Dwita Aswiyanti Syafitri : Analisis Waktu Tunda Satu Arah Pada Panggilan Voip Antara Jaringan UMTS Dan PSTN, 2007.
USU Repository © 2009
TUGAS AKHIR
ANALISIS WAKTU TUNDA SATU ARAH PADA PANGGILAN
VoIP ANTARA JARINGAN UMTS DAN PSTN
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
DWITA ASWIYANTI SYAFITRI
030402019
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS WAKTU TUNDA SATU ARAH PADA PANGGILAN VoIP ANTARA JARINGAN UMTS DAN PSTN
Oleh :
DWITA ASWIYANTI SYAFITRI 030402019
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro
Disetujui oleh : Pembimbing,
Ir. M. ZULFIN, MT NIP. 130 945 356
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Prof.Dr.Ir. USMAN BAAFAI NIP : 130365322
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Abstrak
Voice over internet protocol (VoIP) adalah teknologi yang memungkinkan komunikasi suara menggunakan jaringan berbasis IP (Internet Protocol) untuk dijalankan diatas infrastruktur jaringan paket. Teknologi ini bekerja dengan jalan merubah suara menjadi format data digital tertentu yang dapat dikirimkan melalui jaringan IP, yang bisa berupa jaringan internet atau intranet. Salah satu ukuran kualitas suara pada jaringan VoIP adalah waktu tunda. Waktu tunda yang diberikan untuk proses paketisasi berbeda pada penggunaan setiap jenis codec. Hal ini mengakibatkan waktu tunda satu arah yang terjadi pada jaringan VoIP juga berbeda, sehingga ukuran kualitas yang diukur menjadi relatif. Oleh karena itu perlu dilakukan pemilihan jenis codec yang tepat untuk meminimalisasi waktu tunda pada proses paketisasi suara. Hal tersebut dapat dilakukan dengan menghitung waktu tunda satu arah sesuai model jaringan yang ditinjau dengan menggunakan codec yang berbeda.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul “Analisis Waktu Tunda Satu Arah Pada Panggilan VoIP Antara Jaringan UMTS dan PSTN”.
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat akademis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibunda tersayang yang selalu memberikan dukungan, semangat, perhatian, kesabaran dan doa, yang tak henti-hentinya selama hidup penulis.
2. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Ba’afai dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M.Zulfin, MT selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan Tugas Akhir ini, terima kasih banyak karena sudah banyak sekali membantu penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Staf pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi. 7. Teman–teman di Departemen Teknik Elektro USU angkatan 2003, Pipin,
fani, Nora, Dewi “yang udah jauh”, Mei, Dewi “cocom”, Yudha, A’an, Emil, Fahmi, Faisal, Tigor, Opunk, Wiswa, Bayam, dan teman-teman lain angkatan 2003 yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu-persatu pada lembar Tugas Akhir ini.
8. Sejumlah orang-orang tertentu yang tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kekurangan-kekurangan, baik dari segi tatanan kalimat maupun dari segi ilmiah yang dikerjakan. Untuk itu, dengan terbuka penulis menerima saran dan kritik untuk perbaikan Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 9 Desember 2007 Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metode Penulisan ... 4
1.6 Sistematika Penulisan... 5
BAB II VOIP (VOICE OVER INTERNET PROTOCOL) ... 7
2.1 Pengertian VoIP ... 7
2.2 Format Paket VoIP ... 8
2.3 Arsitektur Jaringan VoIP ... 9
2.4 Protokol-Protokol Jaringan VoIP... 11
2.4.1 H.323 ... 11
2.4.1.2 Protokol Yang Terlibat Dalam H.323... 13
2.4.2 SIP (Session Initiation Protocol) ... 15
2.4.2.1 Arsitektur SIP ... 15
2.4.2.2 Prorokol Yang Terlibat Dalam SIP ... 17
2.4.3 Protokol-Protokol Penunjang Jaringan VoIP... 18
2.4.3.1 Transmission Transfer Protocol (TCP) ... 19
2.4.3.2 User Datagram Protocol (UDP) ... 20
2.4.3.3 Internet Protocol (IP) ... 20
2.5 Parameter Yang Mempengaruhi Quality of Service (QOS) VoIP ... 21
2.6 Metode Pengukuran Kualitas VoIP ... 23
2.6.1 Mean Opinion Score (MOS) ... 23
2.6.2 Estimasi MOS denagn E-Model (ITU-TG.107) ... 24
BAB III Sistem Telekomunikasi Bergerak Universal 3.1 Arsitektur UMTS ... 27
3.1.1 Elemen Jaringan GSM Phase 1/2 ... 28
3.1.1 Elemen Jaringan GSM Phase 2+... 28
3.1.1 Elemen Jaringan GSM Phase 1 ... 29
3.2 Medium Udara UMTS ... 31
3.3 Codec Suara ... 32
3.4 Kompresi Header RTP ... 33
3.5.1 Delay Pengkodean ... 34
3.5.2 Delay Paketisasi ... 35
3.5.3 Jitter ... 36
3.5.4 Delay Antrian Total Jaringan ... 37
3.5.5 Delay Minimal Total Jaringan ... 38
3.5.6 Delay Serialisasi ... 40
3.5.7 Perhitungan Delay Satu Arah Panggilan VoIP antara UMTS dengan PSTN ... 41
BAB IV ANALISIS PERHITUNGAN DELAY SATU ARAH PADA PANGGILAN VoIP ANTARA UMTS DAN PSTN………..42
4.1 Pengantar ... 42
4.2 Perhitungan Delay Satu Arah antara Subcriber UMTS dengan Subciber PSTN ... 44
4.2.1 Delay Satu Arah Pada Penggunaan Codec G.711... 45
4.2.1.1 Delay Pengkodean ... 45
4.2.1.2 Delay Paketisasi ... 45
4.2.1.3 Jitter ... 45
4.2.1.4 Delay Antrian Total Pada Jaringan... 47
4.2.1.5 Delay Minimal Total ... 47
4.2.1.6 Delay Serialisasi ... 48
4.3 Perhitungan Nilai Estimasi E-Model dengan Faktor R ... 49
4.3.1 Nilai Faktor R Codec G.711 ... 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 54
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini di Indonesia maupun di dunia, telepon sudah menjadi kebutuhan telekomunikasi yang paling utama. Pada beberapa segmen masyarakat terutama di kalangan bisnis, kebutuhan telepon hampir bisa disamakan dengan kebutuhan primer. Namun dewasa ini, di Indonesia, biaya komunikasi telepon cukup mahal. Kondisi ini mendorong sebagian orang mencari alternatif lain untuk melakukan percakapan telepon dengan biaya murah. Tidak dapat disangkal, teknologi yang paling berkembang pesat saat ini adalah teknologi komunikasi data. Pemicunya adalah internet, jaringan komunikasi data global yang berbasis protokol komunikasi TCP/IP. Perkembangan teknologi komunikasi data yang sangat pesat ini turut mendorong terciptanya suatu infrastruktur komunikasi data yang murah dan massal. Keberadaan infrastruktur ini membuat sebagian orang berpikir untuk melewatkan suara dalam jaringan komunikasi data. Pemikiran seperti inilah yang mendorong perkembangan teknologi Voice Over Internet Protocol (VoIP).
yang lebih murah dibandingkan teknologi PBX dan PSTN, biaya perawatan yang murah, dan munculnya aplikasi baru yang menarik dan memungkinkan adanya pengembangan dan penambahan layanan-layanan baru yang sudah ada.
