SIMULASI PENSINYALAN CALL SET-UP WIRELESS ATM BERBASIS CDMA

Transkripsi

1 SIMULASI PENSINYALAN CALL SET-UP WIRELESS ATM BERBASIS CDMA Dewiani Yenniwarti Rafsyam ABSTRACT The application of Wireless ATM concept on the mobile radio telecommunication system is something new so that it needs a more intensive research to determine the standard to be used, such as its signalling, signalling plays an important role in the wireless network which has the function to develop, maintain, and release a connection on the control plane. This research is intended to make a model of a call set-up signalling system which includes the slotted aloha modelling as one of the special cases of CDMA access method, AP, and SWS. This model is expected to represent the actual system. The method used is by means of the simulation modelling having the capacity to measure the system performance. The measurement of the system performance calculated is the delay package signalling, which is the time from the sending of packet by AMT to the receiving of the package by AMT, which is the same as the time between the sending of call set-up and the receiving of call proceeding. The experiment uses some different values of several variables applied to the model simulation, such as, packet arrival rate, the number of retransmission, and the number of channel. The result of the simulation modelling is compared to the theoritical result, and both results are plotted in a graphic with several changes in the parameter. Keywords : Slotted Aloha, Antrian M/G/1, Signaling, Wireless ATMI. I. PENDAHULUAN Penggunaan Wireless ATM dan teknologi network wireless kecepatan tinggi lainnya termotivasi oleh kebutuhan akan sistem komunikasi yang dapat diakses dimanapun dan kapanpun diinginkan, serta semakin pentingnya aplikasi komputer dan telekomunikasi baik dalam pasar bisnis maupun dalam pasar konsumen. Teknologi WATM sebagai generasi ketiga dari teknologi jaringan yang ada dimaksudkan untuk memberikan pelayanan komunikasi tanpa hambatan, dengan informasi yang membutuhkan bandwidth lebar dan kualitas pelayanan yang terjamin. Bandwidth informasi pada jaringan wireless lebih sempit dibandingkan dengan bandwitdh yang diberikan oleh jaringan wireline yang sudah ada. Jaringan wireline ini akan dipergunakan sebagai sistem utama yang menyediakan bandwidth lebar, sedangkan jaringan wireless akan memperluas pencapaian maksud tersebut diatas. Seiring dengan perkembangan teknologi dan teknik akses baru yang diaplikasikan padanya, kendala yang ditemukan dengan sistem wireless adalah keterbatasan dalam penggunaan bandwidth yang ada. Salah satu cara untuk mengatasi masalah kebutuhan bandwidth tersebut yaitu dengan menggunakan modulasi spread spektrum. CDMA merupakan suatu metode akses jamak yang bekerja berdasarkan modulasi spread spektrum. Metode modulasi CDMA dipilih sebagai teknik akses jamak kerena memiliki kapasitas kanal, kualitas suara dan performansi yang lebih baik ditinjau dari kemampuan sistem CDMA dalam menekan interferensi, mengatasi fading, handoff dan kerahasiaan informasi. Konsep utama network WATM adalah penggunaan fasilitas-fasillitas yang telah disediakan oleh ATM standar dengan mempertahankan sintaks seminimal mungkin pada teknologi wireless, dengan gagasan berupa penggunaan sel ATM standar pada fungsi-fungsi yang berada di layer network, sedang sublayer protokol spesifik saluran wireless pada layer physik untuk hubungan radio ditambahkan dengan header wireless. 43

