ESTIMASI CAKUPAN JARINGAN WIMAX DAN ANALISIS PERFORMANSINYA UNTUK DAERAH MAKASSAR, MAROS, SUNGGUMINASA, DAN TAKALAR

Transkripsi

1 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK ESTIMASI CAKUPAN JARINGAN WIMAX DAN ANALISIS PERFORMANSINYA UNTUK DAERAH MAKASSAR, MAROS, SUNGGUMINASA, DAN TAKALAR Merna Baharuddin 1), Nien Khamsawarni N, Subaer Kanata Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Telp./Fax: (0411) merna@unhas.ac.id 1) Abstrak Penelitian ini akan menganalisis perencanaan jaringan WiMAX Fix (3,3 GHz) dan Mobile (2,3 GHz) di kawasan Makassar, Maros, Sungguminasa, Takalar. Perencanaan dilakukan dengan menghitung radius jangkauan sel dan jumlah sel kemudian menguji dengan menggunakan program simulasi software Opnet Modeler Radius masing-masing BS disesuaikan dengan keadaan geografis dan hasil perhitungan matematis dengan menggunakan model propagasi yang dikeluarkan oleh Vinco Erceg. Pada pengujian digunakan 3 jenis layanan dan dengan menempatkan 3 MS pada salah satu BTS di tiap kota. Pengujian dimulai dengan pembuatan topologi jaringan fixed dan mobile kemudian menjalankan simulasi dan akan menghasilkan throughput dan delay. Kata kunci: model propagasi jaringan wireless, jaringan WIMAX, path loss PENDAHULUAN Perencanaan jaringan WiMAX ini dilakukan di daerah Mamminasata (Makassar, Maros, Sungguminasa, dan Takalar). Untuk mempermudah perencanaan maka ditetapkan bahwa pelanggan primer adalah pelanggan perumahan dimana untuk kota Makassar perumahan tersebar diseluruh kota, begitu pula dengan kota Sungguminasa, untuk daerah Maros perumahan tersebar di sepanjang jalan yang menghubungkan antara kota Maros dan Makassar sedangkan untuk daerah Takalar perumahan tersebar di sepanjang jalan yang menghubungkan antara kota Sungguminasa dan Takalar. METODE ANALISIS Perencanaan jaringan WiMAX menggunakan perangkat yang diproduksi oleh Airspan Networks, Inc. untuk kondisi fixed dan diproduksi oleh Cisco untuk kondisi mobile. Spesifikasi teknis dari perangkat yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Spesifikasi Teknis Perangkat WiMAX. [1] Parameter Fixed Mobile HiperMAX Cisco BWX 8300 Series Daya pancar (PT) +36 dbm 40 dbm Frekuensi (f) 3.3GHz 2.3 GHz Gain (G) 18 dbi 16 dbi Tipe Modulasi OFDM-64 QAM, 16 QAM, QPSK, 16 QAM, 64 QAM QPSK, BPSK Metode Dupleks TDD TDD Bandwidth (BW) 3,5 MHz 7 MHz N FFT Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Elektro ISBN : TE8-1