Sebagai jaringan yang didesain sejak awal sebagai jaringan komunikasi data, jaringan internet mempunyai karakteristik yang berbeda dengan jaringan telepon. Data-data mengalir diinternet memperebutkan bandwidth yang ada. Kondisi jaringan seperti ini berbeda dengan jaringan telepon biasa, dimana satu kanal hanya dikhususkan untuk satu pembicaraan telepon. Tidak terdapat perebutan bandwidth disana. Paket IP yang datang diperlakukan sama dan dilayani sesuai dengan urutan kedatangan. Hal ini menyebabkan terjadinya delay yang berakibat buruk bagi kualitas suara.
Sebagian besar delay terjadi pada proses pengkodean kode analog menjadi kode digital agar suara dapat dikirim dalam jaringan komputer, yang dikenal dengan istilah codec singkatan dari compressor-decompressor. Untuk itu, pada tugas akhir ini akan dianalisa delay yang terjadi dari pembicara sampai ke pendengar dengan menggunakan beberapa jenis codec yang berbeda. Dengan menganalisis delay proses pada beberapa codec tertentu, kita akan dapat membandingkan ukuran kinerja beberapa codec tersebut sehingga penggunaan codec dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan VoIP. 2. Bagaimana model jaringan VoIP. 3. Apa saja ukuran kinerja VoIP.
4. Apa saja protokol VoIP dan prinsip kerjanya. 5. Bagaimana struktur paket VoIP.
6. Apa saja jenis codec dalam jaringan VoIP.
7. Bagaimana pengaruh penggunaan jenis codec terhadap delay satu arah pada jaringan VoIP
8. Bagaimana menghitung faktor kualitas R pada suatu jaringan VoIP.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk membandingkan besarnya delay satu arah yang terjadi pada panggilan VoIP antara jaringan UMTS dengan dengan menggunakan codec G.711, G.726, G728, GSM-FR dan GSM-EFR sehingga faktor kualitas suara dapat kita bandingkan pada masing-masing codec yang digunakan.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis membatasi pembahasan permasalahan paad Tugas Akhir ini. Adapun yang menjadi batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
3. Kinerja VoIP yang dianalisis hanya delay satu arah..
4. Codec yang digunakan pada jaringan VoIP adalah G.711, G.726, G728, GSM-FR dan GSM-EFR
5. Perhitungan faktor R pada jaringan VoIP dengan mengabaikan faktor packet loss .
6. Tidak membahas protokol yang terlibat didalam transfer data VoIP secara mendalam.
7. Tidak membahas model delay antrian pada proses transmisi paket suara.
1.5 Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi literatur, yaitu menelaah buku-buku dan jurnal-jurnal referensi yang berkaitan dengan permasalahan.
2. Studi analisis, yaitu menganalisis pengaruh penggunaan codec suara pada jaringan VoIP terhadap delay satu arah yang terjadi dan mengukur faktor kualitas dari bebrapa jenis codec yang digunakan sehingga dapat dibandingkan codec mana yang paling baik.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan sebagai gambaran umum pembahasan secara keseluruhan.
BAB II : VOICE OVER IP (VoIP))
Bab ini berisi pengertian dan prinsip dasar VoIP, arsitektur VoIP, protokol yang terlibat pada jaringan VoIP dan metode pengukuran kualitas VoIP.
BAB III : SISTEM TELEKOMUNIKASI BERGERAK UNIVERSAL
Bab ini berisi uraian mengenai sejarah dan perkembangan UMTS, elemen-elemen UMTS dan rumus-rumus perhitungan delay satu arah pada panggilan VoIP antara UMTS dan PSTN.
BAB IV : ANALISIS PERHITUNGAN DELAY SATU ARAH PADA JARINGAN
VoIP ANTARA PANGILAN UMTS DAN PSTN
BAB V : PENUTUP
BAB II
VOIP (VOICE OVER INTERNET PROTOCOL)
2.1 Pengertian VoIP
Pada dasarnya, telephony adalah teknologi yang berhubungan dengan transmisi elektronik suara yang disampaikan pada dua tempat yang mempunyai jarak yang jauh melalui telepon. Dengan hadirnya komputer dan perangkat transmisi digital yang berbasiskan sistem telepon serta pengguaan radio untuk mengirim dan menerima sinyal telepon, maka perbedaan antara telephony dan telekomunikasi menjadi sulit ditemuka n.
Voice over Internet Protocol dikenal juga dengan sebutan IP Telephony. Secara umum, VoIP didefinisikan sebagai suatu sistem yang menggunakan jaringan internet untuk mengirimkan data paket suara dari suatu tempat ke tempat lainnya menggunakan perantara protokol IP. VoIP mentransmisikan sinyal suara dengan mengubahnya ke dalam bentuk digital, dan dikelompokkan menjadi paket–paket data yang dikirim dengan menggunakan platform IP (Internet Protocol). Jaringan IP sendiri adalah merupakan jaringan komunikasi data yang berbasis packet-switch.
Standar komunikasi VoIP yang umum digunakan pada saat ini adalah H.323 yang dikeluarkan oleh ITU pada bulan Mei 1996 dan SIP (Session Initiation Protocol) yang dikeluarkan oleh IETF pada bulan Maret tahun 1999 melalui RFC-2543 dan diperbaharui kembali pada bulan juni 2002 dengan RFC-3261 oleh MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control), salah satu kelompok kerja IETF.
2.2 Format Paket VoIP
Tiap paket VoIP terdiri atas dua bagian, yakni header dan payload (beban). Header terdiri atas IP header, Real-time Transport Protocol (RTP) header, User Datagram Protocol (UDP) header, dan link header seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Link Header IP Header UDP Header RTP Header Voice Payload
X Bytes 20 Bytes 8 Bytes 12 Bytes X Bytes
Format Paket VoIP
Gambar 2.1 Format Paket VoIP
IP header bertugas menyimpan informasi routing untuk mengirimkan paket-paket ke tujuan. Pada setiap header IP disertakan tipe layanan atau Type of Service (ToS) yang memungkinkan paket tertentu seperti paket suara diperlakukan berbeda dengan paket yang non real-time.
