Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang ANALISA PENJADWALAN PAKET PADA CDMA xev-do Annisa Fauziah, Sofia Naning, Arief Rudiana 3 Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Telkom ) Nissa_oke@yahoo.com, ) snh@stttelkom.ac.id ABSTRAK xev-do merupakan sistem hybrid CDMA/TDM generasi ke tiga yang yang menyediakan layanan data dengan kecepatan tinggi. Menggunakan bandwidth. Mhz, xev-do bisa mensupport data rate sampai.476 Mbps pada forward link. Untuk mencapai datarate yang maksimal, terdapat beberapa teknik yang dilakukan pada forward link, salah satunya dengan mekanisme scheduling. Scheduler dibutuhkan untuk mengoptimalkan dan mengefisienkan proses sharing resource sistem, dimana bandwidth secara konstan berubah sesuai dengan fluktuasi kanal wireless. Oleh karena itu dibutuhkan suatu algoritma untuk menyeimbangkan proses penjadwalan user. Dalam Penelitian ini, diskenariokan suatu sistem wireless yang menggunakan Proportional Fair Scheduler sebagai alternatif solusi. Algoritma scheduler merupakan mekanisme scheduling yang berusaha untuk menambah performansi throughput sistem dengan menjadwalkan pengiriman data kepada user ketika kondisi kanal user dalam keadaan optimal. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa pada tipe vehicular, mekanisme penjadwalan menggunakan scheduler dapat meningkatkan throughput system, throughput sistem dengan scheduler lebih tinggi yaitu, Mbps dibandingkan dengan scheduler yang bernilai 83 Kbps. Sedangkan pada kondisi pedestrian, penggunaan scheduler tidak terlalu memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penambahan throughput sistem. Throughput yang dicapai sistem saat menggunakan scheduler sama dengan saat menggunakan scheduler yaitu bernilai, Mbps.Pada kondisi pedestrian, Latency sistem dengan scheduler mencapai,8 second, lebih tinggi dibandingkan dengan latency sistem dengan yaitu, second, sedangkan pada tipe vehicular, latency sistem dengan scheduler mencapai.943 second, sedangkan latency sistem dengan scheduler lebih rendah yaitu bernilai.8747 second. Kata kunci : CDMA X EV-DO, Proportional Fair Scheduling, Throughput dan Latency Sistem. PENDAHULUAN Teknologi CDMA xev-do atau IS-86 merupakan pengembangan dari CDMA x yang menyediakan layanan data untuk menghasilkan throughput yang optimal. Untuk mendukung jaringan CDMA xev-do perlu adanya tambahan komponen yang mendukung fungsi-fungsi baru dan meningkatkan kemampuan sistem. Gambar merupakan jaringan xev-do yang dibangun dengan memanfaatkan jaringan eksisting CDMA X dengan menambahkan beberapa modul di BSC dan BTS serta software yang mendukung. menentukan bagaimana melakukan alokasi resource secara adaptive untuk mencapai throughput yang optimal pada sistem paket data. CDMA x-ev DO tidak mempunyai spesifikasi khusus untuk penjadwalan data, masing-masing vendor diperbolehkan menggunakan algoritma penjadwalan paket yang dianggap efisien. Pada penelitian ini diusulkan mekanisme penjadwalan paket dengan menggunakan algoritma proportional fair () scheduler. Alasan pemilihan algoritma proporitonal fair scheduler karena algoritma ini menggabungkan dua hal penting dari suatu scheduler, yaitu fairness dan peningkatan throughput sistem. Algoritma ini bekerja dengan cara melayani setiap user pada kondisi kanal yang maksimal dan secara adil (fair) berusaha meningkatkan throughput user pada sektor tersebut tanpa mengurangi throughput user lainnya. Dengan penggunaan proportional fair () scheduler, diharapkan fairness dapat dicapai sekaligus meningkatkan throughput sistem sehingga user mendapatkan pelayanan yang optimal. Gambar : Arsitektur Jaringan CDMA xev-do Untuk meningkatkan performansi sistem, CDMA x-ev DO mengimplementasikan algoritma penjadwalan paket. Scheduler. CDMA X EV-DO xev-do merupakan sistem hybrid CDMA/TDM generasi ke tiga yang yang menyediakan layanan data dengan kecepatan tinggi. J-
Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang Seperti namanya, x Evolution for Data Optimized, xev-do mendukung aplikasi data dengan menggunakan bandwidth. Mhz. xev-do bisa mendukung data rate sampai.476 Mbps pada forward link dan hingga 3.6 Kbps pada reverse link [3]. Jaringan CDMAxEV-DO dibangun dengan memanfaatkan jaringan eksisting CDMA X. Hardware tambahan berupa beberapa modul di BSC dan BTS serta software yang mendukung dibutuhkan untuk membentuk jaringan xev-do. Scheduler Scheduler atau penjadwal merupakan suatu mekanisme pada sistem operasi yang berkenaan dengan urutan kerja yang dilakukan pada suatu sistem [4].. Pada sistem wireless penjadwalan paket dilakukan di RNC (Radio Network Controller) Parameter yang digunakan untuk mengukur dan mengoptimasi kinerja scheduler antara lain [4]. Adil (fairness).. Latency. 3. Throuhgput Terdapat dua strategi penjadwalan dalam sistem yaitu mekanisme penjadwalan preempative dan penjadwalan nonpreempative. Scheduler dibutuhkan untuk mengoptimalkan dan mengefisienkan proses sharing resource sistem, dimana bandwidth secara konstan berubah sesuai dengan fluktuasi kanal wireless. Oleh karena itu dibutuhkan suatu algoritma untuk menyeimbangkan proses penjadwalan user. 3. Pemodelan Sistem Simulasi dilakukan pada satu sektor dimana terdapat 6 user (AT) per sektor yang bergerak dengan kecepatan terdistribusi random dimana setiap AT mempunyai kemungkinan kecepatan yang acak (random). Klasifikasi pergerakan user dimodelkan dalam beberapa kecepatan konstan sebagai berikut:. pedestrian (pejalan kaki) = - Km/Jam. vehicular = 3-9 Km/Jam. Sistem dimodelkan menjadi tiga blok utama, yaitu blok access network (AN), access terminal (AT), dan blok kanal propagasi. Scheduler terdapat pada AN Scheduler pada AN membuat keputusan untuk mengalokasikan time slot kepada user kemudian menentukan user mana yang terlebih dahulu yang akan diproses untuk dikirimi data. Keputusan dibuat berdasarkan informasi datarate (DRC indeks) yang dikirimkan user melalui datarate channel (DRC) pada reverse link. Algoritma scheduling yang akan digunakan pada simulasi ini adalah algoritma Proportional Fair Scheduling yang akan J- dibandingkan dengan algoritma First In First Out (). Akan dianalisa pengaruh penggunaan kedua mekanisme terhadap performansi sistem (average forward link throughput). Proportional Fair Scheduler Pada sebuah sistem wireless dengan multi user yang melewati kanal fading, setidaknya terdapat satu user yang memiliki kondisi kanal terbaik pada satu waktu tertentu. Secara kontinu dan konstan, sistem akan mengamati kondisi kanal user dan membuat keputusan untuk melayani user dengan kondisi kanal yang terbaik, prinsip inilah yang diadaptasi oleh Proportional Fair Scheduler. Algoritma scheduler berusaha untuk menambah kapasitas sel dengan memanfaatkan variasi kanal yaitu dengan menjadwalkan pengiriman kepada AT selama periode dimana AT memperoleh level sinyal yang kuat []. Disamping itu, scheduler juga memberikan jaminan fairness kepada user yang berbeda. Selama ini, usaha penambahan throughput kepada user-i sebesar x%, akan menimbulkan pengurangan throughput pada user yang lain lebih dari x %. Karena itu, Proportional Fair scheduler berusaha menambah throughput untuk user-i sebesar x %, dengan jaminan tidak akan terjadi pengurangan throughput pada user yang lain didalam sistem lebih dari x % [9]. Pada algoritma Proportional Fair, pengalokasian time slot kepada user i diprioritaskan kepada user dengan nilai fs terbesar. Nilai fs didefinisikan dengan persamaan [7,9,]: DRC i ( t) fs Ri ( t) fs merupakan rasio antara datarate yang direquest oleh user i pada time slot t dengan nilai average rate user i pada time slot t. Cara kerja scheduler adalah sebagai berikut:. Inisialisasi: pada time slot t=, diset R i ( )= untuk seluruh user. Untuk user i K, R i (t) secara eksponensial