Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia, Jurusan Teknik Elektro FTI ITS ANALISA IMPLEMENTASI GREEN COMMUNICATIONS PADA JARINGAN LTE UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI ENERGI JARINGAN Oleh : Selva Melvarida Simanjuntak Dosen Pembimbing : Devy Kuswidiastuti, ST.,M.Sc.
Topik Pembahasan Pendahuluan Teori Penunjang Perancangan Sistem Hasil dan Analisa Kesimpulan
Latar Belakang Adanya perkembangan teknologi telekomunikasi yang semakin menggunakan banyak energi. Dilakukan berbagai penelitian dan optimasi dalam rangka penghematan energi dan penghematan bandwidth. Suatu studi yang menunjukkan penggunaan energi pada Base Station mencapai 50% untuk penggunaan AC, listrik, circuit procesing, dan faktor lainnya. Dengan memadamkan Base Station yang memiliki utilitas rendah dapat menghemat energi.
Permasalahan Peningkatan efisiensi energi pada jaringan LTE (Long Term Evolution) dengan penerapan skema green communication.
Batasan Masalah Skema green communication diterapkan untuk memadamkan enodeb yang memiliki nilai utilitas rendah. Bandwidth LTE yang digunakan adalah 10 MHz yang terbagi menjadi 50 resource-block, setiap user akan mendapat 1 resource block. Jumlah sel yang digunakan dalam skenario jaringan LTE ini adalah 25 sel dengan asumsi enodeb berada tepat di tengah-tengah sel yang berbentuk heksagonal.
Tujuan Menganalisa seberapa besar efisiensi energi yang dicapai dengan menerapkan skema -green communication pada jaringan LTE.
LTE (Long Term Evolution) LTE dikembangkan oleh 3GPP dengan tujuan mengembangkan sistem komunikasi nirkabel untuk mengatasi kebutuhan telekomunikasi seperti peningkatan kecepatan data, dsb. Memiliki keunggulan dalam kecepatan data yang mencapai 100 Mbps untuk downlink dan 50 Mbps untuk uplink, bisa mendukung aplikasi seperti voice, data, IPTV, live streaming, video conference, dsb. Memiliki coverage area yang lebih besar, fleksibel dalam penggunaan bandwidth, dan dapat terhubung dengan teknologi yang sudah ada sebelumnya.
Standar LTE Optimal radius sel sejauh 5 km sampai 30 km masih memiliki kinerja yang baik. Alokasi spektrum dengan ukuran yang berbeda, 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz. Memiliki ukuran resource block yang berbeda berdasarkan bandwidth yang digunakan.
Efisiensi Energi Mengurangi konsumsi energi suatu enodeb. Memadamkan enodeb pada kondisi trafik yang rendah. Menggunakan skema multi antena. Mengurangi jumlah site enodeb.
Perancangan Sistem Contoh penggunaan algoritma atau metode green communication.
Parameter Simulasi Menggunakan 25 sel dimana enodeb terletak di tengah sel. Radius sel adalah 0.5 km. Jumlah subcarrier yang digunakan adalah 50 untuk setiap sel. Menggunakan bandwidth sebesar 10 MHz. Menggunakan daya transmisi enodeb sebesar 10 Watt dibagi dengan jumlah subcarrier yang dipakai. Konstanta pathloss sebesar 128.1 db. Pathloss exponent sebesar 3,76. Setiap user menggunakan daya transmisi sebesar 0,125 Watt. Memiliki outage probability threshold sebesar 0,05. Memakai standar deviasi sebesar 8 db. Noise power spectral density sebesar 10-21 W/Hz.
