OPTIMASI LINTAS LAPISAN PADA SISTEM KOMUNIKASI KOOPERATIF PADA DAERAH BERSHADOWING

Transkripsi

1 /7 OTIMASI LINTAS LAISAN ADA SISTEM KOMUNIKASI KOOERATIF ADA DAERAH BERSHADOWING Achma Yusuf Insttut Teknolog Sepuluh Nopember, Fakultas Teknolog Inustr, Jurusan Teknk Elektro Kampus ITS Sukollo, Surabaya 60 Emal : yusuf_e45@yahoo.com Abstrak Komunkas kooperatf aalah teknk komunkas multhop mana alam proses transmsnya menggunakan ttk-ttk sebaga relay untuk membantu menyalurkan nformas ar sumber ke tuuan. enggunaan relay n apat menurunkan probabltas kesalahan suatu snyal nformas yang terma oleh estnaton, karena relay berfungs untuk mengrmkan nformas reunant. Dalam sstem komunkas kooperatf luar ruangan perlu perhtungkan pula parameter-parameter propagas sepert aanya fang shaowng bak shaowng engan korelas yang abakan maupun shaowng berkorelas yang mempengaruh knera ar sstem. Desan cross layer alam sstem komunkas kooperatf maksukan agar knera ar sstem tersebut apat optmal. Dalam Tugas Akhr n banngkan antara transms secara langsung an transms kooperatf serta pembanngan parameterparameter optmas ar esan cross layer untuk pemlhan strateg pengrman terbak alam sstem. Dar hasl smulas ketahu bahwa alam komunkas luar ruangan, sstem komunkas kooperatf memlk knera yang lebh bak banngkan engan transms secara langsung. Kata Kunc : Sstem komunkas kooperatf, shaowng, esan cross layer, propagas luar ruangan. enahuluan Sstem komunkas melalu mea nrkabel memlk banyak keunggulan sepert prakts an mempunya mobltas yang tngg. Tetap alam pemakaannya aa beberapa kenala yang harus haap sepert multpath fang yang apat menyebabkan terganggunya penermaan snyal paa ss penerma. Untuk mengatas permasalahan n gunakanlah teknk versty. salah satu teknk yang paka aalah space versty []. Space versty merupakan salah satu teknk versty yang menggunakan multple antena. Namun beberapa perangkat nrkabel memlk keterbatasan ukuran, baya, an komplekstas perangkat keras sehngga tak bsa menggunakan multple antena. Akhrnya para lmuwan menemukan e untuk mengembangkan teknk yang menyerupa MIMO tetap tak membutuhkan multple antena. Metoe baru terebut kenal engan teknk sstem komunkas kooperatf, mana antena yang paka aalah antena vrtual. ermasalahan pertama yang harus haap aalah perutean an alokas sumber aya, khususnya pengrman luar geung. ermasalahan pertama tersebut, bag mena ua sub permasalahan yatu sub permasalahan perutean paa layer network an seleks relay serta alokas aya paa layer physcal. Hasl yang apat ar keua sub permasalahan tersebut apat gunakan untuk mencar relay terbak sebaga strateg untuk transms ata paa sstem komunkas kooperatf. ermasalahan keua yang harus haap aalah kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya. Bla alam suatu pengrman umlah pengrman lebh besar ar paa kapastas kanal yang tersea maka apat menyebabkan kongest. Kongest aalah kemacetan alam pengrman yang harus kta hnar karena apat menurunkan transmsson rate yang menyebabkan loss paa troughput arngan []. ermasalahan n apat atas engan cara mengetahu lebar kanal masng masng pengrman, sehngga kta apat menentukan rute pengrman terbak ar source ke estnaton agar tak tera kongest. Dengan metoe cross layer maka nformas kapastas setap lnk paa physcal layer apat gunakan network layer untuk memperbak performans throughput, sehngga permasalahan