II. WiMAX
2.5 Lapis MAC
Tugas utama lapis MAC adalah menyajikan penghantar muka antara lapis transport dengan lapis fisik. Lapis MAC bertugas untuk mengambil paket dari lapis di
atasnya yang dikenal dengan sebutan MAC service data units (MSDUs) dan
mengorganisir MDUs tersebut dengan MAC protocol data units (MPDUs) untuk
pentransmisian melalui udara. Untuk bagian penerima, lapis MAC melakukan kebalikan dari pentransmisian. Desain MAC IEEE 802.16-2004 dan IEEE 802.16E-2005 telah
mencakup sebuah sub-lapis konvergensi (convergence sublayer) yang dapat
menghubungkan dengan berbagai protokol lapis yang lebih tinggi seperti ATM, TDM Voice, Ethernet, IP dan protokol lain di masa depan. Selain menyediakan pemetaan
(mapping) ke dan dari lapis yang lebih tinggi, sub-lapis konvergensi (convergence sublayer) juga mendukung penahanan header MSDU untuk mengurangi overhead lapis yang lebih tinggi pada setiap paket [1] [4].
MAC WiMAX didesain untuk mendukung laju bit yang sangat tinggi dan juga memberikan kualitas pelayanan yang hampir serupa dengan ATM dan DOCSIS. MAC WiMAX menggunakan sebuah panjang MPDUs yang bervariasi dan menawarkan berbagai fleksibilitas yang mengizinkan transmisi yang efisien. Sebagai contoh, beberapa MPDUs yang panjangnya sama ataupu berbeda dapat digabungkan ke dalam satu
pentransmisian untuk menghemat overhead PHY. Hal yang sama juga berlaku bagi
MSDUs. Berbagai MSDUs yang berasal dari lapis atas yang sama dapat digabung ke
dalam sebuah MPDU untuk menghemat overhead header MAC. Demikian sebaliknya,
MSDUs yang besar dapat dipecah ke dalam beberapa MPDUs yang lebih kecil dan dikirim dalam beberapa frame [1] [4].
Gambar 2.2 Contoh Beberapa Frame WiMAX
Gambar 2.2 menunjukan beberapa contoh frame MAC PDU (packet data unit).
Setiap frame MAC diawali dengan header MAC (GMH) yang berisi sebuah connection
identifier (CID), panjang frame dan bit untuk mengizinkan kehadiran dari CRC, subheader, dan kondisi payload apakah dalam keadaan terenkripsi dan dapat dibuka
dengan kunci apa. Payload MAC bisa berupa pesan transport atau pesan manajemen.
Selain MSDUs, payload transport dapat berupa permintaan yang berisi lebar pita ataupun
retransmisi. Tipe payload transport diidentifikasi melalui subheader yang berada di
depannya. MAC WiMAX juag mendukung ARQ, yang dapat digunakan untuk meminta retransmisi dari MSDUs yang dipecah maupun MSDUs yang tidak dipecah. Panjang
maksimun dari frame adalah 2047 bytes yang direpresentasikan dengan 11 bits pada
2.5.1 Mekanisme Pengaksesan Kanal
Dalam sistem WiMAX, lapis MAC pada base station bertanggung jawab penuh
dalam pengalokasian lebar pita kepada setiap penguna baik untuk uplink maupun
downlink. MS dapat mengendalikan alokasi lebar pita ketika terjadi beberapa sesi atau
terjadi koneksi dengan base station. Dalam kasus tersebut, BS mengalokasikan lebar pita
secara keseluruhan dan diserahkan sepenuhnya kepada MS untuk membagikannya ke
dalam beberapa sesi koneksi. Penjadwalan pada downlink maupun uplink dilakukan
sepenuhnya oleh BS. Untuk downlink, BS dapat mengalokasikan lebar pita kepada setiap
MS berdasarkan pada trafik yang datang tanpa melibatkan MS. Untuk uplink, alokasi
harus dilakukan berdasarkan permintaan dari MS [1].
