BAB II DASAR TEORI 2.1 Pentingnya Efisiensi Energi pada Perangkat Komunikasi Bergerak - Studi Konsumsi Energi Perangkat Komunikasi Bergerak Untuk Aplikasi Video Streaming

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pentingnya Efisiensi Energi pada Perangkat Komunikasi Bergerak

  Penggunaan perangkat komunikasi bergerak yang bertumbuh dengan cepat mengisyaratkan permintaan penggunaan energi yang semakin besar pula. Hal ini disebabkan semakin berkembangnya aplikasi konten perangkat handphone berupa aplikasi yang diinginkan oleh pengguna.

  Perkembangan program aplikasi membutuhkan dukungan teknologi baterai yang memadai. Namun demikian, baterai mempunyai umur atau waktu pakai (baterry life) yang terbatas. Disamping kebutuhan akan teknologi baterai, efisiensi penggunaan baterai oleh program aplikasi juga merupakan langkah yang penting. Salah satunya adalah efisiensi konsumsi energi protokol transport yang digunakan.

  Ada dua jenis protokol transport yang dipakai yaitu User Datagram

  

Protocol (UDP) dan Transmission Control Protocol (TCP). UDP hanya

  menggunakan koneksi satu arah dimana data yang dikirim tidak membutuhkan

  

acknowledgement number . Sementara TCP membutuhkan acknowledgement

number untuk setiap data yang dikirim.

  Semakin banyak proses yang terlibat dalam menangani transmisi data, semakin banyak konsumsi energi yang dibutuhkan. Secara kasat mata, TCP melakukan proses penanganan transmisi data lebih banyak daripada UDP, sehingga TCP kemungkinan mengkonsumsi energi lebih banyak daripada UDP.

  Oleh karenanya, dibutuhkan penelitian untuk membuktikan hal tersebut.

2.2 Protokol Komunikasi

  Protokol adalah seperangkat aturan yang mengatur dan mengijinkan terjadinya koneksidan perpindahan data antara dua atau lebih perangkat atau kombinasi dari keduanya. Protokol distandarisasi oleh International Standard

  

Organization (ISO) dalam sebuah Open System Interconnection (OSI) [6]. Dalam

  model OSI terdapat 7 layer. Berikut ini merupakan 7 layer/ lapisan OSI yaitu:

  1. Lapisan aplikasi (application layer): layer ini mendefinisikan sebuah antarmuka user dengan jaringan data.

  2. Lapisan presentasi (presentation layer): layer ini memastikan bahwa format data yang diterima bisa digunakan oleh aplikasi yang berjalan pada sistem.

  3. Lapisan sesi (session layer): layer ini bertanggung jawab dalam membangun dan memelihara hubungan antara 2 koneksi.

  4. Lapisan transport (transport layer): layer ini melakukan manipulasi aktual dari data dan mempersiapkannya untuk dikirim melalui jaringan.

  5. Lapisan jaringan (network layer): layer ini menggambarkan bagaimana sistem pada jaringan yang berlainan segmen dapat saling berhubungan satu sama lain.

  6. Lapisan jalur data (data link layer): layer ini menyediakan link untuk data, membuat paket data menjadi frame yang berhubungan dengan hardware, kemudian diangkut melalui media.

  7. Lapisan fisik (physical layer): layer ini bertanggung jawab atas proses data menjadi bit-bit dan mentransfernya melalui media, seperti kabel dan menjaga koneksi fisik antar sistem.

2.3 Arsitektur TCP/IP

  TCP/IP adalah standar komunikasi data yang ditemukan oleh Defence

  

Advance Research Project Agency (DARPA). TCP/IP merupakan kumpulan

  protokol yang mengatur komunikasi data dengan menggunakan layer yang lebih sedikit dibandingkan model OSI. Gambar 2.1 menunjukkan arsitektur TCP/IP dalam model layer [6].