Struktur Sel User dibangkitkan pada masing masing sel heksagonal, dimana sel heksagonal ini terdiri dari 25 sel yang memiliki enodeb pada masing masing sel dan terletak di tengah sel. 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Diagram Alir Mulai A Set Base Station: Jumlah BS, Koordinat,Channel, power Hitung utility calculation Set user: Jarak,pathloss, shadowing,uplink dan downlink fading Set BS j=1 sebagai BS yang memiliki utilitas terkecil Hitung Channel Model Temukan BS yang masih menyala selain BS j yang dapat melayani user dan user dapat dipindahkan Keep BS on Hitung Interferensi pada uplink dan downlink Hitung interferense user yang baru setelah dipindahkan, U tot = Unew Hitung SINR uplink dan SINR downlink If Unew U tot Tidak Hitung data rate pada uplink dan downlink Ya Switch BS off A End
Metode Simulasi Channel model dapat dihitung dengan persamaan: H kl,i,j,db = (-κ υ log 10 d kl,j ) ξ kl,i,j + 10 log 10 F kl,i,j Interferensi dihitung dengan persamaan: SINR : Data rate :
Metode Simulasi Keterangan Channel gain : Faktor pertama adalah propagation loss, κ sebagai konstanta pathloss, jarak user ke masing masing enodeb, dan pathloss exponent, υ. Faktor kedua adalah log-normal shadowing, ξ, dengan zero-mean dan standard deviasi σ ξ dimana faktor F adalah Rayleigh fading. Interferensi: I i, kl merupakan interference pada subcarrier i yang diukur pada penerima yaitu user kl. Data Rate: B (dl) merupakan total bandwidth downlink
Utility Calculation Utility calculation merupakan parameter parameter yang dijadikan sebagai acuan dalam menghitung kinerja dari user ke enodeb. Dimana: Ul = utility tiap sel Nserved = jumlah dari user yang dilayani Nout = jumlah user yang tidak mendapat layanan Pout_th = outage rate yang dapat ditoleransi di dalam jaringan Cl = operating cost dari enodeb
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik simetrik Jumlah enodeb dengan menggunakan data rate 384 kbps pada uplink dan downlink Jumlah user enodeb yang menyala enodeb yang dipadamkan Jumlah user yang outage Jumlah user yang dilayani 10 4 21 0 10 20 7 18 0 20 30 11 14 0 30 40 15 10 0 40 50 18 7 0 50 60 19 6 0 60 70 20 5 0 70 80 22 3 0 80 90 23 2 1 89 100 23 2 2 98 150 25 0 3 147 200 25 0 6 194 500 25 0 34 466 1000 25 0 175 825
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik simetrik Grafik perbandingan enodeb yang nyala dengan menggunakan data rate 384 kbps pada downlink dan 384 kbps pada uplink 25 Jumlah Node B yang menyala 20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 1000 Jumlah User Node B sebelum implement Node B setelah implement
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik simetrik Jumlah enodeb dengan menggunakan data rate 64 kbps pada uplink dan downlink Jumlah user enodeb yang menyala enodeb yang dipadamkan Jumlah user yang outage Jumlah user yang dilayani 10 3 22 0 10 20 7 18 0 20 30 11 14 0 30 40 13 12 0 40 50 17 8 0 50 60 19 6 0 60 70 20 5 0 70 80 22 3 0 80 90 24 1 0 90 100 23 2 0 100 150 25 0 0 150 200 25 0 0 200 500 25 0 1 499 1000 25 0 12 988
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik simetrik Grafik enodeb yang nyala dengan menggunakan data rate 64 kbps pada uplink dan downlink 25 Jumlah Node B yang menyala 20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 1000 Jumlah User Node B sebelum implement Node B setelah implement