RTP header adalah header yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan framing dan segmentasi data real time. Seperti UDP, RTP juga tidak mendukung realibilitas paket untuk sampai tujuan. RTP menggunakan protokol kendali yang disebut RTCP (Real Time Control Protocol) yang mengendalikan QoS dan sinkroniasi media stream yang berbeda.
Untuk link header, besarnya sangat bergantung pada media yang digunakan. Tabel 2.1 berikut menunjukkan perbedaan ukuran header untuk media yang berbeda dengan metode kompresi G.729
Tabel 2.1 Ukuran Header untuk Codec G.729
Media Link Layer Header Size Bit Rate
Ethernet 14 Bytes 29.6 Kbps
PPP 6 Bytes 26.4 Kbps
Frame Relay 4 Bytes 25.6 Kbps
ATM 5 Byte tiap cell 42.2 Kbps
2.3 Arsitektur Jaringan VoIP
Saat ini, VoIP tidak hanya digunakan untuk komunikasi suara antar komputer yang terhubung pada jaringan IP, namun juga diintegrasikan dengan PSTN. VoIP yang diimplementasikan di kehidupan nyata adalah sebagai berikut :
1. Dari PC ke PC melewati jaringan internet
Gambar 2.2 Hubungan PC ke PC
2. Dari PC ke telepon dan sebaliknya
Pada hubungan ini salah satu subcriber menggunakan PC sedangkan yang lain menggunakan telepon biasa yang dihubungkan pada jaringan PSTN atau GSM. Gateway pada jaringan IP berfungsi melakukan penyesuaian standar antar media termasuk penyesuaian kanal kontrol dan kontrol pensinyalan antar media seperti terlihat pada Gambar 2.3. Gateway ini bisa berupa PC atau router.
Gambar 2.3 Hubungan dari PC ke telepon
3. Dari telepon ke telepon melewati jaringan internet
tetap dibutuhkan karena pada link digunakan protokol yang berbeda, sehingga gateway berfungsi untuk mentranslasikan prtokol antar kedua jaringan IP dan telepon. Hubungan ini diperlihatkan dalam Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Hubungan antar telepon dengan menggunakan jaringan internet
2.4 Protokol-Protokol Jaringan VoIP
Protokol signaling dalam VoIP diperlukan agar pemakai layanan VoIP dapat saling berkomunikasi dengan pesawat telepon. Beberapa signaling yang ada saat ini adalah H.323, SIP, SCCP, MGCP, MEGACO dan SIGTRAN. Tetapi yang paling populer dan banyak digunakan adalah H.323 dan SIP. Dalam tugas akhir ini, hanya protokol H.323 danb SIP saja yang akan dijelaskan.
2.4.1 H.323
Network (WAN). H.323 dapat digunakan untuk layanan – layanan multimedia seperti komunikasi suara (IP telephony), komunikasi video dengan suara (video telephony), dan gabungansuara, video dan data.
2.4.1.1Arsitektur H.323
Standard H.323 terdiri dari 4 komponen fisik yg digunakan pada saat menghubungkan komunikasi multimedia point-to-point dan point-to-multipoint pada beberapa macam jaringan, yaitu :
1. Terminal : digunakan untuk komunikasi multimedia dua arah. Terminal H.323 dapat berupa Personal Computer (PC) atau alat lain yang berdiri sendiri yang dapat menjalankan aplikasi multimedia.
2. Gateway : digunakan untuk menghubungkan dua jaringan yang berbeda yaitu antara jaringan H.323 dan jaringan non H.323, sebagai contoh gateway dapat menghubungkan dan menyediakan komunikasi antara terminal H.323 dengan jaringan telepon PSTN dengan menerjemahkan protokol-protokol untuk call setup dan release serta mengirimkan informasi antara jaringan yang terhubung dengan gateway.
4. Multipoint Control Unit (MCU) : digunakan untuk layanan konferensi tiga terminal H.323 atau lebih. Semua terminal yang ingin berpartisipasi dalam konferensi dapat membangun hubungan dengan MCU. Sebuah MCU terdiri dari sebuah Multipoint Controller (MC) dan beberapa Multipoint Processor (MP). MC menangani negoisasi H.245 (menyangkut pensinyalan) antar terminal – terminal untuk menenetukan kemampuan pemrosesan audio dan video. MC juga mengontrol dan menentukan serangkaian audio dan video yang akan multicast. sedangkan MP melakukan proses mix, switch, dan memproses audio, video, ataupun bit-bit data.
2.4.1.2 Protokol yang Terlibat Dalam H.323
Protokol H.323 didukung oleh beberapa protokol dalam pengiriman data agar data terkirim realtime. Protokol-protokol tersebut adalah:
• RTP (Real-Time Protocol)
• RTCP (Real-Time Control Protocol)
Merupakan suatu protocol yang biasanya digunakan bersama-sama dengan RTP. Protocol ini memungkinkan endpoint mengatur panggilan secara realtime untuk meningkatkan kualitas suara. RTCP juga membantu troubleshooting voice stream. Terdapat dua komponen penting pada paket RTCP, yang pertama adalah sender report yang berisikan informasi banyaknya data yang dikirimkan, pengecekan timestamp pada header RTP dan memastikan bahwa datanya tepat dengan timestamp-nya. Elemen yang kedua adalah receiver report yang dikirimkan oleh penerima panggilan. Receiver report berisi informasi mengenai jumlah paket yang hilang selama sesi percakapan, menampilkan timestamp terakhir dan delay sejak pengiriman sender report yang terakhir.
• RSVP (Resource Reservation Protocol)
user yang memiliki ijin administratif (administrative permission) untuk melakukan reservasi. Bila terjadi kesalahan dalam aplikasi salah satu modul ini, akan terjadi RSVP error dimana request tidak akan dipenuhi.
2.4.2 SIP (Session Initiation Protocol)
SIP adalah peer-to-peer signaling protokol, dikembangkan oleh Internet Engineering Task Force (IETF), yang mengijinkan endpoint-nya untuk memulai dan mengakhiri sessions komunikasi. Protokol ini didefinisikan pada RFC 2543 dan menyertakan elemen protokol lain yang dikembangkan IETF, mencakup Hypertext Transfer Protokol (HTTP) yang diuraikan pada RFC 2068, Simple Mail Transfer Protokol (SMTP) yang diuraikan pada RFC 2821, dan Session Description Protokol (SDP) yang diuraikan pada RFC 2327.
2.4.2.1Arsitektur SIP
Arsitektur dari SIP terdiri dari dua komponen yaitu user agent dan servers. User agent merupakan end point dari sistem dan memuat dua sub sistem yaitu user agent client (UAC) yang membangkitkan requests, dan user agent server (UAS) yang merespon requests. Dua elemen ini dapat dilihat pada Gambar. SIP server adalah kesatuan fungsi logic, dimana tidak perlu memisahkan alat secara fisik. Fungsi dari empat server tersebut yaitu :
request pada user agent server, dan mengarahkan SIP response pada user agent client. Proxy Server juga berfungsi untuk melakukan routing, memastikan requests dapat disampaikan pada yang berhak menerima, dan juga membuat kebijakan seperti meyakinkan bahwa pemakai tertentu diijinkan untuk melakukan panggilan.