  

Application Layer

Transport Layer

Internet Layer

Network Access Layer

  

Physical Layer

Gambar 2.1 Arsitektur TCP/IP dalam model layer

  Jika suatu layer menerima data dari layer lain diatasnya, layer tersebut menambahkan informasi tambahan (header) ke data tersebut. Header tersebut hanya dapat dibaca oleh layer pada perangkat di sisi penerima. Hal yang sebaliknya terjadi, jika suatu layer menerima data dari layer lain yang berada di bawahnya, maka layer tersebut akan membaca header yang diperuntukkan untuknya, kemudian menghilangkannya dari data.

2.3.1 Application Layer

  Layer tertinggi TCP/IP adalah application layer. Layer ini terdapat

  banyak sekali application protocol beberapa diantaranya adalah:

  TELNET (Network Terminal Protocol) yaitu protokol yang menyediakan - remote login dalam jaringan.

  FTP (File Transfer Protocol) yaitu protokol yang digunakan untuk file - transfer .

  SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) yaitu protokol yang digunakan - untuk mengirimkan electronic mail.

  HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) yaitu protokol yang digunakan - untuk web browsing.

2.3.2 Transport Layer

  Transport layer mempunyai dua fungsi utama yaitu mengatur aliran data

  antara dua host dan fungsi reliabilitas. Pada transport layer terdapat dua buah protokol yaitu: a. TCP (Transmission Control Protocol)

  TCP harus melakukan hubungan (handshake) terlebih dahulu sebelum mentransfer data. Selanjutnya, TCP melakukan fungsi reliabilitas yaitu mengkonfirmasi semua pengiriman data. Setelah selesai pengiriman, TCP melakukan terminasi.

  b. UDP (User Datagram Protocol) Protokol ini melakukan fungsi unreliable dan connectionless yaitu protokol UDP pengiriman dilakukan secara spontan tanpa menunggu konfirmasi.

  2.3.3 Internet Layer

  Dalam layer ini mekanisme pengalamatan dan perutean diatur. Mekanisme pengalamatan menggunakan 32 bit alamat (IP versi 4) dan 64 bit alamat (IP versi 6). Algoritma perutean dapat berbentuk statis yang diatur secara manual maupun secara dinamis melalui pertukan informasi link.

  2.3.4 Network Access Layer

  Protokol pada layer ini menyediakan media bagi sistem untuk mengirimkan data ke perangkat lain yang terhubung secara langsung. Network

  

Access Layer setara dengan Data Link Layer pada standar OSI. Fungsi dalam

layer ini adalah memastikan data tiba pada perangkat lain yang terhubung

  langsung secara selamat. Mekanisme pengkodean data, mekanisme cek kesalahan, mekanisme pertukaran data diatur dalam layer ini.

  2.3.5 Physical Layer Physical Layer ini bertanggung jawab atas proses konversi data 0 dan 1

  menjadi bentuk fisik (tegangan dan arus) agar dapat terkirim ke media wireless ataupun kabel. Berbagai jenis teknologi komunikasi seperti satelit, kabel koaksial, optic dan dial-up adalah dalam cakupan layer fisik.

2.4 User Datagram Protocol (UDP)

  Protokol ini sangat sederhana dengan arti pengirim dan penerima tidak perlu menjaga session atau status koneksi. UDP dapat mengirimkan per segmen tanpa dipengaruhi oleh kepadatan trafik. Protokol UDP menerapkan layanan

  

connectionless yaitu tidak adanya campur tangan dari penerima dan pengirim

  selama pengiriman data terjadi. Hal ini dikarenakan setiap segmen UDP ditangani secara independen dengan segmen UDP lainnya.

  Kelemahan UDP antara lain; packet loss yang tinggi dan kemungkinan

  

congestion . Kehilangan segmen pada UDP sangat mungkin terjadidikarenakan

  paket yang diterima mungkin tidak berurutan. Paket yang tidak berurutan otomatis akan dibuang. UDP juga tidak memiliki congestion control (kontrol kemacetan).

  

Congestion control mencegah buffer penuh hingga terjadi penurunan kerja

jaringan.

  UDP berdiri di atas IP. Karena bersifat nirsambungan, hanya sedikit yang perlu dilakukan UDP. Pada dasarnya, UDP menambahkan sebuah kemampuan pengalamatan port ke IP. Hal ini paling terlihat dengan meneliti header UDP.

