BAB 2 DASAR TEORI
2.5 Handoff dalam Seluler
Salah satu fasilitas didalam sistem seluler untuk menjamin adanya kontinuitas komunikasi apabila pelanggan bergerak dari satu sel ke sel yang lain adalah handoff. Handoff merupakan proses pengalihan kanal trafik secara otomatis pada Mobile Station (MS) yang sedang digunakan untuk berkomunikasi tanpa terjadinya pemutusan hubungan. Hal ini menjelaskan bahwa handoff pada dasarnya adalah sebuah “call” koneksi yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya. Secara umum handoff dapat didefenisikan sebagai prosedur, dimana ada perubahan layanan pada MS dari satu Base Station (BS) ke BS yang lain. Proses ini memerlukan alat pendeteksi untuk mengubah status dedicated node (persiapan handoff) dan alat untuk menswitch komunikasi yang sedang berlangsung dari suatu kanal pada sel tertentu ke kanal yang lain pada sel yang lain. Keputusan
untuk sebuah handoff dibuat oleh Base Station Centre (BSC), yaitu dengan mengevaluasi secara permanent pengukuran yang diambil oleh BTS dan MS. Pengukuran daya rata-rata (Px) oleh BSC dibandingkan dengan nilai ambang batas (treshold), jika Px melebihi nilai treshold maka dimulai proses handoff dengan mencari sebuah sel target yang cocok. Sehingga handoff diperlukan pada saat kualitas signal yang diterima MS lebih kecil dibandingkan dengan threshold , kualitas dikonversi dengan Eb/I0.
Eb/I0 atau Eb/N0 merupakan perbandingan antara energi tiap bit sinyal informasi terhadap sinyal interferensi atau sinyal derau (noise) yang menyertainya. Pada intinya adalah perbandingan antara kuat sinyal yang dikehendaki terhadap kuat sinyal yang tidak dikehendaki. Makin besar nilai Eb/I0 akan makin memberikan performansi yang lebih baik.
Pada komunikasi seluler, proses handoff didasarkan pada proses transfer pada percakapan yang sedang berlangsung (ongoing call) atau transfer data (data session) dari satu kanal yang terkoneksi pada satu jaringan kepada jaringan lainnya. Terdapat beberapa alasan mengapa handoff dapat terjadi :
1. Saat mobile station (MS) bergerak dari coverage area Site Base Station (SBS) yang melayaninya menuju coverage area Transmitter Base Station (TBS) sehingga percakapan atau pengiriman data dari SBS ditransfer ke TBS dengan tujuan untuk mencegah terjadinya pemutusan proses percakapan atau pengiriman data yang sedang berlangsung saat MS keluar area layanan SBS. 2. SBS dengan kapasitas beban koneksi yang telah melewati batas yang
ditentukan dapat mentransfer MS yang berada pada daerah layanan SBS yang juga overlap dengan daerah layanan BS terdekat dengan tujuan untuk
memberikan kapasitas layanan kepada MS yang hanya terkoneksi atau dilayani oleh SBS tersebut.
Secara luas handoff dapat di golongkan dalam dua kategori yaitu: hard dan soft handoff. Hard handoff selanjutnya dibagi atas dua jenis yang berbeda yaitu: intra dan inter cell handoff. Begitu juga dengan soft handoff dimana digolongkan atas dua jenis yaitu: multiway soft handoff dan softer handoff. Hard handoff merupakan “break before make” connection. Dibawa kendali dari Mobile Switching Center (MSC) BS menjalankan proses handoff pada MS dan kemudian memutuskan koneksi dimana dapat dijelaskan bahwa koneksi antara MS dengan SBS lebih dulu diputuskan sebelum atau saat MS ditransfer menuju daerah layanan TBS. Hard handoff digunakan pada frequency division multiple access (FDMA) dan time division multiple access (TDMA), dimana frekuensi yang berbeda digunakan pada channel yang berdekatan agar dapat meminimalisir interferensi kanal. MS hanya mungkin melakukan komunikasi dengan satu BS dikarenakan perbedaan frekuensi yang digunakan saat bergerak dari satu BS menuju BS lainnya. Gambar 2.6 mengilustrasikan proses hard handoff antara MS dan BS. Intra cell/domain handoff menunjuk pada handoff yang terjadi saat MS bergerak dari satu BS menuju BS lainnya yang berada pada layanan operator atau backbone yang sama (a), sedangkan pada inter cell/domain handoff MS bergerak antara BS dengan layanan operator atau backbone yang berbeda (b).
