Perbandingan Kinerja Speech Codec G.711 dan GSM pada Implementasi Softswitch dengan Protokol SIP

Transkripsi

1 Perbandingan Kinerja Speech Codec G.711 dan GSM pada Implementasi Softswitch dengan Protokol SIP Rudi Syahru Mubarok, Mas Sarwoko dan Sigit Haryadi Departemen Teknik Elektro,Institut Teknologi Bandung rudel@students.ee.itb.ac.id Ringkasan Secara sederhana, softswitch adalah switching berbasis software. Fungsi utamanya adalah sebagai switching dan call control (mengendalikan call release / setup dari dan ke pelanggan yang dilayani) sebagaimana fungsi utama sentral sirkit, dengan kemampuan melayani pelanggan telepon, Internet, dan multimedia. Softswitch diimplementasikan dalam bentuk software yang dijalankan pada komputer. Tugas akhir ini membahas desain dan implementasi jaringan VoIP dengan softswitch (untuk seterusnya akan disebut sebagai jaringan VoIP-softswitch) menggunakan Asterisk PBX serta mengukur kinerja speech codec ITU G.711 (G.711u dan G.711a) dan ITU GSM pada jaringan VoIPsoftswitch tersebut. Pengukuran kinerja speech codec dilakukan dengan cara mengukur parameter delay, jitter, packet loss dan throughput dengan menggunakan ethereal. Hasil pengukuran yang diperoleh menunjukkan bahwa secara keseluruhan, speech codec GSM lebih baik dari G.711u maupun G.711a, karena menghasilkan rata-rata jitter dan throughput terkecil dalam pengukuran (jitter 4.28 ms dan throughput kbps) Keywords : Softswitch, VoIP, asterisk PBX, speech codec, ITU G.711, ITU GSM 06.10, delay, jitter, packet loss, throughput. 1. Pendahuluan NGN (Next Generation Network) kemungkinan besar akan berplatform teknologi IP. Sifat dari teknologi IP yang open dan connectionless akan menjadi masalah saat bersinggungan dengan teknologi circuit switch yang mengandalkan TDM. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan suatu pendekatan yang menggunakan prinsip migrasi sampai terciptanya jaringan masa depan yang diinginkan. Dalam hal ini salah satu solusinya adalah teknologi softswitch. Softswitch merupakan teknologi komunikasi yang diharapkan dapat memenuhi kebutuhan layanan suara, data, dan multimedia secara terpadu. Selain itu softswitch juga diharapkan mampu memenuhi kebutuhan PSTN dalam bermigrasi menuju jaringan data. Sebagai konsep yang baru, softswitch juga diharapkan dapat memberikan solusi yang lebih baik bagi berbagai permasalahan yang timbul pada PSTN, baik secara teknis maupun non teknis. 2. Dasar Teori Softswitch merupakan suatu konsep komunikasi masa depan yang dikembangkan dari pendekatan teknologi PSTN, VoIP dan jaringan data. Sistem komunikasi ini dirancang untuk dapat memberikan layanan suara, data dan multimedia, disamping itu juga dirancang untuk melakukan penetrasi terhadap PSTN dalam bermigrasi ke jaringan data. Dari sudut pandang PSTN, softswitch adalah perwujudan switching dalam lingkungan jaringan paket. Fungsi-fungsi circuit switch diwujudkan menjadi elemen-elemen jaringan tersendiri yang secara independen membentuk jaringan berbasis softswitch. Masing-masing elemen jaringan tersebut dihubungkan dengan menggunakan protokol yang terbuka. Softswitch dengan jajaran protokol yang dimilikinya dapat memberikan seluruh fungsi layanan PSTN, baik sebagai trunk maupun lokal, disamping fungsi layanan lain seperti disebutkan di atas. 2.1 Arsitektur Softswitch Jaringan berbasis softswitch adalah jaringan yang dikembangkan pada lingkungan jaringan data paket berbasis IP. Arsitekturnya mengacu pada arsitektur NGN yang membagi jaringan sesuai dengan layer fungsi masing-masing, yaitu sebagai layer akses, transport, kontrol, dan layer aplikasi. Arsitektur layer softswitch ditunjukkan pada gambar 1. Arsitektur tersebut terlihat di konfigurasi seperti gambar 2. Dua kata kunci penting disini adalah terbuka (open) dan terdistribusi (distributed), yang berarti bahwa sistem softswitch mengggunakan protokol standar yang terbuka untuk menghubungkan masing-masing elemen jaringan didalamnya. 1