2 Estimasi Cakupan Jaringan Wimax... Merna Baharuddin, Nien Khamsawarni N, Subaer Kanata Pada perhitungan link budget dan luas area cakupan (coverage area), salah satu hal yang perlu diperhatikan dan sangat mempengaruhi adalah parameter SNR (Signal To Noise Ratio). Nilai SNR yang disyaratkan pada standar IEEE D-2004 untuk nilai BER < dari 1 x 10-6 dan IEEE e-2005 ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Parameter SNR. [2] Modulasi QPSK 16QAM 64QAM Receiver SNR (db) Coding Rate Fixed Mobile ½ 12,1 6,0 ¾ 14,6 8,5 ½ 17,2 11,5 ¾ 19,9 15,0 2/3 23,2 19,0 ¾ 24,5 21,0 Pada perencanaan jaringan WiMAX ini, model propagasi yang digunakan adalah model propagasi Erceg [2,3] yang dikembangkan oleh Vinko Erceg, karena Model Erceg ini cocok untuk bekerja pada parameter-parameter berikut: 1900MHz f 3500MHz, 10m h b 80m, 2m h r 10m. Sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan yaitu 3,3 GHz dan 2.3 GHz. Model propagasi Erceg dibagi dalam 3 (tiga) kategori permukaan (terrain) yaitu: o o o Tipe A: daerah berbukit dengan kerapatan pohon yang sedang atau padat. Tipe B: daerah berbukit dengan kerapatan pohon yang rendah atau daerah datar dengan kerapatan pohon yang sedang atau tinggi. Tipe C: daerah datar dengan kerapatan pohon yang rendah. dimana ketiga kategori ini memiliki nilai konstanta a, b, c, sesuai Tabel 3. Tabel 3. Parameter a, b, dan c sesuai kategori [2] Parameter Type of Terrain A B C a 4,6 4,0 3,6 b (m -1) 0,0075 0,0065 0,005 c (m) 12,6 17, 20 s (db) 10,6 9,6 8,2 Untuk menghitung redaman propagasi (pathloss), digunakan rumus [4]: PL = 20 log ( 4πd 0 λ ) + 10γ log ( d d 0 ) + X f + X h + s (1) Dimana : λ = panjang gelombang γ = pathloss exponent d = jangkauan BTS d 0 = 100 m (jarak referensi) X f = faktor koreksi frekuensi X h = factor koreksi tinggi antenna penerima s = shadow fading ISBN : Group Teknik Elektro Volume 6 : Desember 2012 TE8-2

3 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK dan d 0 = 100 m; d adalah radius sel (m), dan γ adalah pathloss eksponen yang diperoleh dari : λ = C f (2) γ = a (b x h B ) + c h B (3) Sementara X f dan X h adalah faktor koreksi frekuensi dan faktor koreksi frekuensi tinggi antena yang diperoleh : X f = 6 log ( f(ghz) ) 2 (4) X h = -10,8 log ( h R ) Untuk kondisi Urban dan Sub Urban 2 (5) X h = -20 log ( h R ) Untuk kondisi Rural 2 (6) Untuk menentukan link budget dari area cakupan dari suatu sel, harus diketahui daya yang diterima (PR) oleh SS yaitu : P R = P T + G T + G R - L S - P L (7) P T = Daya pancar G T = Gain pemancar G R = Gain penerima L S = Loss sistem P L = Pathloss Perhitungan luas sel sangat tegantung pada dua hal yaitu daya yang diterima SS (P R) dan sensitivitas SS (RSS). Agar sistem dapat bekerja dengan baik, maka RSS diperoleh dari P R R SS (8) R SS = SNR RX + 10 log (F S x N used N FFT Dengan asumsi bahwa P R lebih besar daripada RSS maka diperoleh: x N subchannels ) (9) 16 PL = P T + G T + G R - L S - R SS (10) Sehingga persamaan untuk memperoleh nilai radius (dmax) dari setiap BS, yaitu: [ d max (m) = d { P T + G T + G R L S R SS X f X h S 20 log(4πd 0 λ )} ] 10γ (11) Setelah radius sel diketahui maka Luas Sel dapat dihitung dengan menggunakan rumus L = π x d 2 (12) Dari hasil perhitungan luas sel maka dapat diketahui jumlah sel yang dibutuhkan : sel = Luas Daerah Layanan Luas Sel (13) Dari hasil perhitungan jumlah sel,maka dapat diketahui letak BS yang dibutuhkan. Lokasi BS akan ditentukan dengan menggunakan software Google Earth dengan tetap berpedoman pada hasil perhitungan radius sel, luas sel dan jumlah sel. Pengujian perencanaan jaringan WiMAX ini dibuat dengan menggunakan perangkat lunak OPNET modeler Perangkat lunak ini memberikan kemudahan dalam membangun jaringan WiMAX baik dalam bentuk gambar, data, grafik dan animasi. Hal ini yang menjadikan dasar pertimbangan dipilih OPNET 14.0 sebagai Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Elektro ISBN : TE8-3