Standar WiMAX mendukung beberapa mekanisme yang mana sebuah MS dapat
meminta and mendapatkan lebar pita uplink bergantung pada kualitas pelayanan (QoS)
tertentu dan parameter yang berkenaan dengan pelayanan. Satu atau lebih mekanisme ini dapat dipakai oleh MS. BS mengalokasikan atau membagi sumber daya yang ada secara periodik kepada setiap MS yang dapat digunakan untuk meminta lebar pita. Proses ini
dikenal dengan polling. Polling dapat dilakukan secara individu (unicast) ataupun dalam
kelompok (multicast). Polling secara kelompok (multicast) dilakukan ketika tidak
tersedia lebar pita yang cukup untuk men-pool setiap MS secara individu. Ketika polling
dilakukan secara berkelompok, maka slot yang dialokasikan untuk permintaan lebar pita adalah slot yang dibagi antara setiap MS yang ingin menggunakannya [1] [4].
WiMAX juga menawarkan sebuah resolusi bagi kasus ketika lebih dari satu MS berusaha menggunakan slot yang dibagi tersebut. Jika sebuah alokasi sudah tersedia
untuk pengirim trafik, namun MS dalam kondisi tidak ter-pool maka permintaan lebar pita yang lebih besar dapat dilakukan dengan:
1. Mentransmisikan MPDU yang berisikan permintaan lebar pita secara tersendiri.
2. Mengirimkan permintaan lebar pita melalui kanal yang bebas.
3. Menumpangkan permintaan lebar pita kedalam sebuah generic MAC packet.
2.5.2 Kualitas Pelayanan (Quality of Service)
Dukungan terhadap Quality of Service merupakan bagian penting dalam
perancangan lapis MAC pada WiMAX. WiMAX mengadapatasi ide dasar dari standar
modem kabel DOCSIS. Pengendalian Quality of Service dapat dilakukan dengan
menggunakan arsitektur MAC yang berbasis koneksi (connection – oriented MAC
architecture), yang mana koneksi uplink maupun downlink dikendalikan sepenuhnya oleh BS. Sebelum transmisi data terjadi, BS dan MS membangun sebuah hubungan logika satu arah (koneksi) antara dua lapis MAC tersebut. Koneksi tersebut diidentifikasi melalui connection indentifier (CID) yang berfungsi sebagai alamat sementara untuk transmisi data melalui link tertentu [1].
Selain itu, WiMAX juga memperkenal sebuah konsep service flow. Service flow
adalah aliran paket satu arah dengan sejumlah parameter Quality of Service dan
diidentifikasi melalui sebuah service flow identifier (SFID). Base station bertanggung
jawab terhadap CID dan SFID. Berdasarkan jenisnya, maka Quality of Service pada
1. Unsolicited Grant Services (UGS)
Didesain untuk mendukung penggunaan pada ukuran paket data yang tetap pada laju bit yang konstan, contohnya pada aplikasi T1/E1 dan VoIP tanpa halangan.
Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik maksimun,
maximum latency, toleransi jitter dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].
2. Real-Time Polling Services (rtPS)
Didesain untuk mendukung layanan secara real time seperti aplikasi video
MPEG, yang menggunakan ukuran paket data yang bervariasi pada waktu
tertentu. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik
maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan dan aturan
permintaan/transmisi [1] [3].
3. Non-Real-Time Polling Services (nrtPS)
Didiseain untuk mendukung aliran data yang toleransi terhadap tundaan (delay)
seperti FTP. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju
trafik maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan,
pioritas trafik dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].
4. Best Effort Services (BE)
Dirancang untuk mendukung aliran data yang tidak memerlukan jaminan
pelayanan minimum seperti web browsing. Parameter service flow pada QoS ini
harus mendefinisikan laju trafik maksimun, pioritas trafik dan aturan permintaan atau transmisi [1] [3].