2 Penerapan konsep ATM pada sistem telekomunikasi radio bergerak merupakan hal baru sehingga memerlukan penelitian intensif untuk menetapkan standar yang harus digunakan, antara lain standar mengenai bit rate informasi, pensinyalan, kapasitas kanal dan lain-lain sebagainya. Pensinyalan memegang peranan penting dalam jaringan wireless, karena berfungsi untuk membangun, memelihara (mempertahankan) dan membebaskan suatu hubungan/koneksi yang bekerja pada control plane. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. PENSINYALAN WIRELESS ATM Arsitektur pensinyalan wireless ATM yang dibahas mengikuti struktur pensinyalan Broadband ISDN (B-ISDN) User Network Interface (UNI) dengan konfigurasi pensinyalan point-to-point, dimana area-lokal dari sejumlah sistem akses wireless ATM dan ATM standar saling terhubung melalui jaringan B-ISDN seperti terlihat pada gambar 2.1. AMT (ATM Mobile Terminal) adalah peralatan end user mobile yang memiliki radio wireless ATM dengan interface udara tertentu. AP merupakan pusat (konsentrator) lalu lintas yang berasal dari sejumlah interface UNI yang berbeda dan diteruskan ke SWS melalui protokol kontrol AP-SWS (ASCP). SWS (Switch-Work-Stasion) adalah switch ATM standar yang dilengkapi dengan workstation, berfungsi untuk menangani fungsi-fungsi khusus mobile (seperti : registrasi AMT, updating lokasi dan handover) serta untuk pengendalian call AMT asal/tujuan yang berada dalam layanan SWS. Gambar 2.1. Arsitektur jaringan Stack protokol wireless ATM pada Gambar 2.2 memperlihatkan user plane (U- Plane) sebagai transport informasi pelanggan. Pada user plane ini terdapat stack protokol ATM standar yang ditambahkan dengan medium access control (MAC.PHY) pada layer physik untuk fungsi AMT, untuk fungsi AP sebagai unit interworking sederhana akan menyaring sel-sel ATM yang telah dibungkus (encapsulated) dari frame MAC kemudian diteruskan ke SWS melalui virtual connection (VC) ATM yang sesuai, serta fungsi SWS yang sama dengan fungsi-fungsi protokol U-Plane B- ISDN. Sedangkan Control Plane (C-Plane) berfungsi sebagai penyampai informasi pensinyalan, antara titik terminasi AMT dan SWS pada protokol MCC (Mobile Call Control) dan MM (Mobilitas Manajement). Pensinyalan MCC mengikuti Protokol Call Control B_ISDN (Q.293 untuk set-up, modifikasi dan pelepasan call AMT asal/tujuan serta fungsi handover. 44

3 Gambar 2.2 Protokol jaringan WATM (3) 2.2. PROSEDUR PENSINYALAN S = G.e -G (2. Nilai S maksimum didapat pada G = 1 sehingga S = e -1 = 1/e = 0, %, dengan asumsi jumlah user yang terhubung ke kanal tidak terbatas. Nilai G yang lebih besar akan mengurangi jumlah slot yang kosong tetapi menambah jumlah tabrakan secara eksponensial. Probabilitas sebuah transmisi yang memerlukan percobaan tepat k kali (yaitu (k- tabrakan yang diikuti oleh sebuah paket yang Gambar 2.3. Prosedur pensinyalan WATM. (3) (13) berhasil), P k adalah : P k = P o.(1 - P o) k-1 = e -G.(1 - P o) k-1 (2.3) 2.2. SLOTTED ALOHA Pada metoda ini, kanal dialokasikan dalam bentuk time slot, dimana waktu satu time slot tersebut sama dengan waktu panjang paket. Semua user harus mensinkronkan dirinya ke time slot-time slot tersebut dan user yang akan mengirimkan paket harus mensinkronkan Pada slotted ALOHA, setiap paket harus menunggu sampai permulaan slot berikutnya. Karena durasi slot adalah τ, maka ada tambahan waktu tunda rata-rata sebesar τ/2. Waktu tunda rata-rata paket pada slotted ALOHA (7) adalah : dirinya ke slot yang akan tiba. Sehingga T S-ALOHA = T R+τ+τ/2+E(T)=T R+1,5τ+E(T) (2.4) besarnya waktu riskan (waktu yang harus Ket : T R = waktu propagasi dijaga agar tidak terjadi tabrakan) adalah τ = panjang paket sebesar τ. Probabilitas tidak ada paket yang dibangkitkan dalam satu waktu transmisi paket atau probabilitas tidak ada tabrakan adalah : E(T) = waktu tunda retransmisi rata-rata Jika terjadi tabrakan, maka setiap AMT yang paketnya mengalami tabrakan harus melakukan retransmisi. Jika setelah tabrakan P o = e -G (7) (2. terdeteksi, semua AMT langsung melakukan dimana G adalah rata-rata trafik kanal (baru retransmisi, bisa dipastikan akan terjadi dan transmisi ulang) tabrakan selanjutnya. Untuk menghindari Sehingga diperoleh Throughput (7) : tabrakan ulang tersebut maka diperlukan 45