dirata-ratakan disetiap time slot. Rata-rata time constant ditentukan oleh tc. 3. Updating: untuk i=:k, nilai R i (t) diupdate pada masing-masing time slot sesuai dengan persamaan [7,9,]: Ri( t ) ( )* Ri( t) ( ) * Yi( t)* DRCi( t) tc tc Yi(t) bernilai -, merupakan variabel yang mengindikasikan ada atau tidaknya user i yang dipilih pada time slot t. User yang tidak mempunyai data untuk dikirimkan juga mendapatkan update ratenya tetapi dapat diabaikan dalam proses perhitungan, dengan kata lain Yi(t) bernilai sama dengan. Diasumsikan tc= slot atau sama dengan,66 second [7,9]. Konstanta waktu tc merepresentasikan panjang interval yang digunakan untuk mengupdate R i (t). Nilai parameter
SNR (db) Selubung Fluktuasi Kanal (db) Rate (kbps) Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang tc juga merupakan waktu maksimum user mengalami starvasi (tidak menerima service). Scheduler scheduler memprioritaskan user yang datang terlebih dahulu kedalam antrian. Algoritma dapat dilihat pada gambar 3.6. User yang akan dijadwalkan pada time slot ke-t adalah user dengan nilai j terbesar. j dihitung dengan persamaan [8]: j max l ( t) 4. Analisa Performansi Sistem Kecepatan User Terhadap Variasi Kanal Pada mobile wireless, kondisi kanal mengalami perubahan terhadap waktu secara signifikan. Pada gambar diperlihatkan fluktuasi selubung kanal suatu user yang diamati selama second. User berada pada kondisi pedestrian dan kondisi vehicular. i i Gambar 3 Nilai SNR pada Single User Sebagai Fungsi dari Kecepatan Dari gambar 3 tampak bahwa user dengan kecepatan Km/Jam mendapatkan nilai SNR hampir mencapai db, namun semakin cepat pergerakan user maka SNR yang diterima user semakin menurun. Kecepatan pergerakan user mempengaruhi fluktuasi kanal pada link forward sehingga berdampak pada SNR yang diterima oleh user. Pada kecepatan rendah fluktuasi kanal menjadi lambat sehingga SNR yang diterima user tinggi, tetapi saat kecepatan user bertambah maka SNR yang diterima user semakin berkurang. Kecepatan User Terhadap Distribusi Data Rate Data rate pada kanal DRC merupakan representasi dari kondisi kanal yang dialami oleh user. Pada gambar 4 berikut diperlihatkan distribusi data rate pada kanal DRC sesuai dengan kecepatan user: - Vehicular Pedestrian -4-6 -8 - - -4-6 -8 -..4.6.8..4.6.8 t (ms) x 4 Gambar. Fluktuasi Kanal User pada Kondisi Pedestrian dan Vehicular Dari gambar terlihat bahwa kanal user pada kondisi vehicular berfluktuasi lebih cepat dibandingkan dengan kondisi pedestrian. Pergerakan relatif antara transmitter dan receiver menimbulkan pelebaran spektrum dari sinyal terkirim (Doppler spread) yang disebabkan oleh laju perubahan waktu terhadap kanal (time varying). Semakin cepat pergerakan user, maka semakin tinggi frekuensi Doppler maksimal dan semakin cepat perubahan kondisi fluktuasi kanal. Pada gambar 3 berikut dapat dilihat grafik SNR yang diterima suatu user sebagai fungsi dari kecepatan: - - - - 3 4 6 7 8 9 v (km/jam) J-3 3 4 6 7 8 9 v (km/jam) Gambar 4. Distribusi Data Rate pada Single User sebagai Fungsi dari Kecepatan User Data rate yang diminta user melalui DRC kanal lebih tinggi ketika user bergerak pada kecepatan rendah dibandingkan pada saat user bergerak pada kecepatan tinggi, user bisa menerima sinyal dari BS dengan lebih baik pada kecepatan rendah. Saat kecepatan rendah, datarate yang mendukung user akan tinggi karena pada kecepatan rendah kondisi kanal yang dialami user cukup baik untuk proses pengiriman data dengan data rate yang tinggi. Namun jika kecepatan user semakin tinggi maka datarate yang dapat mendukung proses pengiriman data juga rendah, karena pada kecepatan tinggi kondisi kanal menjadi buruk dan tidak memungkinkan untuk dilakukan proses pengiriman data menggunakan data rate yang tinggi. Pengaruh Kecepatan User Terhadap Throughput dan Latency Sistem Menggunakan dan Scheduler Pada simulasi ini, terdapat 6 user (AT) yang terletak pada satu sektor. AT bergerak pada beberapa tipe kecepatan konstan, yaitu pedestrian dengan dan vehicular. Analisa ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh kecepatan user terhadap performansi sistem yang dilihat dari parameter