kongest apat hnar.. emoelan Sstem aa smulas n pertama-tama kta akan membangktkan ranom noe yang terr ar 4 noe. erolehan letak masng-masng noe n nantnya gunakan untuk menentukan arak antara source engan noe maupun noe engan estnaton yang gunakan untuk pengrman secara kooperatf. Dalam melakukan pengrman lau ata, permasalahan fang anggap telah atas oleh teknk versty. Setelah kta menapatkan topolog ranom noe maka langkah berkutnya aalah menapatkan nla gan kanal. Sebelum menapatkan gan maka terlebh ulu kta harus menentukan nla shaowng bak untuk shaowng

2 /7 engan korelas yang abakan maupun untuk shaowng berkorelas. Shaowng engan korelas abakan apatkan engan menggunakan persamaan sebaga berkut: 0 shw 0 ( ) Dmana shw merupakan shaowng engan korelas abakan, merupakan stanar evas sebesar 4 B. Shaowng berkorelas apatkan engan menggunakan persamaan sebaga berkut: shw C. g ( ) Dmana shw merupakan shaowng berkorelas, C merpakan matrks kovarans, g merupakan gaussan ranom normal. Untuk menapatkan matrks kovaran terlebh ahulu mengetahu paramernya yatu stanar an koefsen korelas ( ) evas ( ). Dalam tugas akhr n ketahu stanar evas = 4. Seangkan koefsen korelas merupakan fungs yang bergantung terhaap suut an nlanya 0< <[3]. ersamaan koefsen korelas aalah sebaga berkut: mn. 80 mn ( 3 ) Dmana mn suut antara lnk, untuk matrks kovaran aalah kovaran engan ukuran 4x4 karena terapat 4 lnk. C =,,..,4 4.., , 4 4, 4. 4 Dar nla arak an nla shaowng yang telah apatkan maka apat htung gan engan menggunakan persamaan (4) an (5). Gan kanal apat berasarkan path loss skala besar. g 3 K.. shw (4 ) 3 g K.. shw (5) mana g merupakan gan untuk shaowng engan korelas abakan, g merupakan gan untuk shaowng berkorelas, K aalah konstanta gan ar sstem, aalah arak alam meter, bak arak ar sumber ke relay, ar relay ke tuuan, ataupun ar sumber langsung ke tuuan. Hasl ar nla gan n akan gunakan untuk menapatkan aya pengrman mula-mula[4]. Untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya, aya untuk pengrman langsung (mw) apat lhat melalu persamaan (6) berkut : (,) = [ ] ln g max, mn Untuk pengrman kooperatf melalu persamaan (7) berkut : (,) = [ g ( k, ) ln ( g (, k ) g ( k, ) g g (, k ) r,(, ) (k,)=[ g (, k ) g max, ] mn g ( k, ) ] max, Untuk algortma gabungan kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya, aya untuk pengrman langsung (mw) apat lhat melalu persamaan (8) berkut : (,) = [ max, ] (8) mn ln g Untuk pengrman kooperatf melalu persamaan (9) berkut : (,) = [,(, ) g ( k, ) ( g (, k ) g ( k, ) g )ln g (, k ) r (k,)=[ g (, k ) g max ], mn g ( k, ) mn (6) (7) ] max, mana merupakan lnk prce ar ke, g ( k, ) merupakan gan ar noe ke estnaton, g (, k ) merupakan gan ar source ke noe, g merupakan gan ar source ke estnaton. Kemuan engan menggunakan persamaan (0), apatkan nla transmsson rate untuk lnk paa transms langsung. Seangkan engan menggunakan persamaan () apat nla transmsson rate untuk transms kooperatf. r log ( g ) (0) r, ) log ( g g ( k, ) ( k, )) () c ( r, Untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya, sub permasalahan routng apat urakan ke alam sub permasalahan multple lnk. Dberkan nla lnk an noe prce λ (,), μ, μ, maka nla ar kapastas trafk optmal apat htung berasarkan persamaan (). (,t) = [ Dmana mn ] () (9) (,t) merupakan kastas trafk optmum, noe prce (source), noe prce (estnaton).