4 pengaturan interval waktu sebelum dilakukan retransmisi yang disebut dengan algoritma backoff Komponen waktu tunda retransmisi terdiri dari τ, τ/2, T R = 2. T R, serta waktu tunda random. Jika waktu random yang dipilih adalah pada interval 0 sampai (k- slot, maka nilai rata-rata k = (k-/2. Sehingga waktu tunda retransmisi sebanyak r kali menjadi : T = r {2.T R + τ + τ/2 + 0,5.(k- τ } = r {2.T R + 0,5.(k+.τ} (2.5) Rata-rata jumlah retransmisi E(r) (7) adalah : E(T) = E(r) [2.T R + 0,5(k+ τ] (7) (2.6) Jika q adalah probabilitas paket baru sukses dan q adalah probabilitas paket retransmisi sukses, maka untuk r>>1 : E (r) = (1 q) / q (2.7) dari persamaan P k diatas, untuk k>>1 (paket datang >> maka : q = e -G, E(r) = e G 1 (2.8) Sehingga waktu tunda rata-rata retransmisi menjadi : E(T) = [e G 1] [2.T R + 0,5(k+ τ] (7) (2.9) Waktu tunda rata-rata paket pada slotted ALOHA adalah : T S-ALOHA = T R + 1,5τ + [e G 1] [2.T R + 0,5(k+ τ] (7) (2.10) 2.4. ANTRIAN M/G/1 Pada metode antrian M/G/1, paket yang berasal dari slotted aloha mempunyai laju kedatangan Poisson (λ), distribusi pelayanan yang general serta jumlah pelayan adalah 1. Formula yang dikenal untuk metoda M/G/1 ini adalah Pollaczek-Khinchine yang digunakan untuk menghitung waktu delay di antrian seperti rumus ( µ ρ E ( T ) = [1 (1 µ 2 σ 2 )] (2.1 (1 ρ) 2 Keterangan : E(T) = waktu delay sistem 1/µ = rata-rata waktu pelayanan λ = rata-rata kecepatan kedatangan paket (Poisson) ρ = λ/µ σ 2 = variansi dari distribusi waktu pelayanan. Metoda Jackson dipakai untuk menganalisa jaringan antrian dengan kemungkinan adanya feedback loop, dengan N (node) dalam jaringan dan dalam antrian ke-i terdapat m i pelayan exponensial dengan parameter µ I seperti terlihat pada gambar 2.4. Dimana throughput melalui antrian ke-i adalah θ i, maka : M θ = r. λ + r. θ (2.1 i si j= 1 ji j Gambar 2.7. Feedback Loop Gambar 2.4.Pola kerja retransmisi Asumsi : Terdapat M antrian, satu sumber dan satu tujuan 46

5 Ruting adalah random Probabilitas suatu pelanggan meninggalkan antrian i ke j adalah r ij Menghitung secara analitis delay slotted aloha dan antrian M/G/ MODEL SISTEM Probabilitas suatu pelanggan meninggalkan antrian i ke tujuan adalah r id Sumber memberikan pelanggan dengan distribusi Poisson dengan rate rata-rata λ. Distribusi waktu pelayanan adalah eksponensial negatif dengan rate rata-rata µ i Gambar 41. Blok Diagram Model sistem III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian Tujuan dari pelaksanaan tugas penelitian ini adalah : 1. Meneliti kinerja sistem signaling slotted aloha pada interface udara. 2. Menghitung delay metoda Antrian M/G/1pada CDMA 4.2. MODEL SIMULASI 3.2. Manfaat Penelitian Dengan mengetahui kinerja dan delay pada slotted aloha dan metode antrian M/G/1 pada wireless ATM berbasis CDMA maka dapat diketahui waktu atau berapa lama paket signaling call set-up dikirim. Gambar 4.2. Model Pensinyalan WATM (3) IV. METODE PENELITIAN Adapun metodelogi pelaksanaan penelitian mengikuti urutan-urutan sebaga berikut : Membuat model sistem. Membuat algoritma dan pemrogram simulasi Melakukan perhitungan hasil simulasi untuk delay slotted aloha Melakukan perhitungan hasil simulasi untuk memperoleh delay antrian M/G/1pada WATM. Gambar 4.3. Diagram Alir Model Sistem Model Slotted Aloha 47

6 Asumsi-asumsi yang digunakan adalah : AMT diasumsikan tidak bisa menerima transmisi dari AP, sehingga tidak dapat secara langsung mengetahui terjadinya tabrakan. Untuk AP akan mengirim acknowledge positif untuk memberitahu MT jika tidak terjadi tabrakan (pengiriman paket sukses). Apabila dalam waktu dua kali round trip delay tidak mendapat ack positif maka dianggap telah terjadi tabrakan. AMT dapat mengetahui acknowledgment ini setelah dua kali round trip delay, dengan mengabaikan waktu pemrosesan pengiriman acknowledgment positif di AP. Setiap AMT membangkitkan paket yang panjangnya seragam sesuai durasi slot dengan pola kedatangan paket dimodelkan sebagai proses Poisson, sehingga waktu antar kedatangan mengikuti distribusi eksponensial negatif. Sinkronisasi seluruh AMT sangat baik sehingga tidak diperlukan waktu antar slot. Trafik tersebar merata ke seluruh AMT (setiap AMT membangkitkan paket dengan laju yang sama). Kanal CDMA bersifat bebas kesalahan kecuali jika terjadi tabrakan, dimana tabrakan terjadi jika ada lebih dari satu AMT mentransmisikan paket pada satu slot yang sama. Jika terjadi tabrakan sebuah AMT akan menunggu selama k (k bilangan bulat nonnegatif) slot sebelum melakukan transmisi ulang. Nilai k diambil secara acak menurut distribusi uniform dengan nilai minimum 0 dan maksimum (k-. Jumlah transmisi ulang dibatasi. Paket yang telah melebihi nilai transmisi ulang maksimum akan dibuang (paket gagal). Diagram Alir Proses Simulasi : Algoritma AP dan SWS1 Proses AP dan SWS terjadi apabila proses paket sukses pada slotted telah selesai dilakukan dan proses paket tabrakan tidak dilaksanakan 48

