ANALISIS KINERJA ALGORITMA SUBOPTIMAL HANDOVER PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi Oleh: RUDY CHANDRA NIM : 090402034 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK Handover adalah peristiwa pengalihan layanan BTS terhadap mobile. Dalam sistem komunikasi seluler sangatlah penting untuk menentukan kapan suatu handover dilakukan, handover yang terlalu banyak akan meningkatkan biaya dari sistem dan handover yang sedikit mungkin menurunkan kualitas sinyal. Terdapat banyak algoritma untuk meningkatkan efektivitas dari sistem dan pada tulisan ini dianalisis algoritma suboptimal handover. Algoritma suboptimal handover melakukan proses pengambilan keputusan handover dengan mengolah sinyal kuat terima (Relative Signal Strength) dari BTS berdasarkan prediksi satu langkah (k+1) ke depan dari mobile. Terdapat tiga jenis variasi dari suboptimal handover yang dibandingkan kinerjanya yaitu Signal Degradation Handover (SDH), Delay Handover (DH), dan Delay Handover Signal Degradation (DHSD). Dari hasil simulasi dengan memvariasikan nilai cost (0,0015 ; 0,0025; 0,0045; 0,0065 0,0080; 0,015; 0,025; 0,045; 0,065; 0,08; 0,15; 0,25; 0,45; 0,65; 0,80) dari ketiga varian suboptimal handover didapatkan bahwa algoritma DHSD (nilai minimum; link degradation= 0,5511, delay=4 meter) memiliki nilai terbaik dibandingkan algoritma DH (nilai minimum; link degradation= 0,5511, delay=4 meter pada nilai cost tinggi nilai algoritma DH lebih tinggi) dan algoritma SDH (nilai minimum; link degradation= 0,5703, delay=489 meter) i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: ANALISIS KINERJA ALGORITMA SUBOPTIMAL HANDOVER PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Maksum Pinem, ST,MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST,MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir.Riswan Dinzi, MT sebagai Dosen Wali penulis, yang selalu memberikan dukungan sebagai wali penulis. ii
4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 5. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang selalu merawat, menjaga, dan mendoakan dan memberikan segalanya kepada penulis sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan 6. Abang-kakak tercinta: Gunawan Chandra, Elisa Chandra, Theresia, dan Juliana dan seluruh Keluarga Besar yang menjadi inspirasi dan selalu memberikan motivasi, perhatian dan doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Sahabat-sahabat seperjuangan: Nicholas, Daniel Hermanto Marpaung, Frans Christian Sitompul, Candra V.Tambunan, Chairunisa, Haditia, Meta Sinaga dan seluruh stambuk 2009, serta Bg Leonardo Siregar, Bg Ary Purwanto, dan Bg Sandy, semoga silaturrahmi kita terus terjaga. 8. Teman tercinta saya : JessicaChow. yang selalu mendukung dan mendoakan saya hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Para teman-teman terbaik Blue Table: JM, Akau, Frans Zier, Dave Cellyne, Phulip, William Weeney yang tetap memberikan support terbaik kepada saya. 10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. iii
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penullis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Oktober 2013 Penulis, Rudy Chandra NIM: 090402034 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK i KATA PENGANTAR.ii DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR..viii DAFTAR TABEL x DAFTAR ISTILAH xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang..1 1.2 Rumusan Masalah.2 1.3 Tujuan Penulisan...3 1.4 Manfaat Penulisan.3 1.5 Batasan Masalah 4 1.6 Metodologi Penelitian...4 1.7 Sistematika Penulisan 4 BAB II SISTEM KOMUNIKASI SELULER 2.1 Arsitektur Sistem.. 6 2.2 Prinsip Seluler. 9 2.2.1 Rasio Carrier-to-Interferrence...10 2.2.2 Formasi Cluster..11 2.3 Parameter Propagasi Sinyal 14 2.4 Handover......17 2.4.1 Jenis Handover......18 v