4 Estimasi Cakupan Jaringan Wimax... Merna Baharuddin, Nien Khamsawarni N, Subaer Kanata bahasa program dalam pembuatan simulasi perencanaan jaringan wimax fixed dan mobile pada sistem komunikasi wireless berbasis WiMAX. Teknik modulasi yang digunakan adalah QPSK dengan coding rate ½. Teknik modulasi ini dipilih karena memberikan radius sel yang lebih besar dibandingkan dengan teknik modulasi 16 QAM maupun 64 QAM yang merupakan teknik modulasi yang digunakan untuk standar teknologi IEEE d-2004 (fixed WiMAX). Topologi jaringan dibangun mengikuti topologi jaringan untuk aplikasi Fixed dan Mobile broadband seperti pada Gambar 1. Dengan menggunakan topologi ini maka SS pada setiap wilayah baik berupa PC maupun laptop yang sudah mendukung teknologi WiMAX dapat langsung terhubung ke jaringan WiMAX semudah membangun koneksi ke jaringan WiFi. Gambar 1. Topologi WiMax di Perkotaan dan Pedesaan [5] Jenis aplikasi yang digunakan adalah aplikasi , video conference, dan voice over IP (IP telephony). Setiap aplikasi memiliki model karakteristik trafik yang berbeda-beda. Masing-masing SS memakai jenis aplikasi/layanan yang berbeda satu dengan yang lainnya berdasarkan profil untuk tiap SS. Aplikasi dan profil yang untuk masing-masing SS ditunjukkan pada tabel 4. Tabel 4. Aplikasi dan Profil untuk setiap SS. BS PROFILL SS APLIKASI MAKASSAR SUDIANG SS1 SS2 Web Browsing SS3 VoIP MAROS PANAIKANG SS1 SS2 Web Browsing SS3 VoIP SUNGGUMINASA LIMBUNG SS1 SS2 Web Browsing SS3 VoIP TAKALAR POLONGBANGKENG SS1 SS2 Web Browsing SS3 VoIP ISBN : Group Teknik Elektro Volume 6 : Desember 2012 TE8-4

5 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK HASIL DAN DISKUSI Perhitungan Radius Sel disesuaikan dengan karakteristik masing-masing wilayah dan dengan menggunakan parameter perhitungan yang sesuai dengan perangkat dan model propagasi yang digunakan seperti terlihat pada tabel 5. Tabel 5. Parameter Perhitungan Radius Sel WiMAX Parameter Fixed Mobile Frekuensi (f) 3,3 GHz 2,3 GHz Bandwidth (BW) 3,5 MHz 7 MHz Metode Duplex TDD TDD Daya Pancar BS (PT) 36 dbm 40 dbm Parameter Fixed Mobile Daya Pancar SS (PR) 24 dbm 23 dbm Gain BS (GT) 18 dbi 16 dbi Gaian SS (GR) 8,5 dbi 3,5 dbi Tinggi BTS Sub Urban 40 m 40 m (hb) Rural 20 m 20 m Tinggi SS (hr) 6 m 6 m Sampling frequency (Fs) 8 MHz 9,93 MHz Loss sistem (Ls) Urban 3 db 3 db Sub Urban - - Rural - - Nused NFFT Nsubchanel 7 15 Hasil perhitungan cakupan sel WiMAX dapat dilihat pada tabel 6. Tabel 6. Radius dan Luas Sel WiMAX Mamminasata. Radius Sel (km) Coding Modulasi Suburban Rural Rate fixed mobile fixed mobile QPSK 1/2 3,2 2,871 4,388 3,926 Luas Sel (km 2 ) Coding Modulasi Suburban Rural Rate fixed mobile fixed mobile QPSK 1/2 32,16 25,87 60,48 48,42 Jumlah BS yang diperlukan untuk mencakup wilayah Mamminasata untuk modulasi QPSK pada keadaan fixed adalah 13 dan mobile 19. Letak BS ditentukan dengan menggunakan software Google Earth dengan tetap berdasarkan hasil perhitungan radius sel, Luas Sel dan Jumlah Sel, sehingga diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada tabel 7 dan tabel 8. Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Elektro ISBN : TE8-5