7 4.3. PERCOBAAN YANG DILAKUKAN Tabel 4.1. Konfigurasi percobaan yang dilakukan Gambar 4.4 Agoritma AP dan SWS Bit rate Pjg_pak Jml_AMT λ C R (Mbps) (byte) (paket/detik) (kanal) (retransmisi) V. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 5.1. Jumlah kanal = 1 λ Jumlah AMT (paket/detik ) (DSs) (DSt) (DAs) (DAt) (DTs) (DTt) (DSs) (DSt) (DAs) (DAt) (DTs) (DTt) (DSs) (DSt) (DAs)

8 (DAt) (DTs) (DTt) (DSs) (DSt) (DAs) (DAt) (DTs) (DTt) Keterangan : DSs = Delay paket rata-rata Slotted Aloha berdasarkan hasil simulasi (detik) DSt = Delay paket rata-rata Slotted Aloha berdasarkan hasil teori (detik) DAs = Delay paket rata-rata Antrian berdasarkan hasil simulasi (detik) DAt = Delay paket rata-rata Antrian berdasarkan hasil teori (detik) Dengan menambah jumlah transmisi ulang maka delay slotted yang dihasilkan juga bertambah karena adanya usaha untuk mengirim kembali paket yang mengalami tabrakan sampai paket tersebut berhasil diterima. Sehingga untuk mengurangi delay yang dihasilkan maka jumlah tranmisi ulang harus dibatasi. Delay antrian M/G/1 akan semakin besar seiring dengan bertambahnya rata-rata kecepatan kedatangan paket. Delay Call Set-Up akan semakin besar seiring dengan bertambahnya rata-rata kecepatan DTs = Delay Total paket rata-rata (delay call kedatangan paket. Dan delay Call Set-up akan set-up paket rata-rata) berdasarkan hasil menurun seiring dengan bertambahnya jumlah simulasi (detik) Delay Call Set-Up terhadap Jumlah AMT kanal DTt = Delay Total paket rata-rata (delay call Penelitian ini memperoleh perbedaan hasil set-up paket rata-rata) berdasarkan hasil teori metode secara pemodelan simulasi dengan Jumlah kanal = 1 Delay Call Set-Up (detik) secara teori. Perbedaan tersebut disebabkan karena dalam penyelesaian baik secara teori maupun simulasi dilakukan asumsi-asumsi, tetapi perbedaan hasil tersebut cukup kecil Jum lah AMT Department of Electrical Engineering Hasanuddin λ=2 λ=2 University λ=3 λ=3 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri λ=4 Lkokseumawe λ=4 λ=5 λ=5 50 Keterangan : = hasil simulasi λ = rata-rata kecepatan = hasil teori kedatangan paket

9 Gambar 5.1. Delay Call Set-Up terhadap Jumlah AMT dengan berbagai Rata-rata kecepatan kedatangan paket VI. KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil setelah pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai berikut : Dari hasil yang diperoleh dapat memberikan gambaran secara riil mengenai perilaku delay sistem et serta bertambahnya jumlah transmisi ulang. Sebaliknya, jika jumah kanal (kode) untuk signaling bertambah maka delay rata-rata paket akan berkurang. Secara umum hasil percobaan simulasi ini mendekati hasil secara teoritis. Dengan demikian model sistem yang dibuat ini adalah model yang dapat diyakini untuk mewakili sistem yang sebenarnya. 6.2 SARAN Masih perlu dilakukan uji coba dengan jumlah kanal dan jumlah retransmisi yang lebih banyak.. Membuat model yang dapat digunakan untuk mengukur kinerja sistem dengan antrian G/G/1 DAFTAR PUSTAKA 1. Bora A. Akyol, Signaling Alternatives in a Wareless ATM Network, IEEE JSAC, pp , Januari Bora A. Akyol, The Description of W-ATM Signaling Messages, IEEE JTAC, pp , Januari Nikos H. Loukas, Nikos L. Passas, Lazaros F. Merakos, Design of Call Control Signaling Wireless ATM Networks, IEEE, pp , Keiser, G. E, Local Area Network Edisi Internasional, McGraw-Hill Inc., Ha, Tri. T, Digital Satelit Communication, MCGraw-Hill,

10 6. Law, Averill M; Kelton, W. David, Simulation Modeling and Analysis, Edisi Kedua, McGraw-Hill,