2 disediakan secara langsung oleh softswitch. Signaling Gateway. Signaling gateway berfungsi meneruskan pesan-pesan pensinyalan antara PSTN dan jaringan berbasis softswitch. Sistem pensinyalan yang dapat diakomodasi adalah SS7 (signaling system #7). Gambar 1 Arsitektur layer Softswitch Gambar 2. Arsitektur jaringan berbasis softswitch 2.2 Elemen Jaringan Berbasis Softswitch Elemen utama jaringan berbasis softswitch adalah : Softswitch. Fungsi utamanya adalah sebagai switching dan pengendali panggilan (call control) sebagaimana fungsi utama sentral jaringan sirkit, dengan kemampuan melayani pelanggan telepon, internet, dan multimedia. Softswitch mengontrol pembentukan (setup) dan pemutusan (release) panggilan dari dan ke pelanggan dan sekaligus mengatur hubungan pelanggan tersebut dengan Internet secara simultan. Gateway. Media gateway adalah implementasi fungsi transport dari arsitektur sentral softswitch. Fungsinya adalah menjembatani sistem softswitch dengan jaringan lain di luar jaringan paket seperti jaringan PSTN dan PLMN, sehingga dapat membentuk suatu jaringan telekomunikasi yang utuh. Media gateway berfungsi mengkonversi sinyal suara dari PSTN/PLMN ke dalam bentuk paket untuk diteruskan ke jaringan data dan sebaliknya. Application Server. Application server terdiri dari server-server yang akan menyediakan berbagai jenis content layanan bagi pelanggan yang tidak dapat 2.3 Protokol SIP SIP merupakan protokol yang berada pada layer aplikasi yag mendefinisikan proses inisiasi, pengubahan dan pengakhiran suatu sesi komunikasi multimedia. Sesi komunikasi ini termasuk hubungan multimedia, distance learning dan aplikasi lainnya. SIP bisa dikatakan berkarakteristik clientserver. Ini berarti request diberikan oleh client dan dikirimkan ke server. Kemudian server mengolah request dan memberikan tanggapan terhadap request tersebut ke client. Request dan respon terhadap request tersebut disebut transaksi SIP. SIP juga disebut protokol berbasis teks. Protokol SIP didukung oleh beberapa protokol, antara lain RSVP (Resource Reservation Protocol) untuk melakukan pemesanan resource pada jaringan, RTP (Real-time Transport Protocol) dan RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) untuk mentransmisikan media dan mengetahui kualitas layanan, serta SDP (Session Description Protocol) untuk mendeskripsikan sesi media. Secara default, SIP menggunakan protokol UDP (User Datagram Protocol), tetapi pada beberapa kasus dapat juga menggunakan TCP (Transport Control Protocol) sebagai protokol transport. 2.4 Komponen SIP Dalam hubungannya dengan VoIP, ada dua komponen yang terdapat dalam sistem SIP, yaitu : User agent. Merupakan end system yang digunakan untuk berkomunikasi. User agent terdiri dari dua bagian, yaitu user agent client dan user agent server. Network Server. Agar client pada sistem SIP dapat memulai suatu panggilan dan dapat pula dipanggil, maka client terlebih dahulu harus melakukan registrasi ke server agar lokasinya dapat diketahui. Registrasi dapat dilakukan dengan mengirimkan pesan REGISTER ke server SIP. Lokasi client dapat berbedabeda, sehingga untuk mendapatkan lokasi client yang aktual diperlukan suatu location server. Pada sistem SIP, ada dua 2

3 tipe network server, yaitu proxy server dan redirect server. 2.5 Speech Coding ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Sector) membuat beberapa standar speech coding yang direkomendasikan untuk implementasi VoIP. Beberapa standar speech coding yang umum dikenal antara lain : ITU G.711. Adalah suatu standar internasional untuk kompresi audio dengan menggunakan teknik PCM (Pulse Code Modulation) dalam pengiriman suara. Cocec ini mempunyai bitrate sebesar 64 kbps. ITU GSM ITU GSM merupakan speech codec yang didasarkan pada algoritma RPE-LTP (Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction). GSM mempunyai bit rate sebesar 13 kbps dengan panjang frame 20 ms (160 sampel). 