6 Estimasi Cakupan Jaringan Wimax... Merna Baharuddin, Nien Khamsawarni N, Subaer Kanata Tabel 7. Letak Base Station Fixed Jaringan WiMAX Mamminasata Parameter Kota Sel Koordinat Daya 5 6'0.98"LS, '52.39"BT Makassar Tol Ir. Sutami 5 5'47.94"LS, '4.81"BT Tamalanrea 5 8'34.85"LS, '18.48"BT Jl. Pengayoman 5 9'43.95"LS, '54.44"BT Jl. Urip Sumoharjo 5 7'51.22"LS, '31.59"BT Tanjung Bunga 5 10'50.45"LS, '2.48"BT Kota Maros 5 0'39.69"LS, '10.85"BT Maros Mandai 5 3'15.45"LS, '21.03"BT Jl. Aeropala 5 11'52.01"LS, '56.24"BT Palangga 5 12'39.83"LS, '58.21"BT Sungguminasa Limbung 5 16'25.75"LS, '48.98"BT Bontonompo 5 20'35.18"LS, '37.36"BT Takalar Kota Takalar 5 24'20.10"LS, '38.58"BT Tabel 8. Letak Base Station mobile Jaringan WiMAX Mamminasata Parameter Kota Sel Koordinat Sudiang 5 5'24.90" LS, '52.34"BT Makassar Jl. Talendong 5 4'46.20" LS, '29.24"BT Tamalanrea 5 7'48.29" LS, '26.61"BT Jl. Tol Ir. Sutami 5 6'39.90" LS, '33.28"BT J. G. Latimojong 5 7'57.25" LS, '11.12"BT Jl. Urip Sumoharjo 5 8'52.56" LS, '42.62"BT Antang 5 10'28.58"LS, '27.91"BT Jl. Alauddin 5 10'34.07"LS, '16.77"BT Tanjung Bunga 5 10'27.06"LS, '5.21" BT Barombong 5 12'51.96"LS, '19.01"BT Jl. Kota Maros 5 0'39.69" LS, '10.85"BT Maros Mandai 5 2'59.01" LS, '47.96"BT Jl. Poros Malino 5 14'3.88" LS, '47.39"BT Pallangga 5 12'24.01"LS, '50.90"BT Sungguminasa Limbung 5 13'1.79" LS, '38.16"BT Bajeng 5 16'22.20"LS, '46.90"BT Bontonompo 5 20'21.13"LS, '25.50"BT Polongbangkeng Utara 5 24'1.97" LS, '45.34"BT Takalar Kota Takalar 5 26'43.68"LS, '22.25"BT Gambar 2 memperlihatkan topologi jaringan WiMAX fixed Mamminasata yang digunakan pada pengujian. ISBN : Group Teknik Elektro Volume 6 : Desember 2012 TE8-6

7 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Gambar 2. Topologi Jaringan WiMAX fixed Mamminasata Keterangan gambar : Jumlah BTS fixed : 13 BTS : Aliran trafik dari SS ke Server, begitupun sebaliknya. : Aliran trafik dari Server menuju BS Seperti terlihat pada gambar 2 pengujian dilakukan dengan 16 sel fixed. Diambil 4 sel sebagai sampel dan 3 layanan yang berada pada masing-masing kota. Gambar 3 memperlihatkan topologi jaringan WiMAX mobile Mamminasata yang digunakan pada pengujian. Gambar 3. Topologi Jaringan WiMAX mobile Mamminasata Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Elektro ISBN : TE8-7