2. Redirect Server : merupakan kesatuan logika yang mengarahkan suatu klien pada perngkat pengganti dari Uniform Resource Indicators (URIs) untuk menyelesaikan tugas request.
3. Registrar Server: menerima dan memproses pesan pendaftaran yang mengijinkan lokasi dari suatu endpoint dapat diketahui keberadaannya. Registrar Server ini kerjanya berhubungan dengan Location Server.
SIP SERVER PROXY
REDIRECT
REGISTRAR
LOCATION (1)
UAC
UAS
UAC
UAS
SIP USER AGENT SIP USER AGENT
Signaling Messages Between User Agent And Server
Keterangan : (1) Fungsi server tidak harus berada pada satu komputer UAC : User Agent Client
UAS : User Agent Server @2005 STT Telkom
Gambar 2.5 Komunikasi antara SIP Agent dan SIP Server
2.4.2.2Protokol yang Terlibat dalam SIP
SIP menggabungkan beberapa macam protokol baik itu dari standar yang dikeluarkan oleh IETF sendiri maupun oleh ITU-T. Protokol SIP didukung oleh beberapa protokol, antara lain
• IETF Session Description Protocol (SDP)
• IETF Session Announcement Protocol (SAP)
SAP merupakan suatu protokol yang setiap periode waktu tertentu mengumumkan parameter dari suatu sesi konferensi.
• IETF Real-Time Transport Protocol (RTP)
Protokol RTP menyediakan transfer media secara real time pada jaringan paket.
• Real-Time Control Protocol (RTCP)
RTCP mengatur sesi secara periodik mentransmit paket yang berisi feedback atas kualitas dari distribusi data.
• ITU-T Codec
Algoritma pengkodean yang direkomendasikan, seperti G.723.1, G711, G.728, dan G.729 untuk audio, atau H.261 atau H.263 untuk video.
2.4.3 Protokol-Protokol Penunjang Jaringan VoIP
2.4.3.1Transmission Transfer Protocol (TCP)
Dalam mentransmisikan data pada layer Transport, ada dua protokol yang berperan yaitu TCP dan UDP. TCP merupakan protokol yang connection-oriented yang artinya menjaga reliabilitas hubungan komunikasi end-to-end. Konsep dasar cara kerja TCP adalah mengirim dan menerima segment – segment informasi dengan panjang data bervariasi pada suatu datagram internet. TCP menjamin realibilitas hubungan komunikasi karena melakukan perbaikan terhadap data yang rusak, hilang atau kesalahan kirim. Hal ini dilakukan dengan memberikan nomor urut pada setiap oktet yang dikirimkan dan membutuhkan sinyal jawaban positif dari penerima berupa sinyal ACK (acknoledgment). Jika sinyal ACK ini tidak diterima pada interval pada waktu tertentu, maka data akan dikirimkan kembali. Pada sisi penerima, nomor urut tadi berguna untuk mencegah kesalahan urutan data dan duplikasi data. TCP juga memiliki mekanisme fllow control dengan cara mencantumkan informasi dalam sinyal ACK mengenai batas jumlah oktet data yang masih boleh ditransmisikan pada setiap segment yang diterima dengan sukses.
2.4.3.2User Datagram Protocol (UDP)
UDP yang merupakan salah satu protokol utama diatas IP merupakan transport protokol yang lebih sederhana dibandingkan dengan TCP. UDP digunakan untuk situasi yang tidak mementingkan mekanisme reliabilitas. Header UDP hanya berisi empat field yaitu source port, destination port, length dan UDP checksum dimana fungsinya hampir sama dengan TCP, namun fasilitas checksum pada UDP bersifat opsional
UDP digunakan pada VoIP karena pada pengiriman audio streaming yang berlangsung terus menerus lebih mementingkan kecepatan pengiriman data agar tiba di tujuan tanpa memperhatikan adanya paket yang hilang walaupun mencapai 50% dari jumlah paket yang dikirimkan. Karena UDP mampu mengirimkan data streaming dengan cepat, maka dalam teknologi VoIP, UDP merupakan salah satu protokol penting yang digunakan sebagai header pada pengiriman data selain RTP dan IP. Untuk mengurangi jumlah paket yang hilang saat pengiriman data (karena tidak terdapat mekanisme pengiriman ulang) maka pada teknolgi VoIP pengiriman data banyak dilakukan pada private network.
2.4.3.3Internet Protocol (IP)
fisik. Secara umum protokol ini bertugas untuk menangani pendeteksian kesalahan pada saat transfer data. Untuk komunikasi datanya, Internet Protocol mengimplementasikan dua fungsi dasar yaitu pengalamatan dan fragmentasi.
Salah satu hal penting dalam pengiriman informasi adalah metode pengalamatan pengirim dan penerima. Saat ini terdapat standard pengalamatan yang sudah digunakan yaitu IPv4 dengan alamat yang terdiri dari 32 bit. Jumlah alamat yang dapat dibuat dengan IPv4 diperkirakan tidak dapat mencukupi kebutuhan pengalamatan IP sehingga dalam beberapa tahun mendatang akan diimplementasikan sistem pengalamatan yang baru yaitu IPv6 yang menggunakan system pengalamatan terdiri dari 128 bit.
2.5 Parameter yang Mempengaruhi Quality of Services (QoS) VoIP
Secara umum, ada beberapa parameter-parameter penting yang mempengaruhi Quality of Service (QOS) layanan suara pada jaringan VoIP. Parameter ini dijadikan gambaran ukuran kinerja dari suatu jaringan VoIP. Beberapa parameter tersebut adalah, yaitu :
• Bandwidth , merupakan kecepatan maksimum yang dapat digunakan untuk melakukan transmisi data antar jaringan IP atau internet.
• Throughput, yaitu kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Header dalam paket data mengurangi nilai ini.
• Delay (latency), adalah waktu tunda yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. Beberapa sumber delay diantaranya adalah:
Tabel 2.2 Komponen delay
Jenis Delay Keterangan
Processing
delay
Delay ini terjadi pada saat proses coding, compression, decompression dan decoding. Delay ini tergantung standard codec yang digunakan.
Packetization
delay
Delay yang disebabkan oleh peng-akumulasian bit voice sample ke frame. Seperti contohnya, standar G.711 untuk payload 160 bytes memakan waktu 20 ms.
Serialization
delay
Delay ini terjadi karena adanya waktu yang dibutuhkan untuk pentransmisian paket IP dari sisi originating (pengirim).
Propagation
delay
Delay ini terjadi karena perambatan atau perjalanan. Paket IP di media transmisi ke alamat tujuan. Seperti contohnya delay propagasi di dalam kabel akan
memakan waktu 4 sampai 6 µs per kilometernya.