2.6 Asterisk PBX Asterisk merupakan software opensource yang memadukan teknologi TDM, packet speech PBX (Private Branch exchange) dan IVR dalam satu platform. Nama asterisk muncul dari simbol asterisk * dimana dalam lingkungan UNIX (termasuk Linux) dan DOS akan mewakili sebuah wildcard, yang akan mencocokkan setiap nama file. Dengan prinsip yang hampir sama, Asterisk dirancang sebagai interface dari hardware/software telepon untuk berhubungan dengan berbagai macam aplikasi telepon secara transparan dan konsisten. Aplikasi-aplikasi yag mampu dijalankan oleh Asterisk antara lain: Softswitch Gateway VoIP dengan protokol MGCP, SIP, IAX, H.323 Private Branch exchange (PBX) Server Interactive Speech Response (IVR) Server konferensi 3.1 Pengukuran dan Analisis Kinerja jaringan VoIP-softswitch dievaluasi berdasarkan parameter-parameter kualitas layanan VoIP, yaitu: delay, jitter, packet loss dan throughput. Berikut ini adalah definisi singkat dari keempat parameter layanan VoIP tersebut : Delay adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah paket data terhitung dari saat pengiriman oleh transmitter sampai saat diterima oleh receiver. Jitter adalah variasi delay, yaitu perbedaan selang waktu kedatangan antar paket di terminal tujuan. Packet loss adalah banyaknya paket yang hilang selama proses transmisi ke tujuan. Troughput adalah jumlah bit atau paket dari suatu unit data yang diterima dengan benar oleh receiver. Untuk mengukur parameter kualitas layanan VoIP tersebut, digunakan software protocol analyzer yang gratis, yaitu ethereal. Pengukuran dilakukan pada tiga jenis komunikasi VoIP yang berbeda, yaitu komunikasi VoIP PC-to-PC, PC-to-Phone dan Phone-to-PC. Berikut ini adalah hasil rata-rata dari ketiga jenis pengukuran tersebut dengan menggunakan ethereal yang diamati pada salah satu client. (Hasil ini merupakan hasil rata-rata dari 5 kali percobaan pengukuran yang dilakukan). Tabel 1. Hasil rata-rata keseluruhan pengukuran Parameter G.711u G.711a GSM Throughput (kbps) Delay (ms) Jitter (ms) Packet Loss (%) Secara umum, Delay end-to-end total dalam komunikasi VoIP dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu delay processing (terdiri dari delay coder, delay paketisasi, delay algorithmic dan delay antrian), delay switching, delay transmisi dan delay propagasi. Sedangkan besar throughput dalam suatu jaringan (khususnya jaringan VoIP) sangat dipengaruhi oleh besar payload dalam paket VoIP dan bitrate dari speech codec yang digunakan. Semakin besar bitrate speech codec yang digunakan maka akan semakin besar pula throughput di dalam jaringan tersebut. Besarnya nilai jitter sangat dipengaruhi oleh variasi beban trafik dan besarnya kongesti (tubrukan antar paket) yang ada dalam jaringan IP. Semakin besar beban trafik didalam jaringan maka akan semakin besar pula peluang terjadinya kongesti, sehingga nilai jitter akan semakin besar. 3

4 Besarnya packet loss yang masih bisa ditolerir dalam komunikasi VoIP adalah sebesar 10%, karena apabila besar packet loss melebihi 10%, maka kualitas suara menjadi jelek dikarenakan banyak paket yang akan dibuang. Packet loss ini terjadi karena adanya kongesti pada jaringan, dimana lalu lintas paket pada jaringan yang dilewati oleh paket sangat besar. Terjadinya packet loss juga dipengaruhi oleh rute jaringan yang dilewati oleh paket. Apabila pada rute yang dilewati tersebut terdapat kegagalan di media fisiknya, maka paket yang melewati rute jaringan tersebut akan dibuang dan terjadilah packet loss. Dari hasil pengukuran jaringan VoIPsoftswitch laboratorium DSP telematika, delay yang terjadi masih dalam kategori yang diperbolehkan untuk komunikasi VoIP (karena delay yang dihasilkan masih memenuhi standar ITU G.114, yaitu dibawah 150 ms), packet loss masih sangat kecil (<2.5%) dan jitter yang kecil (< 30 ms). Kondisi jaringan tersebut sangat bagus untuk implementasi jaringan VoIP-softswitch. Akan tetapi, pada saat implementasi jaringan yang sebenarnya, ada beberapa hal yang harus diperhatikan dengan serius, seperti masalah beban trafik dan delay jaringan, karena kondisi jaringan yang sebenarnya di lapangan akan berbeda dengan jaringan LAN yang diukur di laboratorium telematika ini. Pada jaringan yang sebenarnya, misalkan jaringan internet umum, beban trafik akan jauh lebih besar dari beban trafik