Throughput (bps) Throughput (bps) Latency (s) Throughput (bps) Latency (s) Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang throughput dan latency, dengan mekanisme penjadwalan user mengggunakan algoritma Proportional Fair () scheduler dan First In First Out (). Gambar dan 6 berikut menunjukkan pengaruh kecepatan user terhadap throughput yang dapat dicapai oleh user menggunakan algoritma First In First Out () dan Proportional Fair () scheduling: 8 7 6 4 3 Latency pada user user 6 user. x 6 Performansi Pada user user 6 user 3 4 6 7 8 9 Gambar 7 Grafik Pengaruh Kecepatan User Terhadap Latency Sistem Menggunakan Scheduler. 8 Latency pada user 7 user. 6 6 user 3 4 6 7 8 9 Gambar Grafik Pengaruh Kecepatan User Terhadap Throughput Sistem Menggunakan Scheduler. 4 3. x 6.. Performansi Pada user user 6 user 3 4 6 7 8 9 Gambar 6.Grafik Pengaruh Kecepatan User Terhadap Throughput Sistem Menggunakan Scheduler Pada gambar dan 6 dapat dilihat bahwa kecepatan user sangat mempengaruhi throughput yang dapat dicapai oleh tiap user. Bertambahnya kecepatan suatu user, throughput yang dapat dicapai semakin menurun. Dapat dilihat juga bahwa pada kecepatan yang sama, throughput yang dapat dicapai oleh sistem dengan 6 user lebih tinggi dibandingkan throughput dengan jumlah user kurang dari 6. Pada kondisi diam (kecepatan Km/Jam), throughput sistem dengan 6 user hampir mencapai, Mbps, lebih tinggi dibandingkan throughput sistem dengan user, user,, dan. Begitu juga pada kecepatan yang lain, throughput sistem dengan 6 user selalu bernilai lebih tinggi. Gambar 7 dan 8 berikut menunjukkan pengaruh kecepatan user terhadap latency user, algoritma First In First Out () dan Proportional Fair () scheduling digunakan sebagai mekanisme penjadwalannya: 3 4 6 7 8 9 Gambar 8. Grafik Pengaruh Kecepatan User Terhadap Latency Sistem Menggunakan Scheduler Pada gambar 7 dan 8 dapat dilihat bahwa semakin bertambahnya kecepatan suatu user maka latency yang dialami juga semakin bertambah. Kecepatan suatu user berpengaruh terhadap kondisi kanalnya, semakin cepat pergerakan user menyebabkan kondisi kanal memburuk, ini menyebabkan proses pengiriman data kepada user tersebut semakin lama sehingga latency yang dialami meningkat. Analisa Throughput Sistem Pada bagian ini akan dianalisa throughput sistem yang dapat dicapai ketika digunakan scheduler dan scheduler pada tipe kecepatan user yang berbeda. Grafik 9 berikut menunjukkan throughput sistem yang dapat dicapai dengan menggunakan scheduler dan scheduler pada kondisi pedestrian (dengan kecepatan - Km/Jam):. x 6.. 4 6 8 4 6 Gambar 9. Performansi Pada kondisi pedestrian Throughput Sistem Pada Kondisi Pedestrian Grafik 9 menunjukkan bahwa throughput sistem dengan scheduler sama dengan J-4
Latency (s) Throughput (bps) Latency (s) Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang scheduler yaitu mencapai, Mbps. Pada kondisi pedestrian, kondisi kanal keseluruhan user dalam keadaan baik, sehingga tidak terjadi fluktuasi kanal yang cepat yang menyebabkan tingginya variansi noise. Penggunaan scheduler tidak terlalu memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penambahan throughput sistem. Throughput sistem saat menggunakan scheduler dan pada kondisi vehicular (dengan kecepatan 3-9 Km/Jam) dapat dilihat pada grafik berikut: 9 x 8 7 6 4 3 Performansi Pada kondisi vehicular 4 6 8 4 6 Gambar Throughput Sistem Pada Kondisi Vehicular Dari grafik gambar dapat dilihat bahwa throughput sistem dengan scheduler lebih tinggi (, Mbps) dibandingkan dengan scheduler (83 Kbps). Pada tipe kecepatan vehicular, mekanisme penjadwalan menggunakan