3 Ths DF s Create by Smpo DF Creator unregstere verson - 3/7 Kemuan ar parameter-parameter yang apat, berupa konsums aya an kapastas trafk, engan menggunakan persamaan (3) apatkan nla ar fungs ual optmas untuk menyelesakan permasalahan optmas ar sstem. D, ) mn ( ( k, )) / r (3) phy (, r,(, ) ( k, ) r, (. ) enyelesaan ar permasalahan optmas apatkan engan mencar nla terkecl ar hasl yang peroleh. Untuk algortma gabungan kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya, penyelesaan permasalahan kontrol kongest, perutean, an permasalahan paa physcal layer, melalu persamaan (4) an (5) sebaga berkut : S = [U ' ] (4) (,t) = [ ] (5) mana S merupakan source rate optmum, parameter kontrolng traeff. Kemuan ar parameter-parameter yang apat, berupa konsums aya an kapastas trafk, engan menggunakan persamaan (6) apatkan nla ar fungs ual optmas untuk menyelesakan permasalahan optmas ar sstem. D phy å max{ r (6) t } p ³ 0 L enyelesaan ar permasalahan optmas apatkan engan mencar nla terbesar ar hasl yang peroleh. 3. Analsa Hasl Smulas A. Analsa Kapastas Trafk Sstem Nla kapastas trafk ar setap source akan menentukan seberapa besar kapastas kanal masngmasng pengrman. Untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya, penyelesaan sub permasalahan paa layer networkng perlu lakukan analsa paa kapastas trafk sebaga parameter ar networkng. Hasl yang apatkan paka untuk mencar nla kapastas trafk paa setap proses transms menggunakan algortma sebagamana paparkan paa bab sebelumnya. Dengan menggunakan traeoff antara λ (,) an μ an teras sebanyak 30 kal apatkan nla kapastas trafk untuk masng-masng proses transms paa setap relay. Gambar. Kapastas Trafk ar Sumber ke Tuuan Gambar 3. Kapastas Trafk ar Sumber ke Tuuan Untuk algortma gabungan kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya Dengan mengetahu kapastas kanal tersebut maka network layer apat menentukan pengrman melalu alur mana yang akan gunakan agar tak tera kongest paa saat pengrman ata. emlhan n asarkan kapastas trafk yang terbesar ar masng-masng source. Dalam menentukan kapastas trafk maka lakukan 30 teras sampa peroleh nla kapastas trafk yang konvergen. Kapastas trafk untuk sumber apat lhat paa Gambar 4, seangkan untuk pengrman melalu sumber apat lhat paa Gambar 5.

4 4/7 Gambar 4. Kapastas Trafk ar Sumber ke Tuuan Gambar 6. Total Alokas Daya Dbanngkan Source Rate paa Transms Kooperatf an Non-Kooperatf Sumber Seangkan untuk proses transms ar sumber ke tuuan, pembanngan ar total aya an source rate ar sstem apat lhat paa Gambar 5. Gambar 5. Kapastas Trafk ar Sumber ke Tuuan B. Analsa Alokas Daya paa roses Transms Untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya, parameter untuk menyelesakan sub permasalahan paa layer physcal aa paa alokas aya paa masng-masng proses transms. Nla ar source rate ubah-ubah ar b/s/hz sampa 0 b/s/hz, kemuan car rata-rata ar alokas aya paa semua ttk untuk proses transms langsung. Hasl yang apat, kemuan banngkan engan nla yang sama paa transms kooperatf. Hasl ar pembanngan tersebut untuk transms ar sumber an sumber ke tuuan apat lhat paa Gambar 6 an Gambar 7. Gambar 7. Total Alokas Daya Dbanngkan Source Rate paa Transms Kooperatf an Non-Kooperatf Sumber Dar keua grafk sepert gambarkan paa Gambar 6 an 7 terlhat bahwa total alokas aya untuk proses transms secara langsung memlk nla yang lebh besar. Jarak ar sumber ke ttk relay an ar ttk relay ke tuuan lebh ekat banngkan engan arak langsung ar sumber ke tuuan. Hal n menyebabkan besar alokas aya yang perlukan untuk transms langsung lebh besar. Dengan melhat hasl ual optmas apat ketahu ttk relay yang mena strateg transms terbak untuk masng-masng sumber engan memlh nla terkecl antara relay-relay tersebut. Untuk sumber, untuk transms secara kooperatf untuk shaowng engan korelas yang abakan lebh kecl arpaa shaowng berkorelas. Seangkan untuk sumber, uga apatkan bahwa konsums aya untuk transms secara kooperatf untuk shaowng engan korelas yang abakan lebh kecl arpaa shaowng berkorelas.