Queueing delay Delay ini disebabkan karena waktu tunggu paket selama antrian sampai dilayani.
Component
Delay.
• Jitter, atau variasi kedatangan paket, hal ini diakibatkan oleh perubahan dalam karakteristik suatu sinyal. Variasi tersebut bisa berupa panjang antrian, waktu pengolahan data, dan juga waktu penghimpunan ulang paket-paket di akhir perjalanan jitter.
2.6 Metode Pengukuran Kualitas VoIP
Untuk mementukan kualitas layanan suara dalam jaringan IP dapat digunakan beberapa metode di bawah ini :
2.6.1 Mean Opinion Score (MOS)
Metode ini merupakan metode yang digunakan untuk menentukan kualitas suara dalam jaringan IP yang berdasarkan standar ITU-T P.800. Metode ini bersifat subjektif, karena berdasarkan pendapat orang-perorangan. Untuk menentukan nilai MOS terdapat dua cara pengetesan yaitu, conversation opinion test dan listening test. Rekomendasi nilai ITU-T P.800 untuk nilai MOS adalah seperti Tabel 2.4 :
Tabel 2.3 Rekomendasi ITU-T P.800 untuk nilai kualitas berdasarkan MOS
Nilai MOS Opini
5 sangat baik
4 baik
3 cukup baik
2 tidak baik
Metode MOS dirasakan kurang efektif untuk mengestimasi kualitas layanan suara untuk VoIP, hal ini dikarenakan :
1. Tidak terdapatnya nilai yang pasti terhadap parameter yang mempengaruhi kualitas layanan suara dalam VoIP
2. Setiap orang memiliki standar yang berbeda-beda terhadap suara yang mereka dengar dengan hanya melalui percakapan.
Dibutuhkan pendapat banyak orang untuk mengestimasi nilai MOS tersebut.
2.6.2 Estimasi MOS dengan Metode E-Model (ITU-T G.107)
Di dalam jaringan VoIP, tingkat penurunan kualitas yang diakibatkan oleh transmisi data memegang peranan penting terhadap kualitas suara yang dihasilkan, hal yang menjadi penyebab penurunan kualitas suara ini diantaranya adalah delay , paket loss dan echo. Pendekatan matematis yang digunakan untuk menentukan kualitas suara berdasarkan penyebab menurunnya kualitas suara dalam jaringan VoIP dimodelkan dengan E – Model yang distandardkan kepada ITU–T G.107 .
Nilai akhir estimasi E–Model disebut dengan R faktor . R faktor didefinisikan sebagai faktor kualitas transmisi yang dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti signal to noise ratio dan echo perangkat, codec dan kompresi, packet loss, dan delay. R Faktor ini didefinisikan sebagai berikut :
R = 94,2 - Id - Ie (2.1)
dengan :
Ie = Faktor penurunan kualitas yang disebabkan oleh teknik kompresi dan
packetloss yang terjadi
Nilai Id ditentukan dari persamaan 2.2 berikut ini :
Id = 0.024 d + 0.11(d – 177.3) H(d – 177.3) (2.2)
Nilai Ie tergantung pada metode kompresi yang digunakan. Nilai R faktor secara keseluruhandihitung dari persamaan (2.3)
R = 94,2 – [0.024 d + 0.11(d – 177.3) H(d – 177.3)] Ie (2.3)
Nilai R faktor mengacu kepada standar MOS , hubungannya dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Untuk mengubah estimasi dari nilai R kedalam MOS (ITU – P.800) terdapat ketentuan sebagai berikut :
1.Untuk R < 0 : MOS = 1 (2.5)
2.Untuk R > 100 : MOS = 4.5 (2.6)
BAB III
SISTEM TELEKOMUNIKASI BERGERAK UNIVERSAL
3.1 Arsitektur UMTS
Sistem Telekomunikasi Bergerak Universal (Universal Mobile Telecommunication System / UMTS) saat ini dipandang sebagai sebuah sistem impian yang menggantikan Global System for Mobile Communication (GSM). UMTS merupakan salah satu evolusi generasi ketiga (3G) dari jaringan mobile. UMTS disebut juga sebagai Wideband - Code Division Multiple Access (W-CDMA). UMTS menawarkan kesempurnaan pelayanan dengan berbagai kecepatan data yang berbeda dengan rentang dari komunikasi multimedia berkecepatan tinggi seperti panggilan video, sampai kepada pelayanan kecepatan rendah seperti Short Message Service (SMS). UMTS juga menyediakan layanan suara berkualitas baik dengan kecepatan data sampai 2 Mbps dalam sel mikro atau dalam ruangan serta 384 Kbps pada area yang luas.
Dalam UMTS peluncuran pertama, telah diperkenalkan suatu jaringan akses radio baru UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN). Public Land Mobile Network (PLMN) pada UMTS peluncuran pertama memperkenalkan 3 kategari utama elemen jaringan GSM, yaitu:
3.1.1 Elemen Jaringan GSM Phase ½
Elemen GSM phase ½ terdiri dari tiga subsistem, yaitu Base Station Subsystem (BSS), Network dan Switching Subsystem (NSS), dan Operations Support System (OSS). BSS berisi beberapa unit fungsional seperti Base Station Controller (BSC), Base Transceiver Station (BTS) dan Transcoder and Rate Adapter Unit (TRAU), seperti terlihat pada Gambar 3.1. NSS berfungsi melakukan switching, signaling, paging, dan inter-MSC handover. OSS berisi Operation dan Maintenance Center (OMS), yang digunakan untuk remote, operasi sentralisasi, administrasi, dan maintenance.
Gambar 3.1 Jaringan UMTS Phase 1/2
3.1.2 Elemen Jaringan GSM Phase 2+
• General Packet Radio Service (GPRS)
GPRS memperkenalkan Packet Switching (PS) kedalam GSM Core Network (GSM-CN) dan mengijinkan akses langsung ke Packet Data Network (PDN). Kecepatan transmisi data untuk UMTS diperlukan sampai 2 Mbps. GPRS akan mengoptimalkan Core Network (CN) untuk kecepatan data yang tinggi pada transmisi Packet Switching, seperti halnya UMTS dengan UTRAN pada RAN. Seperti itu juga, GPRS adalah suatu persyaratan untuk pengenalan UMTS.
• CAMEL
CAMEL adalah peningkatan utama GSM tahap 2+ untuk pengenalan konsep UMTS Virtual Home Environment (VHE). VHE adalah suatu platform dari definisi layanan fleksibel yang memungkinkan operator untuk memodifikasi layanan yang sudah ada atau membuat layanan baru.
3.1.3 Elemen Jaringan UMTS Phase 1
UMTS berbeda dengan GSM tahap 2+ terutama dalam prinsip baru untuk transmisi medium udara (W-CDMA sebagai ganti dari TDMA / FDMA). Oleh karena itu, UTRAN harus diperkenalkan dengan UMTS. Dua elemen penting jaringan UMTS phase 1 adalah UTRAN dan node B.
• UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
Gambar 3.2 memperlihatkan arsitektur jaringan UTRAN. UTRAN dibagi dalam beberapa Radio Network System (RNS), dimana masing-masing RNS dikontrol Radio Network Control (RNC). RNC adalah gateway ke Core Network (CN) yang berfungsi untuk mengontrol sumberdaya radio dan mobilitas dalam UTRAN.
Gambar 3.2 Jaringan UTRAN
• Node B
Node B merupakan kesatuan komunikasi pada medium udara dengan User Equipment (UE). Node B dapat melayani satu atau lebih sel, tergantung pada sektorisasinya, Tugas utama dari Node B adalah mengkonversi data dari dan ke interface radio Uu, termasuk Forward Error Correction (FEC) dan spreading/despreading W-CDMA.
3.2 Medium Udara UMTS
WCDMA dipilih sebagai dasar teknologi akses-radio untuk UTRAN. Informasi ditransmisikan dalam frame radio dengan durasi 10 ms melalui kanal fisik medium udara. Masing-masing frame radio terusun dari 16 time slot.
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas panggilan VoIP antara pemakai jaringan UMTS dengan pemakai telepon Public Switched Telephone Network (PSTN) dari Mobile Terminal (MT) melewati bermacam-macam lapis protokol yang menyusun medium udara, menuju Node B dalam UTRAN hingga sampai ke gateway VoIP. Susunan lapis protokol yang dilewati oleh paket suara VoIP dari jaringan UMTS ke jaringan PSTN dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Susunan Lapis Protokol Dari Mobile Terminal Sampai gateway VoIP
Gambar 3.3 menunjukkan aliran paket suara yang dimulai pada saat MT mengkodekan frame sampel suara, kemudian mempaketkan kode suara melalui paket
IP dan mentransmisikan paket-paket ini melalui medium udara. Paket IP yang dikirim oleh MT akan menyeberangi UTRAN melalui Node B pada lapis atas AAL-2. Paket IP ini akan diteruskan melewati satu atau lebih Radio Network Controller (RNC) sebelum sampai pada Core Network (CN) IP. Pada lapis Radio Link Control (RLC), paket suara disegmentasi kedalam blok transport (RLC PDUs). Blok ditangani oleh lapis Medium Access Control (MAC), namun bisa saja terjadi antrian sebelum ditangani oleh lapis fisik. Lapis fisik melakukan transmisi blok melalui kanal fisik.
Lapis physic mengaplikasikan dua tahap (inter-frame dan intra-frame) bit-level keberangkatan. Keberangkatan inter-frame terjadi pada sebuah rentang keberangkatan yang disebut Transmission Time Interval (TTI). TTI mempunyai durasi yang tetap untuk setiap kanal transport, yaitu 10-80 ms. Transmisi blok ditangani oleh lapis MAC selama durasi TTI..TTI yang lebih panjang berarti membuat lebih banyak delay, tetapi dapat menurunkan probabilitas burst error pada kanal fisik.
Masing-masing blok transport pada lapis fisik medium udara dapat ditambahkan dengan sebuah Cyclic Redundancy Check (CRC). CRC digunakan dalam mekanisme Automatic Repeat request (ARQ) untuk sebuah aplikasi streaming seperti VoIP.
3.3 Codec Suara
diantaranya adalah codec G.711, G. 729, G.726, G.723.1, G.728, GSM-HFR dan GSM-EFR. Codec mempengaruhi bandwidth karena codec menentukan ukuran payload paket suara yang ditransfer melalui IP. Pada gateway suara Cisco, kita dapat mengkonfigurasi ukuran payload untuk mengontrol bandwidth. Dengan peningkatan ukuran payload kita dapat mengurangi jumlah paket yang dikirimkan, sehingga akan menurunkan bandwidth yang dibutuhkan karena jumlah header dari setiap panggilan juga berkurang.
3.4 Kompresi Header RTP
Setiap paket VoIP mempunyai dua komponen, yaitu frame sampel suara dan header RTP/UDP/IP. Walaupun setiap frame sampel suara dikompres oleh Digital Signal Processor (DSP) dengan ukuran yang bervariasi tergantung dengan codec yang digunakan, jumlah bit header selalu tetap 40 byte. Dengan menggunakan RTP Header Compression (cRTP), jumlah header tersebut bisa dikompres sampai dengan 4 atau 2 byte. Proses kompresi ini juga dapat mengurangi bandwidth yang dibutuhkan. Misalnya sebuah codec suara G.729 memakai bandwidth 24 Kbps tanpa cRTP, tetapi dengan cRTP pemakaian bandwidth hanya 12 Kbps.
3.5 Komponen Delay Satu Arah Panggilan VoIP Antara UMTS Dengan
PSTN
pembicara mengeluarkan suara sampai suara tersebut didengar oleh pendengar. Paket suara dari Mobile Terminal (MT) melewati jaringan UMTS untuk selanjutnya diteruskan ke jaringan backbone IP. Dari jaringan backbone IP paket suara kemudian diteruskan ke jaringan PSTN melewati sebuah gateway VoIP sampai ke pendengar.
Delay satu arah ini terdiri dari beberapa komponen delay sesuai dengan tahap transmisi yang dilalui oleh paket suara mulai dari jaringan UMTS sampai dengan jaringan PSTN. Beberapa komponen delay satu arah tersebut akan diuraikan berikut ini.
3.5.1 Delay Pengkodean
Delay pengkodean adalah waktu yang dibutuhkan codec suara untuk mengkodekan frame sampel suara ditambah dengan delay look-ahead codec tersebut. Setiap jenis codec mempunyai karakteristik durasi pengkodean yang berbeda. Delay pengkodean ini disimbolkan dengan Tenc.
Ketika Mobile Terminal (MT) mengkodekan frame suara, kode suara tersebut kemudian dipaketisasi kedalam paket IP, dan ditransmisikan melalui medium udara. Codec suara mempunyai durasi karakteristik dalam mengkodekan frame sampel suara dan panjang frame sampel suara, sehingga menghasilkan bit rate:
Rcod = BW / TW (3.1)
dengan Rcod = bit rate codec (Kbps)
BW = panjang frame sampel suara (bit)
Codec juga memiliki durasi interval look-ahead yang disimbolkan dengan TLA
(ms). Delay look-ahead diperlukan untuk mendeteksi apakah sinyal yang datang adalah benar-benar murni sinyal percakapan atau terdiri dari fax, modem atau nada DTMF (Dual Tone Multi Frequency) yang akan mem-bypass encoder suara. Beberapa codec memperkenalkan sebuah delay look-ahead yang sama dalam proses encoding.
Dengan demikian delay pengkodean pada sebuah codec suara merupakan hasil penjumlahan dari durasi sampling suara ditambah dengan delay look-ahead, yaitu sesuai dengan Persaamaan (3.2).