2.4.2 Keputusan Handover...19 2.4.3 Jenis-jenis Algoritma Hard Handover.20 BAB III METODE PENGUJIAN 3.1 Persiapan Penelitian.....24 3.2 Level Kuat Sinyal Terima (RSS)... 25 3.3 Metode Handover..........26 3.3.1 Algoritma Signal Degradation-Handover (SDH).. 27 3.3.2 Algoritma Delay-Handover (DH)..... 30 3.3.3 Algoritma Delay Handover Signal Degradation (DHSD)... 32 3.4 Parameter Kinerja Handover..... 34 BAB IV ANALISIS KINERJA ALGORITMA SUBOPTIMAL HANDOVER PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS 4.1 Rancangan Sistem...36 4.2 Proses Simulasi......38 4.3 Parameter Simulasi.. 39 4.4 Hasil Simulasi.....40 4.4.1 Kinerja Algoritma Suboptimal Signal Degradation Handover...40 4.4.2 Kinerja Algoritma Suboptimal Delay Handover......42 4.4.3 Kinerja Algoritma Suboptimal Delay Handover Signal Degradation...45 vi
4.5 Perbandingan Kinerja Algoritma Suboptimal Handover...47 4.6 Perbandingan BTS dalam melayani mobile...53 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan.56 5.2 Saran... 57 DAFTAR PUSTAKA...58 LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arsitektur Sistem GSM....7 Gambar 2.2 Model dari jaringan seluler dengan penggunaan frequency reuse 10 Gambar 2.3 Formasi cluster dan frequency reuse......12 Gambar 2.4 Gambaran nyata dari sel....14 Gambar 2.5 Pergerakan MS dari BS1 ke BS2 melewati BS3....22 Gambar 3.1 Tahapan Simulasi......24 Gambar 3.2 Delay yang terjadi pada mobile sejauh d...35 Gambar 4.1 Model sistem..36 Gambar 4.2 Kuat sinyal yang diterima MS... 37 Gambar 4.3 Flow chart simulasi...38 Gambar 4.4 Grafik link degradation terhadap perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal SDH.. 40 Gambar 4.5 Grafik jarak delay terhadap perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal SDH...41 Gambar 4.6 Grafik link degradation terhadap perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal DH....43 Gambar 4.7 Grafik jarak delay terhadap perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal DH...43 Gambar 4.8 Grafik link degradation terhadap perubahan nilai cost-1 pada algoritma Suboptimal DH.....45 Gambar 4.9 Grafik jarak delay terhadap perubahan nilai cost-1 pada algoritma Suboptimal DHSD 46 viii
Gambar 4.10 Perbandingan ketiga algoritma suboptimal berdasarkan nilai link degradation.48 Gambar 4.11 Perbandingan ketiga algoritma suboptimal berdasarkan nilai link degradation... 49 Gambar 4.12 Ratio BTS yang melayani mobile pada algoritma Suboptimal SDH.... 54 Gambar 4.13 Ratio BTS yang melayani mobile pada algoritma Suboptimal DH dan DHSD.... 55 ix
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Parameter simulasi sistem..38 Tabel 4.2 Pengaruh perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal Signal Degradation Handover (SDH)......41 Tabel 4.3 Pengaruh perubahan nilai cost pada algoritma Suboptimal Delay Handover (DH)......44 Tabel 4.4 Pengaruh perubahan nilai cost-1 pada algoritma Suboptimal Delay Handover Signal Degradation (DHSD).46 Tabel 4.5 Rasio perbandingan algoritma suboptimal SDH dengan DHSD berdasarkan link degradation.....50 Tabel 4.6 Rasio perbandingan algoritma suboptimal SDH dengan DHSD berdasarkan delay.....51 Tabel 4.7 Rasio perbandingan algoritma suboptimal DH dengan DHSD berdasarkan link degradation....52 Tabel 4.8 Rasio perbandingan algoritma suboptimal DH dengan DHSD berdasarkan delay.....53 x