Gambar 2.6 Inter Cell dan Intra Cell (A), handoff (B)
Hard handoff memberikan keuntungan diantaranya hanya menggunakan satu kanalpada satu percakapan sehingga MS hardware tidak memerlukan desain yang rumit untuk mampu menerima dua atau lebih kanal secara paralel yang mana berdampak pada harga yang lebih murah serta bentuk yang lebih sederhana. Namun kelemahan yang ditimbulkan adalah saat terjadinya kegagalan pada proses handoff berdampak pada terganggu bahkan putusnya percakapan atau transfer data yang sedang berlangsung.
Pada soft handoff, koneksi layanan dari SBS diputuskan bila telah terbangunnya koneksi yang baru antara MS dengan TBS yang ada, hal ini memperkecil kemungkinan terganggunya proses percakapan atau transfer data yang sedang berlangsung. Dengan alasan lain, kegagalan terjadi pada soft handoff
hanya bila interferensi terjadi secara bersamaan untuk semua kanal pada TBS. Ini menyebabkan daya tahan terhadap gangguan saat komunikasi pada soft handoff sangat baik. Kelebihan ini berdampak pada kompleksnya desain hardware MS, dimana harus mempunyai kemampuan untuk memproses beberapa kanal secara paralel. Kelemahan lain yang ditimbulkan akibat penerapan soft handoff adalah penggunaan beberapa kanalpada jaringan hanya untuk mendukung kestabilan satu komunikasi. Hal ini menurunkan kapasitas layanan dari jaringan.
2.5.1. Tujuan dari Handoff
Proses Handoff terjadi karena kualitas atau daya ratio turun di bawah nilai yang dispesifikasikan dalam Base Station Center (BSC). Penurunan level sinyal ini dideteksi dari pengukuran yang dilakukan Mobile Station (MS) maupun Base Tranceiver Station (BTS). Konsekuensinya handoff ditujukan ke sel dengan sinyal lebih besar. Selain itu, handoff dapat terjadi apabila trafik dari sel yang dituju sudah penuh. Saat MS melewati sel, dialihkan ke ‘neighbouring cell’ dengan beban traffic yang lebih kecil.
Tujuan dari Handoff diantaranya disebutkan dibawah ini, a. As imperceptible to user as possible.
Sedapat mungkin tidak dirasakan oleh pemakai dengan cara meminimalisasi waktu handoff dengan menggunakan teknik interpolasi suara .
b. As successfully as possible.
Dengan meminimalisasi error pada saat estimasi kebutuhan Handoff. c. As infrequently as possible.
Mobile Station Center (MSC) melakukan assign (sharing) pada kanal yang sama pada sel tetangga dan meminjam kanal lain dari sel tetangga pada sel sebelumnya.
2.5.2. Proses Handoff
Proses handoff dapat dibagi kedalam tiga tahap yang berbeda, yaitu[16]: 1. Tahap inisiasi yaitu: membahas tentang masalah link radio termasuk
monitoring dan proses efisiensi pengukuran kualitas link radio.
2. Tahap eksekusi yaitu: mengacu pada efisiensi manajemen sumber radio dan juga meliputi strategi pengalokasian kanal.
3. Transfer panggilan aktual, dengan tetap memegang syarat kualitas layanan bagi user.
Adapun beberapa variasi parameter dalam mengeksekusi handoff. yaitu; berdasarkan level sinyal, intensitas trafik jaringan, perbandingan carrier -interferensi, bit error rate, jarak, daya transmisi dan kecepatan[17]. Eksekusi handoff berdasarkan informasi sinyal terdiri dari metode yang bervariasi.
Adapun beberapa metode inisiasi handoff berdasarkan informasi level sinyal, yaitu: relatif level sinyal, relatif level sinyal dengan hysteresis adaptif, relative level sinyal dengan hyisteresis tetap [3,4,16]. Histeresis adaptif dengan nilainya dinamik berdasarkan informasi jarak [18].
Proses handoff dimulai ketika MS mendeteksi sinyal pilot yang secara signifikan lebih kuat dibandingkan kanal trafik forward lainnya yang ditujukan kepadanya. MS tersebut akan mengirimkan pesan pilot measurement ke Base Station (BS) kandidat dengan sinyal terkuat tadi sekaligus menginstruksikan untuk memulai proses Handoff. Cell site tersebut akan mengirimkan pesan
handoff direction ke MS, mengarahkannya untuk melakukan handoff. Eksternal handoff dikontrol oleh MS asal (inter-BSS & inter-MSC Handoff). Informasi pengukuran dilaporkan dari MS melalui kanal radio khusus dan diterima oleh BSS. Setelah dilakukan diproses pendahuluan hasilnya dikirim ke MSC. Internal Handoff diinisiasi dan dilakukan dalam BSS tanpa referensi ke MSC asal (controlling MSC). Disini MSC hanya diinformasikan bahwa sebuah proses Handoff internal otomatis telah selesai dilakukan. Internal Handoff hanya terjadi antar sel pada BSS yang sama BSS dengan multi sel /multi BTS.