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik asimetrik Jumlah enodeb dengan menggunakan data rate 1 Mbps pada downlink dan 384 kbps pada uplink Jumlah user Node B yang menyala Node B yang dimatikan Jumlah user yang outage Jumlah user yang dilayani 10 4 21 0 10 20 8 17 1 19 30 12 13 1 29 40 14 11 1 39 50 18 7 1 49 60 19 6 2 58 70 19 6 3 67 80 22 3 5 75 90 24 1 5 85 100 24 1 7 93 150 24 1 12 138 200 25 0 30 170 500 25 0 153 347 1000 25 0 502 498
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik asimetrik Grafik enodeb yang nyala dengan menggunakan data rate 1 Mbps pada downlink dan 384 kbps pada uplink 25 Jumlah Node B yang menyala 20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 1000 Jumlah User Node B sebelum implement Node B setelah implement
Analisis Algoritma Green Communication untuk skenario trafik asimetrik dan simetrik Grafik enodeb dengan perbandingan data rate dari 64 kbps, 384 kbps, dan 1 Mbps 25 Jumlah Node B yang menyala 20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 1000 Jumlah User 64 kbps 384 kbps 1 Mbps
Analisa Pengujian Terhadap User yang Outage Rata-rata user yang outage, dan Grafik persentase user yang outage Jumlah User Jumlah User yang Outage Persentase User yang Outage 10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 70 0 0 80 0 0 90 1 1,11 100 2 2 150 3 2 200 6 3 300 16 5,33 400 22 5,5 500 33 6,6 Persentase user user yang outage 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Jumlah User 600 52 8,66 700 74 10,57 % N_out 800 110 13,75 900 128 14,22 1000 170 17
Analisa Efisiensi Jaringan Ditinjau dari Segi Parameter Cost enodeb Biaya operating enodeb sebelum implementasi atau Cost A= 25*1800 Watt*Rp.915/kWh = Rp. 41.175. Maka total biaya yang diperlukan per-jam adalah Rp. 41.175. Biaya operating enodeb sesudah implementasi atau Cost B = 4*1800 Watt*Rp.915/kWh = Rp 6.588. Maka total biaya yang diperlukan per-jam adalah Rp. 6.588. Untuk persentase biaya yang dapat dihemat yaitu: % efisiensi cost parameter = (biaya sebelum biaya sesudah)/biaya sebelum x 100% Salah satu contoh untuk 4 enodeb yang aktif, % efisiensi cost parameter = (Rp. 41.175 Rp. 6.588)/Rp. 41.175 x 100% = 84 %.
Efisiensi operating cost enodeb Tabel Efisiensi operating cost enodeb Jumlah User Jumlah enodeb yang aktif Cost A Cost B Persentase biaya yang dapat dihemat (%) 10 4 Rp41.175 Rp6.588 84 20 7 Rp41.175 Rp11.529 72 30 11 Rp41.175 Rp18.117 56 40 15 Rp41.175 Rp24.705 40 50 18 Rp41.175 Rp29.646 28 60 19 Rp41.175 Rp31.293 24 70 20 Rp41.175 Rp32.940 20 80 22 Rp41.175 Rp36.234 12 90 23 Rp41.175 Rp37.881 8 100 23 Rp41.175 Rp37.881 8 150 25 Rp41.175 Rp41.175 0 200 25 Rp41.175 Rp41.175 0 500 25 Rp41.175 Rp41.175 0 1000 25 Rp41.175 Rp41.175 0
Kesimpulan Algoritma green communication untuk layanan simetrik pada target data rate 384 kbps dan 64 kbps untuk uplink dan downlink hanya bisa bekerja optimal jika jumlah user yang aktif dalam jaringan adalah kurang dari 150 user. Algoritma green communication untuk layanan asimetrik pada data rate target 1 Mbps untuk downlink dan 384 kbps untuk uplink hanya bisa bekerja optimal jika jumlah user yang aktif dalam jaringan adalah kurang dari 200 user. Untuk persentase user yang outage, pada algoritma green communication outage threshold dalam suatu jaringan adalah 5 %, maka jumlah user yang aktif dalam batas outage tersebut adalah kurang dari 300 user. Penghematan energi jaringan yang dapat bisa dicapai dalam algoritma green communication ini adalah sekitar 72% untuk 20 user yang aktif dalam jaringan, 56% untuk 30 user, 28% untuk 50 user, dan 8% untuk 100 user dalam jaringan.
SEKIAN DAN TERIMAKASIH