5. Extended-Real-Time Variable Rate Services (ERT-VR)
Didesain untuk mendukung aplikasi real-time yang laju datanya bervariasi dan
memerlukan jaminan laju data minimun dan tundaan. Service ini hanya terdapat pada IEEE 802.16-2005. [1] [3]
2.5.3 Dukungan Mobilitas
Secara umum, standar WiMAX mendukung mobilitas bagi penggunanya. Namun pada saat ini, WiMAX hanya dapat dipakai pada aplikasi bersifat tetap dan nomaden. Kerangka kerja yang ditetapkan dalam IEEE 802.16e-2005 telah mendukung pengembangan lebih lanjut dalam mobilitas dengan menggunakan jaringan arsitektur end to end. Arsiktektur ini juga mendukung lapis mobilitas IP yang menggunakan mobile IP [1] [4].
Ada tiga metode handoff yang ada dalam IEEE 802.16e-2005 yakni hard
handover (HHO) yang sifatnya wajib dan dua yang bersifat opsional yakni fast base station switching (FBSS) dan marco diversity handover (MDHO). Pada HHO,
keputusan handoff dilakukan oleh BS dengan berdasarkan pada hasil pengukuran
yang dilakukan oleh MS. Pada FBSS, MS secara hanya berkomunikasi dengan satu BS yang disebut BS jangkar. Ketika pergantian BS diperlukan oleh MS maka
pemindahan dapat dilakukan dengan channel quality indicator channel (CQCIH)
tanpa perlu melakukan pensinyalan secara eksplisit. MDHO hampir sama dengan
FBSS, perbedaannya hanya MS berkomunikasi dalam downlink dan uplink dengan
2.5.4 Fungsi Sekuritas
Sistem WiMAX dirancang dengan memperhatikan faktor sekuritas, standar ini meliputi metode untuk memastikan privasi penggunaan data dan mencegah akses yang tidak diotorisasi, dengan dukungan protokol tambahan untuk optimasi mobilitas, sekuritas ditangani oleh sub-lapis privasi dalam MAC WiMAX. Kunci aspek sekuritas WiMAX adalah sebagai berikut:
1. Privacy Support
Data pengguna dienkripsi dengan menggunakan skema kriptografi yang
menyediakan privasi. Mendukung baik AES (Advanced Encryption Standard) dan
3DES (Triple Data Encryption Standard). Kebanyakan implementasi sistem
menggunakan AES, karena telah memenuhi standar sesuai dengan Federal
Information Processing Standard dan kemudahan implementasi 128 bit dan 256 bit dihasilkan selama proses autentifikasi dan diperbaharui secara periodik untuk perlindungan tambahan [1] [2] [4].
2. Device/user authentication
Kemudahan juga disediakan oleh WiMAX untuk autentifikasi pelanggan dan mencegah dari pengguna yang tidak terotorisasi. Sistem autentifikasi berdasarkan
pada Internet Enginering Task Force (IETF) EAP. Yang mendukung berbagai
fungsi seperti nama pengguna, sandi, sertifikasi digital dan kartu pintar. Perangkat
awal dari WiMAX telah dilengkapi dengan X.509 digital certificates yang di
WiMAX dapat menggunakan sertifikasi khusus untuk proses autentifikasi seperti dengan menggunakan nama pengguna, sandi ataupun kartu pintar [1] [2] [4].
3. Flexible key-management protocol
Privacy and Key Management Protocol Version 2 (PKMv2) digunakan untuk
memindahkan materi penting dari base station ke mobile station, reotorisasi
secara periodik dan pembaharuan kunci. PKM adalah protokol klien-server yang mana MS sebagai klien dan BS sebagai server. PKM menggunakan X.509 dan
algoritma RSA (Rivest-Shamer-Adleman) [1] [2] [4].
4. Protection of control messages
Integritas kontrol pesan di udara di proteksi dengan menggunakan skema pesan digest seperti AES berdasarkan CMAC (chipher-based message authentication codes) atau MD5 (message-digest 5 algorithm) berdasarkan HMAC (hash-based message authentication codes) [1] [2] [4].
5. Fast handover support
Untuk mendukung handover secara cepat, WiMAX mengizinkan MS
menggunakan pre-autentifikasi dengan BS tertentu untuk mempercepat re-entry