Pada saat Mobile Station (MS) bergerak menjauhi suatu sel maka daya yang diterima oleh MS akan berkurang. Jika MS bergerak semakin menjauhi Base Station (sel) maka daya pancar akan semakin berkurang. Menjauhnya MS pada sel asal menjadikan MS mendekati sel lainnya. Sel lainnya dikatakan sebagai sel kandidat yaitu sel yang akan menerima pelimpahan MS dari sel sebelumnya. MSC melalui sel kandidat akan memonitor pergerakan MS dan menangkap daya pancar MS. Diantara sel kandidat yang menerima daya pancar MS terbesar maka pelimpahan MS akan berada pada sel tersebut. Sel kandidat yang menerima pelimpahan MS akan melakukan monitoring. Proses monitoring dilakukan oleh MSC dan menginstruksikan pada sel kandidat tersebut. Pada saat Handoff, supervisi dipersingkat. MSC melakukan prioritas pendudukan kanal pada MS yang akan mengalami Handoff. Sel kandidat dibuat urutan prioritas.
Untuk kelangsungan komunikasi seluler, Handoff sangat diperlukan agar percakapan yang terjadi antar pelanggan tetap berlangsung tanpa terputus, meskipun pelanggan berpindah sel/wilayah. Pada saat MS bergerak dari satu sel ke sel lainnya, trafik pada sel sebelumnya harus diubah ke kanal dengan trafikdan
kanal kontrol sel yang baru. Apabila terjadi kegagalan handoff akan berakibat dropcall yaitu terputusnya hubungan saat percakapan sedang berlangsung. Faktor-faktor penyebab gagalnya handoff antara lain :
a. Interferensi yang tinggi
b. Setting parameter yang tidak baik c. Kerusakan Hardware
d. Area cakupan radio jelek
e. Neighbouring cell relation yang tidak perlu f. Masalah antenna receiver atau hardware BTS.
2.5.3 Metode Relatif Kuat Sinyal
Pada metode relatif kuat sinyal, BTS yang akan melayani MS dipilih berdasarkan perhitungan sinyal rata-rata terkuat yang diterima MS dari BTS. Metode ini menghasilkan banyaknya kejadian handoff yang tidak perlu, bahkan ketika sinyal BTS yang sedang melayani MS berada pada tingkat kualitas sinyal yang masih dapat diterima [3,4,14].
2.5.4 Metode Histeresis Tetap
Pada Metode Histeresis Tetap, MS akan handoff dari BTS1 ke BTS2 jika level sinyal BTS2 lebih besar daripada BTS1 (BTS yang sedang melayani atau aktif) sebesar margin histeresis H, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7[14]. Pada kasus ini handoff terjadi pada titik C.
Kuat sinyal BTS 2 Kuat sinyal BTS 1 D C B A H �3 �2 �1 MS
Gambar 2.7 Skema inisiasi keputusan handoff diantara dua BTS [14]
Teknik ini mencegah efek ping-pong, yaitu: handoff terjadi secara berulang diantara dua BTS atau lebih karena sinyal berfluktuasi dengan cepat diterima oleh MS dari setiap BTS. Jadi handoff pertama mungkin tidak diperlukan jika BTS yang sedang aktif masih memiliki level sinyal yang cukup [3,4,14].
2.5.5 Metode Histeresis Adaptif
Pada Metode Histeresis Adaptif, inisiasi handoff terjadi apabila level sinyal BTS kandidat yang akan melayani MS, lebih besar dari pada level sinyal BTS yang sedang aktif melayani MS. Nilai histeresis adaptif merupakan fungsi jarak, sehingga nilainya berubah secara dinamik, yang ditulis dengan Persamaan 2.5.
ℎ= ��� �20�1− ����4�, 0� 2.5 Dimana: �= jarak antara MS terhadap BTS yang sedang melayani.
Histeresis ℎ berubah-ubah diantara 0 sampai 20 ��. Histeresis semakin besar ketika jarak MS dengan BTS semakin dekat, sebaliknya histeresis semakin kecil ketika MS semakin menjauhi BTS yang melayaninya. Metode ini dapat mengurangi jumlah handoff tidak perlu dengan tetap memelihara kualitas sinyal. Histeresis ℎ yang berubah-ubah sebagai fungsi jarak �, diilustrasikan pada Gambar 2.8[3]. R d MS h(d) BTS 2 BTS 1
Gambar 2.8 Histeresis adaptif ℎ sebagai fungsi jarak �.[3]