Tenc = TW + TLA (3.2)
dengan Tenc = delay pengkodean (ms)
TW = durasi codec dalam mengkodekan frame sampel suara (ms)
TLA = delay look-ahead (ms)
3.5.2 Delay Paketisasi
Sebuah paket suara terdiri dari NW kode suara, yaitu sejumlah frame sampel
suara yang telah terkode sehingga menghasilkan delay paketisasi yang besarnya tergantung pada banyaknya kode suara dalam satu paket. Delay paketisasi disimbolkan dengan Tpack. Besar delay paketisasi dirumuskan dalam Persamaan (3.3)
BW = panjang frame sampel suara (bit) Rcod = bit rate codec (Kbps)
Masing-masing paket suara terdiri dari bit overhead RTP/UDP/IP dan sejumlah frame suara. Bila tidak ada kompresi header yang dilakukan, ukuran bit overhead RTP/UDP/IP adalah 40 byte. Selain itu lapis Point-to-Point Protocol (PPP) juga digunakan untuk mentransmisikan paket suara sehinngga ada penambahan overhead frame PPP sebanyak 7 byte pada paket suara. Jadi panjang paket suara dihitung dengan Persamaan (3.4). ORTP/UDP/IP = bit overhead RTP/UDP/IP (bit)
OPPP = bit overhead yaitu 56 bit
NW = jumlah kode suara (bit)
BW = panjang frame sampel suara (bit)
3.5.3 Jitter
Setelah menyebrangi jaringan backbone IP, paket suara sampai pada gateway VoIP. Pada buffer dejitter gateway VoIP, kedatangan paket suara yang pertama mengalami delay pada sejumlah waktu tertentu, dan paket suara yang berurutan dibaca buffer dejitter dengan langsung secara periodik Jika kita ingin membatasi packetloss yang terjadi pada buffer dejitter (Ploss,jit), maka delay jitter, Tjit sedikitnya
dimana Tjit = delay jitter pada buffer
Tq,MT = delay antrian paket suara pada medium udara yang besarnya sama
dengan durasi frame radio (10 ms).
NITR = durasi Transmission Time Interval (TTI) (ms) Tq,UTRAN = delay antrian pada UTRAN (ms)
Tq,BB = delay antrian pada jaringan backbone IP (ms)
3.5.4 Delay Antrian Total Jaringan
Ketika paket suara tiba pada lapis MAC medium udara, diasumsikan tidak ada paket suara yang diantrikan. Pada lapis PPP, paket suara menerima prioritas Head-of-Line (HOL). Maximum Transfer Unit (MTU) untuk trafik data dilakukan dengan syarat bahwa paket suara tidak menunggu lebih dari durasi frame radio. Delay ini disebut dengan delay antrian Tq,MT.
Kapasitas dari kanal transport wireless mempunyai bit rate RT, dengan jumlah frame radio untuk setiap rentang keberangkatan adalah NI, dan durasi dari frame
radio adalah TR = 10 ms, dimana NITR disebut dengan Transmission Time Interval
(TTI). Lapis fisik medium udara UMTS juga mempunyai jitter. Untuk kedatangan paket sebelum TTI, paket akan dilayani dengan segera, sedangkan paket yang tiba setelah TTI, tidak langsung dilayani sehingga sehingga menghasilkan penambahan delay yang hampir sama dengan durasi TTI atau sebesar NITR. Dengan demikian
jitter pada lapis fisik ini adalah sama dengan NITR. Delay ini disebut juga delay
antrian pada medium udara, Tq,Al. Ketika paket suara dari MT mengakses UTRAN
Network Controller (RNC), paket suara mengalami sejumlah delay antrian yang disebut dengan delay antrian, Tq,UTRAN .
Pada jaringan backbone IP, setiap paket suara akan diantrikan. Distribusi delay antrian pada jaringan backbone IP, bergantung pada strategi penjadwalan yang digunakan. Setiap paket suara diasumsikan menerima prioritas HOL dan mempunyai delay antrian Tq,BB. Dengan demikian delay antrian total yang dilewati oleh paket
suara dapat dirumuskan dalam Persamaan (3.6).
( )
estTq,MT = delay antrian medium udara sebesar durasi frame radio (10 ms)
AI q
T , = delay antrian pada medium udara sebesar satu TTI (ms)
Tq,UTRAN = delay antrian pada UTRAN (ms)
Tq,BB = delay antrian pada jaringan backbone IP (ms)
3.5.5 Delay Minimal Total Jaringan
Kecepatan pelayanan dari kanal transport wireless diasumsikan dengan RT,
jumlah frame radio untuk setiap rentang keberangkatan adalah NI, dan durasi dari frame radio adalah TR = 10 ms. Lapis fisik medium udara mempunyai delay minimal
sebesar satu TTI yang dirumuskan dalam Persamaan (3.7).
Tm,Al = NI TR (3.7)
dimana Tm,Al = delay minimal lapis fisik medium udara (ms)
Sedangkan kecepatan dari transport wireless dapat dihitung dengan
dengan RT = kecepatan pelayanan kanal transport wireless (Kbps)
MTU = Maximum Transfer Unit untuk suara (bit) NI = jumlah frame radio dalam satu paket suara
TR = durasi frame radio (10 ms)
Mobile Terminal (MT) mengakses UTRAN melalui medium udara melewati sebuah Base Station, yaitu Node B. Di antara node B dan router masukan R ke jaringan backbone IP, paket suara melewati satu atau lebih Radio Network Controllers (RNCs). Pada saat paket suara melewati jaringan UTRAN ini, paket suara mengalami delay minimal, Tm,UTRAN.
Pada jaringan backbone IP, paket suara mengalami delay pemrosesan dan delay propagasi saat melewati setiap node yang ada pada jaringan backbone. Penjumlahan delay pemrosesan dan propagasi ini disebut juga dengan delay minimal jaringan backbone, Tm,BB.
Setelah paket suara sampai pada jaringan PSTN, paket suara mengalami delay propagasi dan switching, penjumlahan kedua delay ini disebut juga dengan delay minimum PSTN, Tm,PSTN. Ketika terjadi pendekodean pada sisi penerima maka terjadi delay pendekodean yaitu Tdec, yang besarnya sama dengan delay pengkodean Tenc Dengan demikian dapat dirumuskan penjumlahan total dari delay minimal aliran
PSTN
Besar delay serialisasi tergantung pada panjang satu paket suara dan kecepatan pelayanan efektif jaringan. Delay serialisasi total pada jaringan UMTS dan backbone IP dapat dihitung dengan Persamaan (3.10)
3.5.7 Perhitungan Delay Satu Arah Panggilan VoIP Antara UMTS dengan
PSTN
Untuk menghitung delay satu arah pada jaringan VoIP antara UMTS dan PSTN ini, perlu diketahui kecepatan pelayanan efektif yang disimbolkan dengan RS,
karena paket suara melewati kecepatan link yang berbeda pada jaringan UMTS dan PSTN.
