
protokolnya
mensimulasikan
jaringankabeldanjaringan
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
Trace
loss/delay
User
Video
Decoder
tcpdump
VS
Network
(or simulation)
EvalvidAPI
Video
Video
Decoder
Decoder
EvalvidAPI
Source
tcpdump
Play-Out
Buffer
Sender
Trace
ET
Receive Trace
Coded
Video
Reconstructed
erroneous video
Result:
-Frame Loss/
Frame Jitter
-user perceived
quality
FV
raw YUV
video
Reconstructed
raw YUV video
PSNR
erroneous video
raw YUV video
MOS
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 dikompres dari
Universitas Sumatera Utara
output encoder, 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
disimulasikan,sender
trace
Link nyata. Namun, jika jaringan
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
Modul WiMAX ini modul yang dibuat oleh National Institute of Standards
and Technology (NIST) berdasarkan WirelessMAN-OFDM. Proses UL dan DL
dipisahkan oleh TDD. Modul NIST menyediakan basic scheduler round robin
dan
mendukung
scanning
dan
handover,
serta
fragmentation
and
framereassembling[6].
Gambar 2.8 menunjukan struktur utama dari modul WiMAX NIST. Modul
802.16 ini mewakili MAC module pada NS-2. Ada 6 komponen utama pada
Modul ini yaitu peer node; connection; service flow; classifier; scheduler dan
statistics. Peer node merekam informasi peer termasuk Subscriber Station dan
Base Station[6].
Gambar 2.8. Struktur utama modul WiMAX NIST
Pada WiMAX setiap subscriber station hanya mempunyai 1 connection.
Dimana, keadaan dari incoming dan outgoingconnections diatur oleh modul
connection. Tiap connection dapat berisi beberapa service flows, yang ditangani
Universitas Sumatera Utara
oleh modul service flows. Modul classifier merekamdan memproses incoming dan
outgoing paket.
Modul WiMAX NIST ditambahkan ke NS-2 dan divalidasi pada beberapa
test dan verifikasi kebenaran penambahan fungsi dan memenuhi standard IEEE
802.16. Beberapa metode validasi adalah link adaptation, data rate validation,
frame validation dan QoS validation. link adaptation untuk memvalidasi
kecenderungan benar dari Signal to Noise Ratio pada posisi Subscriber Station;
data rate validation mengukur consistency bandwidth sel; frame validation and
QoS validation mengecek formatframe pada mode TDD; QoS validation
mengecek kebenaran dari tiap class of service[6].
2.6
Pengaturan Beban TransportLayer Protokol
Pengaturan beban transportlayer protokol dikembangkan berdasarkan ide
dari Seyed Mohammad Ali Zeinolabedin lulusan dari Azad University di Negara
Iran. Secara normal, frame video yang dihasilkan dalam jangka waktu yang tetap
sehingga video memiliki parameter frame tertentu per detik (fps). Selanjutnya,
kompresi video membedakan ukuran frame berdasarkan jenis framenya. Frame I
berisi gambar asli yang memiliki kapasitas sedikit lebih tinggi daripada jenis
frame video P atau B yang hanya dibangun oleh bagian perubahan byte gambar
yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [7].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Transport layer load management
Di sisi lain, komunikasi nirkabel untuk lalu lintas berbasis IP
membutuhkan permintaan bandwidth, seperti permintaan untuk kirim (RTS) dan
Clear untuk kirim (CTS) di jaringan 802.11, atau permintaan bandwidth di
jaringan 802.16. Beberapa dipisahkan dengan permintaan byte kecil dalam waktu
singkat tidak efisien dan cenderung mengurangi kinerja akses karena akan lebih
sering mengalami kompetisi pada permintaan.
Frame video yang dihasilkan oleh aplikasi perangkat lunak lapisan
buffer akan bergabung dua atau lebih frame untuk mencapai permintaan
bandwidth yang sering berkurang dan ukuran lalu lintas yang lebih padat. Gambar
2.9 bdan 2.9 c menunjukkan bahwa dengan menggabungkan dua atau lebih frame,
lalu lintas lebih padat dan sering berkurang. lalu lintas asli tanpa buffering berisi
120 frame dengan ukuran rata-rata 9362 bit. Dengan asumsi jaringan tidak lebih
dari kapasitas, lalu lintas ini dapat menghasilkan 120 waktu transmisi. Ketika dua
atau tiga frame bergabung, jumlah transmisi dikurangi, 90 dan 72 kali dengan
trafik padat 12.482 dan 15.600 bit dalam rata-rata [7].
Universitas Sumatera Utara