yang terdapat pada jaringan LAN yang diuji ini. Beban trafik yang tinggi akan menyebabkan adanya kongesti yang bisa menyebabkan terjadinya packet loss pada jaringan. Salah satu cara untuk mengurangi beban trafik tersebut adalah dengan menggunakan speech codec yang memiliki bitrate rendah, seperti ITU GSM Speech codec GSM ini mampu menghemat bandwidth jaringan secara signifikan, selain itu juga menghasilkan jitter yang lebih kecil relatif terhadap jitter yang dihasilkan oleh speech codec G.711u dan G.711a. Bandwidth jaringan yang terbatas merupakan salah satu permasalahan besar dalam implementasi jaringan VoIP-softswitch ini pada jaringan sebenarnya. Oleh karena itu diperlukan solusi yang mampu menjamin alokasi bandwidth untuk setiap panggilan telepon agar kualitas pembicaraan dapat terjaga, misalnya dengan cara mengimplementasikan protokol RSVP (Resource Reservation Protocol). Cara lain yang bisa digunakan untuk menghemat pemakaian bandwidth jaringan adalah dengan cara melakukan kompresi pada overhead VoIP (header IP, UDP dan RTP). Kompesi tersebut mampu menekan ukuran overhead VoIP menjadi 2 atau 4 bytes. Selain itu, bias juga digunakan cara menambah ukuran payload pada paket VoIP. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa ukuran overhead satu paket VoIP adalah tetap, sedangkan yang berubah adalah payload paket VoIP tersebut. Dengan menambah ukuran payload pada paket VoIP, akan menurunkan konsumsi bandwidth dari paket VoIP tersebut. Akan tetapi, penambahan payload akan menaikkan delay paketisasi yang akan menaikkan delay keseluruhan. Oleh karena itu, penambahan payload pada paket VoIP harus memperhatikan faktor delay paketisasi secara hati-hati. Berikut ini adalah tabel skala prioritas untuk pemilihan speech codec berdasarkan parameter-parameter kualitas layanan VoIP, yaitu : delay, jitter, packet loss dan throughput. Nilai skala prioritas speech codec untuk setiap parameter adalah mulai dari 1 (prioritas pertama) sampai 3 (prioritas terakhir). Tabel 2. Skala prioritas pemilihan speech codec PARAMETER G.711u G.711a GSM Delay end-toend Throughput MOS Jitter Packet loss Kesimpulan Dari penelitian yang dilakukan oleh penulis, dapat ditarik beberapa kesimpulan bahwa : a. Softswitch mampu mengintegrasikan dua buah jaringan dengan platform berbeda, yakni jaringan sirkit dan jaringan paket, kedalam satu buah jaringan dengan platform data paket IP sehingga mendukung proses migrasi dari jaringan sirkit (PSTN) menuju NGN. b. Delay yang terjadi masih dalam kategori yang diperbolehkan untuk komunikasi VoIP (karena delay yang dihasilkan masih dibawah 150 ms), packet loss masih sangat kecil (<2.5%) dan jitter yang kecil (< 30 ms). Kondisi jaringan tersebut sangat bagus untuk implementasi jaringan VoIP-softswitch. c. Seperti ditunjukkan oleh tabel skala prioritas (Tabel 2), dapat diambil kesimpulan bahwa secara keseluruhan speech codec GSM lebih baik daripada speech codec G.711u dan G.711a, karena 4

5 GSM mampu menghasilkan jitter dan throughput yang lebih kecil dibandingkan G.711u dan G.711a, yaitu sebesar 4.28 ms untuk jitter dan kbps untuk throughput. 5. Referensi [1] Wastuwibowo, K., Next Generation Network, Whitepaper Versi 0.8, [2] ITB Smart Campus, Pusat Sumber Daya Informasi ITB, Bandung, [3] Spencer, Mark, The Asterisk Handbook, Digium Inc, [4] Purbo, Onno W., Adnan Basalamah, Ismail Fahmi, Achmad Husni Thamrin, TCP/IP: Standar, Desain dan Implementasi, PT Elex Media Komputindo, [5] Tharom, Tabratas, Onno W. Purbo, Teknologi VoIP: Voice over IP, PT Elex Media Komputindo, Desember [6] Tharom, Tabratas, Teknis dan Bisnis VoIP, PT Elex Media Komputindo, April [7] Timur, Anton, Jaringan Telekomunikasi Masa Depan, [8] PT Telekomunikasi Indonesia, Parameter Performansi Layar Fisik pada Jaringan Telekomunikasi Masa Depan, [9] Janak, Jan, SIP Introduction, FhG Fokus, [10] Cisco, Voice over IP - Per Call Bandwidth Consumption, Juni [11] X-PRO User s Guide: Operation and Configuration Guide to X-PRO, Exten Networks, inc., [12] DSQ Software Ltd, Voice over Internet Protocol, Whitepaper. 5