5 5/7 Untuk algortma gabungan kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya, perolehan total aya mnmum perlukan untuk menapatkan efsens alam pengrman. Dalam memperoleh total aya mnmum maka lakukan 0 kal teras paa masng-masng pengrman kemuan rata-rata. Nla buat bervaras. Semakn besar nla menghaslkan transmsson rate yang semakn besar pula. erolehan total aya mnmum untuk source apat lhat paa Gambar 5 an untuk source apat lhat paa Gambar 6. Gambar 8. Konsums Daya Dbanngkan Gamma paa Transms Kooperatf an Non-Kooperatf Sumber apatkan bahwa konsums aya untuk transms secara kooperatf untuk shaowng engan korelas yang abakan lebh kecl arpaa shaowng berkorelas. C. Analsa emlhan Relay Terbak Untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya, ar ata yang apatkan paa sub bab sebelumnya lakukan analsa untuk pemlhan rute terbak. Dengan menggunakan Dual Optmas ar parameter Kapastas Trafk an alokas aya, pemlhan relay terbak apat lakukan. Dar nla Kapastas Trafk an alokas aya, apatkan nla hasl ar Dual Optmas untuk layer physcal (nla alokas aya) an layer network (nla Kapastas Trafk). Dar hasl n nantnya akan banngkan nla ar masng-masng parameter untuk setap ttk relay an plh relay yang memlk nla palng kecl. Berasarkan perhtungan, apat lhat bahwa nla terkecl untuk sumber aalah paa noe 3. Seangkan untuk sumber apat nla palng kecl paa noe 3. Sehngga apatkan bahwa untuk algortma gabungan perutean an alokas sumber aya,rute terbaknya aalah melewat sumber an noe 3. oss ar ttk-ttk relay untuk transms ar sumber ke tuuan tampak paa Gambar 0. Gambar 0. Jalur engrman Terbak untuk Gabungan erutean an Alokas Sumber Daya Kooperatf Gambar 9. Konsums Daya Dbanngkan Gamma paa Transms Kooperatf an Non-Kooperatf Sumber aa Gambar 8 an 9 terlhat bahwa knera sstem komunkas kooperatf berbass ranom noe memlk nla total aya pengrman yang lebh bak ar paa pengrman secara langsung. In apat ar perbanngan nla total aya yang haslkan. Untuk sumber, apatkan bahwa konsums aya untuk transms secara kooperatf untuk shaowng engan korelas yang abakan lebh kecl arpaa shaowng berkorelas. Seangkan untuk sumber, Untuk algortma gabungan kontrol kongest, perutean an alokas sumber aya, ual optmas gunakan sebaga komprom antara perolehan total aya mnmum yang perlukan engan kapastas trafk yang haslkan. Melalu persamaan (4) maka peroleh hasl ual optmas.