  

Header menyertakan port sumber dan port tujuan seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.2. Bidang panjang berisi panjang keseluruhan segmen UDP, termasuk header dan data. Checksum menggunakan algoritma cek kesalahan [6].Gambar 2.2 Header UDP

2.5 Transmission Control Protocol (TCP)

  Protokol TCP memiliki beberapa karakteristik, di antaranya : point-to-

  

point , memiliki buffer pada penerima dan pengirim, aliran data yang dikontrol

  sehingga dapat mengontrol sendiri kemacetan yang terjadi. Struktur segmen yang dimiliki TCP lebih kompleks daripada UDP. TCP bersifat connection oriented dengan kata lain koneksi end-to-end harus dibangun terlebih dahulu di kedua ujung terminal sebelum kedua ujung terminal mengirimkan data.

  TCP hanya menggunakan satu jenis satuan data protokol, disebut segmen TCP. Karena satu header harus melaksanakan semua mekanisme protokol, ukurannya cukup besar, dengan panjang terpendek 20 oktet. Headernya dapat dilihat pada Gambar 2.3 [6].

Gambar 2.3 Header TCP

  Secara detail diuraikan sebagai berikut: 1. Port Sumber (16 bit): Port TCP Sumber.

  2. Port Tujuan (16 bit): Port TCP Tujuan.

  3. Sequence Number (32 bit): Nomor runtutan oktet data pertama dalam segmen ini kecuali bila flag SYN diatur. Bila SYN diatur, bidang ini berisi

  initial sequence number (nomor runtutan awal, ISN) dan oktet data pertama dalam segmen ini bernomor runtun ISN+1.

  4. Acknowledgement Number (AN): Balasan yang ditumpangkan. Berisi nomor runtutan oktet data berikutnya yang diharapkan diterima oleh entitas TCP.

  5. Panjang Header (4 bit): Banyak word 32 bit dalam header.

  6. Tercadang (6 bit): Dicadangkan.

  7. Flag (6 bit): Untuk tiap flag, bila diatur bernilai 1, artinya adalah

• CWR: Jendela kemacetan dikurangi (congestion window reduced ).
• ECE: ECN-Echo; Bit CWR dan ECE, ditetapkan dalam RFC 3168,digunakan untuk fungsi pemberitahuan kemacetan eksplisit.
• URG: bidang penunjuk urgen penting.
• ACK: bidang balasan penting.
• PSH: fungsi push (dorong).
• RST: reset sambungan.
• SYN: sinkronkan nomor runtunan.
• FIN: tidak ada data lagi dari pengirim.

  8. Jendela (16 bit): alokasi kredit kendali aliran, dalam oktet. Berisi banyak oktet data, mulai dari nomor runtunan yang ditunjukkan dalam bidang balasan yang dapat diterima pengirim.

  9. Checksum (16 bit): Komplemen satuan dari modulo jumlah komplemen satuan semua word 16-bit dalam segmen ditambah pseudoheader.

  10. Penunjuk Urgen (16 bit): Nilai ini, bila ditambahkan ke nomor runtunan segmen, berisi nomor runtunan oktet terakhir dalam seruntunan data

  urgen . Hal ini memungkinkan penerima mengetahui banyak data urgen yang sedang datang.

2.6 Jaringan Wireless Local Area Network (WLAN) Adhoc

  Jaringan adhoc [3] adalah kumpulan host mobile/ wireless membentuk jaringan sementara tanpa bantuan infrastruktur yang didirikan atau diadministrasi terpusat. Dalam kondisi seperti itu, mungkin diperlukan untuk satu host mobile untuk meminta bantuan dari host lain dalam meneruskan paket ke tujuannya karena jangkauan terbatas dari transmisi nirkabel masing-masing host mobile. Jaringan wireless local area network (WLAN) dibangun tanpa kabel dan berjarak sangat dekat layaknya jaringan LAN yang masih menggunakan kabel sebagai media transmisinya. Pada umumnya penggunaan jaringan WLAN ini dilakukan untuk menghubungkan beberapa perangkat komputer pada satu server. Semua data akan dibagikan oleh komputer yang ditunjuk sebagai server dengan menggunakan fitur adhoc yang tersedia pada komputer. Adhoc akan membangun sebuah jaringan WLAN. Selanjutnya akan diarahkan ke pengaturan penambahan nama jaringan yang akan dibangun. Pengaturan kode keamanan pada jaringan ini sehingga pengguna bisa menggunakannya pada mode jaringan pribadi dengan kata lain diatur dengan tidak terhubung pada jaringan publik.