scheduler dapat meningkatkan throughput sistem. Analisa Latency Sistem Grafik berikut menunjukkan latency sistem dengan menggunakan dan scheduler yang dilakukan pada daerah pedestrian:.9.8.7.6..4.3.. Gambar. Performansi Pada kondisi pedestrian 4 6 8 4 6 Latency Sistem Pada Kondisi Pedestrian Dari gambar dapat dilihat bahwa latency scheduler lebih tinggi dibandingkan dengan latency scheduler. Latency sistem dengan scheduler mencapai,8 second, lebih tinggi dibandingkan dengan latency sistem dengan yaitu, second. Grafik berikut menunjukkan latency sistem dengan menggunakan dan scheduler yang dilakukan dilakukan pada daerah vehicular: J-... Gambar Performansi Pada kondisi vehicular 4 6 8 4 6 Latency Sistem Pada Kondisi Vehicular Dari gambar dapat dilihat bahwa latency sistem menggunakan scheduler lebih tinggi dibandingkan dengan scheduler. Latency sistem dengan scheduler mencapai.943 second, sedangkan latency sistem dengan scheduler bernilai.8747 second. Pada scheduler, penjadwalan user hanya didasarkan pada user yang pertama kali datang tanpa melihat kondisi kanalnya. Secara umum layanan pada sistem CDMA xev DO dapat mentolerir latency. Terjadi tradeoff pada pencapaian performansi sistem (throughput sistem) dengan latency.. Kesimpulan Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:. Kecepatan pergerakan user mempengaruhi throughput yang dapat dicapai oleh sistem. Pada kecepatan Km/Jam, throughput sistem dengan 6 user hampir mencapai, Mbps, lebih tinggi dibandingkan throughput pada kecepatan 3 Km/Jam sebesar,3 Mbps, kecepatan 6 Km/Jam sebesar,8 Mbps, dan pada kecepatan 9 Km/Jam sebesar,6 Mbps.. Dengan bertambahnya kecepatan dan jumlah user pada suatu sistem, proses pengiriman data kepada user semakin lama sehingga latency yang dialami meningkat. Latency sistem pada kecepatan 9 Km/Jam dengan 6 user aktif mencapai 8 second, nilai tersebut lebih tinggi dibandingkan latency sistem dengan user, user,, dan pada kecepatan kurang dari 9 Km/Jam. 3. Pada kondisi pedestrian, penggunaan scheduler tidak terlalu memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penambahan throughput sistem. Throughput yang dicapai sistem saat menggunakan scheduler sama dengan saat menggunakan scheduler yaitu bernilai, Mbps. Pada tipe kecepatan vehicular, mekanisme penjadwalan menggunakan scheduler dapat meningkatkan throughput system. Throughput sistem dengan scheduler lebih tinggi yaitu, Mbps dibandingkan dengan scheduler yang bernilai 83 Kbps.
Prosiding SENTIA 9 Politeknik Negeri Malang 4. Pada kondisi pedestrian, Latency sistem dengan scheduler mencapai,8 second, lebih tinggi dibandingkan dengan latency sistem dengan yaitu, second. Pada tipe kecepatan vehicular, latency sistem menggunakan scheduler lebih tinggi dibandingkan dengan scheduler. Latency sistem dengan scheduler mencapai.943 second, sedangkan latency system dengan scheduler bernilai.8747 second. Daftar Pustaka [ ] 3GPP Technical Specification Group C, xev-dv Evaluation Methodology, 3GPP/TSGC, 3. [ ] 3rd Generation Partnership Project, CDMA High Rate Packet Data Air Interface Specification, TIA/EIA/IS-86, Version., C.S4, Oct. 7,. [3 ] Budiman, Gelar., Konfigurasi MIMO MC- CDMA Pada Kanal Rayleigh Fading, Sekolah Tinggi Teknologi Telkom, Bandung,. [4 ] Cao Y, Li VOK. Scheduling Algorithms in Broad-band Wireless Networks. Proceedings of the IEEE. [ ] D. Piazza and L. Milstein, Multiuser Diversity-Mobility Tradeoff: Modeling, and Performance Analysis of a Proportional Fair scheduling, in Proc. IEEE Global Telecommunication, Taipei, Taiwan, November. [6 ] Eduardo Esteves and Qiang Wu, The cdma High Rate Packet Data System, in QUALCOMM Incorporated 8-H93- Revision A, San Diego, U.S, March. [7 ] Eksim A, Sunay MO. On scheduling for Delay Tolerant Data in HDR. Proceedings of the IEEE International Conference on Advances in Wireless Communications, Victoria, BC, Canada, J-6