8 Estimasi Cakupan Jaringan Wimax... Merna Baharuddin, Nien Khamsawarni N, Subaer Kanata Keterangan gambar : Jumlah BTS Mobile : 19 BTS : Aliran trafik dari MS ke Server, begitupun sebaliknya. : Aliran trafik dari Server menuju BS Seperti terlihat pada gambar 3, pengujian dilakukan dengan 18 sel mobile. Digunakan 3 pelanggan dan tiga layanan yang berbeda yaitu , web browsing dan video conference. Berdasarkan simulasi yang dilakukan, bisa dinyatakan bahwa Throughput yang dihasilkan pada keadaan Fixed berkisar antara bits/sec hingga bits/sec.throughput yang dihasilkan pada keadaan mobile berkisar antara bits/sec hingga bits/sec. Throughput yang dihasilkan ketika terjadi handover akan menurun secara signifikan. Throughput saat terjadi handover pada kecepatan 50 km/jam layanan menurun hingga 22083,55 bits/sec, layanan web browsing hingga 23564,44 bits/sec, layanan video conference hingga 3712 bits/sec, untuk ketiga layanan hingga 17144,88 bits/sec.throughput saat terjadi handover pada kecepatan 75 km/jam layanan menurun hingga 3911,11 bits/sec, layanan web browsing hingga 39564,44 bits/sec, layanan video conference hingga 3633,77 bits/sec, untuk ketiga layanan hingga 20033,33 bits/sec.delay yang diperoleh pada kondisi fixed pada layanan video conference berkisar antara sec sampai sec, pada web browsing berkisar antara sec sampai sec dan pada berkisar antara sec sampai sec. Delay yang diperoleh pada kondisi mobile pada layanan video conference berkisar antara sec sampai sec, pada web browsing berkisar antara sec sampai sec dan pada berkisar antara sec sampai sec. KESIMPULAN Perencanaan jaringan WiMAX ini menggunakan frekuensi 3,3 GHz untuk fixed dan 2,3 GHz untuk mobile. Digunakan 13 titik BTS untuk keadaan fixed dan 19 titik BTS untuk keadaan mobile dengan radius masingmasing untuk layanan fixed pada tipe suburban 3,2 Km dan rural 3,38 Km, untuk layanan mobile pada tipe sub urban 2,8 Km dan rural 3,9 Km. Bandwith fixed 3,5 MHz dan Mobile 7 MHz. Daya pancar BS fixed 36 dbm dan mobile 40 dbm. Daya pancar SS fixed 24 dbm dan mobile 23 dbm. Gain fixed 18 dbi dan mobile 16 dbi. Tinggi BS tipe sub urban 40 m dan 20 m untuk rural. Pada pengujian digunakan 3 jenis layanan yaitu , web browsing dan video conference, dan dengan menempatkan 3 MS pada salah satu BTS di tiap kota. Throughput yang dihasilkan pada keadaan fixed berkisar antara bits/sec hingga bits/sec dan pada keadaan mobile berkisar antara bits/sec hingga bits/sec. Delay yang dihasilkan pada keadaan fixed berkisar antara 0, second hingga 0, second dan pada keadaan mobile berkisar antara 0, second hingga 0, second. DAFTAR PUSTAKA 1. Wimax Forum, Mobile WiMAX-Part I: A Technical Overview And Performance Evaluation, US: WiMAX Forum: August Mobile WiMAX group, Coverage of mobile WiMAX WiMAX-link-budget,last visited: 12 januari 2010, jam WITA. 3. Sumantri Joyoboyo, Perencanaan Sistem Wireless Metropolitan Area Network Dengan MenggunakanTeknologi WiMAX pada Wilayah Daerah Istimewa Yogyakarta Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Bandung, Bandung, IEEE c-01/29r4, Channel Models for Fixed Wireless Applications, Erceg et al., IEEE Broadband Wireless Access Working Group, January Gunawan Wibisono, Gunadi Dwi Hantoro, WiMAX Teknologi Broadband Wireless Access (BWA) Kini dan Masa Depan, Bandung : Informatika Bandung, ISBN : Group Teknik Elektro Volume 6 : Desember 2012 TE8-8