6 6/7 Hasl pengrman yang terbak n apat lhat paa Gambar berkut n : Gambar. Jalur engrman Terbak untuk Gabungan Kontrol Kongest, erutean an Alokas Sumber Daya Kooperatf aa algortma gabungan perutean an alokas sumber aya untuk kapastas trafk sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu b/s/hz paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu b/s/hz paa noe. Untuk kapastas trafk sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu b/s/hz paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu 9.37 b/s/hz paa noe 4. aa algortma gabungan perutean an alokas sumber aya untuk konsums aya sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe 3. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe 3. Untuk konsums aya sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu mw paa noe. aa algortma gabungan perutean an alokas sumber aya untuk pemlhan relay terbak sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe 3. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe. Untuk pemlhan relay terbak sumber 3 untuk shaowng engan korelas abakan apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe 3. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan bahwa realy terbak aalah melalu noe 3. aa algortma gabungan kontrol kongest, perutean, an alokas sumber aya untuk kapastas trafk sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu.4050 b/s/hz paa noe 4. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu b/s/hz paa noe. Untuk kapastas trafk sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu.334 b/s/hz paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu b/s/hz paa noe. aa algortma gabungan kontrol kongest, perutean, an alokas sumber aya untuk konsums aya sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe. Untuk konsums aya sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan nla untuk konsums aya terkecl yatu mw paa noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan nla untuk kapastas terbesar yatu 0.89 mw paa noe 3. aa algortma gabungan kontrol kongest, perutean, an alokas sumber aya untuk pemlhan relay terbak sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe 4. Untuk pemlhan relay terbak sumber untuk shaowng engan korelas abakan apatkan bahwa relay terbak aalah melalu noe. Seangkan untuk shaowng berkorelas apatkan bahwa realy terbak aalah melalu noe. 4. Kesmpulan Berasarkan smulas an analsa, apat ambl beberapa kesmpulan, yatu :. emoelan sstem transms nrkabel yang bak untuk luar geung aalah krm melalu sstem transms secara kooperatf engan relay acak atau ranom noe.. Nla kapastas trafk paa sstem transms secara kooperatf lebh besar arpaa sstem transms secara langsung. 3. Nla konsums aya paa sstem transms secara kooperatf lebh kecl banngkan sstem transms secara langsung. 4. Fungs ual optmas paa sstem transms secara kooperatf lebh besar arpaa sstem transms secara langsung. 5. Aanya shaowng yang berkorelas apat menngkatkan kapastas trafk, akan tetap memperburuk nla konsums aya.

7 7/7 DAFTAR USTAKA [] Rappaport, T. S., Wreless Communcatons rncples an ractce, rentce Hall, New Jersey, 996 [] S.Shakkotta, Theoore S.Rappaport, etter C. Karlsson, Cross-Layer Desgn for Wreless Networks, June 003. [3] Jay Wetzen, Terr J. Lowe, Measurement of Angular an Dstance Correlaton ropertes of Log- Normal Shaowng at 900 MHz an Its Applcaton to Desgn of CS Systems, IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, VOL. 5, NO.,MARCH 00 [4] L.Le an Ekram Hossan, Cross-Layer Optmas Frameworks for Multhop Wreless Networks Usng Coopetatve Dversty, IEEE Trans. on Wreless Communcaton, Sept RIWAYAT HIDU Achma Yusuf lahrkan Jombang, Oktober 986. Merupakan putra keempat ar lma bersauara pasangan Sunoto an Sulhah. Lulus ar SD YI Surabaya tahun 999 an melanutkan ke SM YI Surabaya. Kemuan melanutkan ke SMUN Surabaya paa tahun 00 an lulus paa tahun 005. Setelah menamatkan SMU, penuls melanutkan stunya Jurusan Teknk Elektro Insttut Teknolog Sepuluh Nopember Surabaya melalu alur SMB paa tahun 005. aa bulan Jul 009 penuls mengkut semnar an uan Tugas Akhr Bang Stu Telekomunkas Multmea Jurusan Teknk Elektro FTI ITS Surabaya sebaga salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarana Teknk Elektro. emal : yusuf_e45@yahoo.com