2.7 Survey Penelitian Konsumsi Energi

  Beberapa riset terkait diuraikan dalam paragrap berikut. Gian Paolo Perrucci [4] menjelaskan strategi dan solusi penghematan energi pada perangkat komunikasi bergerak dengan teknik cross-layer, overlay networks dan

  

cooperation. Change Wave Research [1] menarik kesimpulan dari hasil

  pendekatannya kepada para pengguna bahwa umur baterai yang singkat menjadi perhatian khusus untuk kepuasan konsumen. Zhang [8], fokus utama saat ini adalah pengkodean video dan pengiriman video. Beberapa kendala ketika merancang energi perangkat komunikasi bergerak seperti: peningkatan kualitas video tidak berbanding lurus dengan peningkatan teknologi, keberagaman dan perbedaan kemampuan dari perangkat komunikasi bergerak, kemampuan baterai yang tidak sepadan, frekuensi radio yang dinamis berdasarkan ruang dan waktu.

  2.8 Efisiensi Energi pada Trafik Multimedia

  Trafik multimedia menyerap energi lebih besar dari trafik data disebabkan kapasitas yang lebih tinggi. Trafik traceforeman_cif sebagai contoh memiliki rate

  frame tipe I rata-rata 31228,6 byte untuk kecepatan data 1024 kbps.

  Trafik multimedia seperti akses youtube dan komunikasi video seperti

  

skype membutuhkan ketahanan baterai sampai rentang waktu tertentu. Jika baterai

  tidak bertahan untuk rentang minimal sebuah koneksi, maka akan terjadi kegagalan koneksi. Hal ini sangat mengganggu pengguna. Efisiensi protokol untuk trafik multimedia menjadi kajian lanjut setelah penelitian konsumsi energi.

  2.9 Parameter Pengukur Konsumsi Energi

  Energi listrik dapat diukur dalam satuan kWh maupun Joule. Namun demikian, untuk lebih spesifik menganalisis konsumsi energi perangkat bergerak dihubungkan dengan karakteristik transport layer protocol yang digunakan maupun karakteristik video yang ditransmisikan, berikut beberapa parameter yang dimunculkan.

2.9.1 Konsumsi Energi per Transmisi

  UDP memiliki karakteristik pengiriman independent yakni paket langsung dikirim ke jaringan begitu tersedia di buffer. Sehingga jumlah paket pada setiap transmisi yang dilakukan adalah 1 paket. Sementara TCP menggunakan sliding

  

window , yaitu transmisi dilakukan jika jumlah paket memenuhi kuota ukuran

sliding window .

  Oleh karenanya perlu dibandingkan jumlah konsumsi energi pada setiap transmisi yang dilakukan dalam satuan Joule per transmisi.

  2.9.2 Konsumsi Energi per Paket

  Jika telah diketahui jumlah energi pada setiap transmisi yang dilakukan, maka harus diketahui berapa energi yang dibutuhkan untuk mengirimkan setiap paket. Energi yang diperlukan ini diukur dalam satuan Joule per paket.

  2.9.3 Faktor Energi-Delay

  Konsumsi energi yang rendah tidak secara otomatis menentukan efisiensi sistem. Dalam sistem transmisi, delay adalah hal yang penting untuk dipertimbangkan. Konsumsi energi yang kecil dan delay yang rendah adalah hal yang diharapkan. Oleh karenanya, faktor kali Energi-Delay dalam satuan Joule detik digunakan untuk menggambarkan konsumsi energi pada setiap paket dikaitkan dengan delay transmisi paket tersebut.

  2.9.4 Faktor Energi-Loss

  Selain delay, loss juga merupakan parameter penting dalam transmisi video. Semakin kecil nilai persentase loss, maka sistem semakin baik. Oleh karena faktor hasil kali Energi-Loss dimunculkan dalam satuan Joule untuk setiap paket.