DAFTAR ISTILAH Base Station (BS) Istilah umum yang digunakan untuk mendiskripsikan pengertian dari antar muka (interface) pada sisi stationary (tetap, tak dapat bergerak atau pindah) sebuah jaringan bergerak (mobile). Cost Parameter tradeoff non negatif dalam algoritma suboptimal handover yang merupakan fungsi daya yang ditambahkan ke dalam sistem untuk memaksimalkan kualitas link. Contoh: Penambahan daya pada sistem akan meningkatkan performa sehingga handover lebih jarang terjadi namun akan meningkatkan biaya. Delay Jarak tunda mobile karena tidak dilayani oleh BTS terdekat dari posisi mobile. Delay dihitung dalam satuan meter. Fading Gangguan saluran transmisi, terutama pada sistem gelombang mikro ketika sinyal-sinyal yang dikirim melalui berbagai jalur ke penerima dan mengalami perubahan karena kondisi atmosfer. GSM Teknologi ini memanfaatkan gelombang mikro dan pengiriman sinyal yang dibagi berdasarkan waktu, sehingga sinyal informasi yang dikirim akan sampai pada tujuan. GSM dijadikan standar global untuk komunikasi selular sekaligus sebagai teknologi selular yang paling banyak digunakan orang di seluruh dunia. xi
Hard handover Suatu metode dimana kanal pada sel sumber dilepaskan dan setelah itu baru menyambung dengan sel tujuan. Sehingga koneksi dengan sel sumber terputus sebelum menyambung dengan sel target untuk alasan tersebut hard handover juga dikenal dengan sebutan break-before-make. Hysteresis Selisih antara kuat sinyal dari base station yang sedang melayani dengan base station tetangga. Interferensi Kondisi dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan, hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang-gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola intensitas baru. Link Hubungan radio antara pengirim dan penerima. Link Budget Sebuah perhitungan yang meliputi faktor-faktor perolehan (gain) dan kehilangan (loss) yang berhubungan dengan antena-antena, pengirim-pengirim, jalur transmisi dan seputar propagasi yang digunakan untuk menentukan jarak maksimum dimana pengirim dan penerima bisa beroperasi dengan sukses. Link Degradation Peluang kuat sinyal dari BTS yang sedang melayani mobile jatuh di bawah nilai threshold dan ini menyebabkan turunnya kualitas link dari suatu panggilan. xii
LOS (Line of Sight) Gambaran untuk lintasan atau hubungan radio tanpa halangan antara antena pengiriman dan antena penerimaan pada sistem komunikasi. Mobile Station (MS) Istilah yang digunakan untuk mendiskripsikan terminal pelanggan dalam jaringan nirkabel. Multipath Fenomena dimana sinyal dari pengirim (transmitter) tiba di penerima (receiver) melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda. Neighbouring Set Daftar dari base station yang sinyal pilotnya diukur secara kontinu tetapi nilainya tidak cukup kuat untuk dimasukkan ke dalam active set. Path Loss Tingkat dimana sinyal yang ditransmisikan kehilangan daya rata-rata dari kekuatan awalnya selama sinyal tersebut merambat. Propagasi Proses perambatan gelombang radio di udara, berawal saat sinyal radio dipancarkan di titik pengirim dan berakhir saat sinyal radio tersebut ditangkap di titik penerima. Shadow Fading Fenomena yang terjadi ketika sebuah mobile station berpindah ke belakang halangan dan mengalami penurunan yang signifikan pada daya sinyal xiii
Soft handover(sho) Suatu metode dimana kanal pada sel sumber tetap tersambung dengan user sementara secara paralel juga menghubungi kanal pada sel target. Pada kasus ini, sambungan ke target harus berhasil dahulu sebelum memutus sambungan dengan sel sumber, karena itulah soft handover juga disebut make-before-break. Threshold Level kuat sinyal minimum yang dibutuhkan untuk memberikan kualitas pelayanan komunikasi yang baik. Wireless Teknologi komunikasi data dengan koneksi yang tidak menggunakan kabel untuk menghubungkan antar suatu perangkat dengan perangkat lainnya. Mengacu pada transmisi data melalui gelombang elektromagnetik dengan bantuan antena. xiv