Besar kecepatan pelayanan efektif (RS) dapat dihitung melalui Persamaan
(3.11)
RT = kecepatan pelayanan kanal transport wireless (Kbps) RBB = kecepatan pelayanan jaringan backbone IP (Kbps)
H = jumlah node yang dilewati paket suara pada jaringan backbone IP Perhitungan delay satu arah (one-way) pada jaringan VoIP yang dianalisa pada Tugas Akhir ini diberikan oleh Persamaan (3.12).
BAB IV
ANALISIS PERHITUNGAN DELAY SATU ARAH
PADA PANGGILAN VoIP ANTARA UMTS DAN PSTN
4.1 Pengantar
Pada Tugas Akhir ini akan dianalisis perhitungan delay satu arah dari pembicara sampai ke pendengar antara subscriber Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) dengan subscriber PSTN melalui jaringan VoIP. Perhitungan delay satu arah pada Tugas Akhir ini menggunakan berbagai codec suara dengan tujuan untuk membandingkan codec mana yang paling sedikit menghasilkan delay satu arah pada jaringan VoIP yang dibahas. Subscriber PSTN dapat dicapai melalui sebuah gateway VoIP (GW) yang dihubungkan ke sebuah jaringan IP. Model jaringan VoIP yang dibahas pada Tugas Akhir ini tampak seperti Gambar 4.1 berikut.
Gambar 4.1 Panggilan VoIP antara jaringan UMTS dengan jaringan PSTN
paket-paket IP tersebut melalui medium udara. Paket IP kemudian melewati Node B menyeberangi UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) dan melewati satu atau lebih Radio Network controllers (RNCs) baru kemudian masuk ke jaringan backbone IP. Dari jaringan backbone IP, paket suara diteruskan ke jaringan PSTN sampai ke pendengar.
Untuk menghitung delay satu arah pada model jaringan ini, ada beberapa asumsi yang digunakan untuk mempermudah perhitungan. Beberapa asumsi tersebut adalah:
• Codec suara yang digunakan adalah codec G.711, G.726, G.728, GSM-FR dan GSM-EFR
• Semua echo ditiadakan yaitu EL=∞.
• Paket suara menerima prioritas HOL pada lapis PPP medium udara dan
fragmentation-oriented PPP digunakan dengan Maximum Transfer Unit (MTU) untuk suara dipilih dengan cara bahwa paket suara tidak boleh menunggu lebih dari durasi frame radio Tq,MT = 10 ms.
• Sebuah Header Compression (HC) digunakan untuk mengurangi rata-rata
jumlah bit overhead RTP/UDP/IP menjadi 16 bit, sedangkan bit overhead PPP sebanyak 56 bit, sehingga bit overhead total adalah 72 bit.
• Kanal transport wireless antara MT dan UTRAN mempunyai kecepatan
RT=128 Kbps
• Delay minimal, Tm,UTRAN yang terjadi dalam UTRAN adalah 10 ms dan delay
antriannya, Tq,UTRAN ditiadakan (0 ms).
• Delay minimal pada jaringan backbone IP adalah 10 ms dan delay antriannya 1ms.
• Jaringan backbone IP mempunyai kecepatan link RBB = 155 Mbps.
• Paket suara melewati 10 node (H) pada jaringan backbone IP
• Maximum Transfer Unit (MTU) untuk suara adalah 440 byte
• Delay minimal, Tm yang terjadi pada jaringan PSTN adalah 2 ms (termasuk
switching dan propagasi) dan delay antriannya ditiadakan (0 ms)
• Perhitungan faktor R dilakukan dengan asumsi tidak terjadi packet loss pada
jaringan
4.2 Perhitungan Delay Satu Arah antara Subcriber UMTS dengan Subcriber
PSTN
4.2.1 Delay Satu Arah Pada Penggunaan Codec G.711
Codec G.711 mempunyai karakteristik durasi sampel suara TW = 0,125 (ms),
durasi interval look-ahead TLA = 0 (ms) dan panjang frame sampel suara BW = 8 (bit).
Ini artinya bahwa, codec G.711 mengkodekan frame sampel suara dalam durasi 0,125 ms menjadi satu kode suara. Dengan demikian bit rate codec G.711 adalah 64 Kbps.
4.2.1.1Delay Pengkodean
Ketika Mobile Terminal (MT) mengkodekan frame suara, kode suara tersebut kemudian dipaketisasi kedalam paket IP, dan ditransmisikan melalui medium udara. Codec suara G.711 mempunyai karakteristik durasi sampel TW = 0,125 (ms), durasi
interval look-ahead TLA = 0 (ms) dan panjang frame sampel suara BW = 8 (bit). Dari
Persamaan (3.1), bit rate yang dihasilkan codec GSM-EFR adalah:
Rcod =
Delay pengkodean Tenc yang dihasilkan dari Persamaan (3.2) adalah: Tenc = TW + TLA
Tenc = (0,125 + 0) ms = 0,125 ms
4.2.1.2Delay Paketisasi
Besar ukuran satu kode suara (frame sampel suara) = 8 bit
Ukuran payload dalam satu paket sesuai dengan Persamaan (3.4) adalah Ukuran payload paket = MTU – (ORTP/UDP/IP + OPPP)
= (3520 – 72) bit = 3448 bit
Banyak kode suara dalam satu paket:
NW =
Maka berdasarkan Persamaan (3.3), besar delay paketisasi untuk satu paket: Tpack = NW . TW
= 431 . 0,125 ms = 53,88 ms
4.2.1.3Jitter
Untuk mengetahui besar jitter, terlebih dahulu kita perlu menghitung panjang durasi Transmission Time Interval (TTI). Dengan Maximum Transfer Unit (MTU) untuk suara adalah 440 byte, kecepatan kanal transport RT = 128 Kbps dan durasi frame radio TR = 10 ms, maka panjang satu TTI dapat diperoleh dari Persamaan (3.8)
NITR =27,5 ms
dimana NITR adalah satu TTI. Selanjutnya besar jitter yang terjadi pada buffer gateway VoIP dengan asumsi yang telah disebutkan sebelumnya dapat diperoleh dengan Persamaan (3.5), yaitu:
BB
4.2.1.4Delay Antrian Total Pada Jaringan
Delay antrian total pada jaringan dapat dihitung dari Persamaan (3.6) dengan mensubstitusikan beberapa parameter asumsi sebelumnya, yaitu sebesar:
BB
4.2.1.5Delay Minimal Total Pada Jaringan
4.2.1.6Delay Serialisasi
Untuk menghitung besar delay serialisasi total dari kanal transmisi, perlu diketahui kecepatan pelayanan efektif kanal transmisi. Dengan kecepatan kanal transport wireless, RT = 128 Kbps dan kecepatan link jaringan backbone IP RBB=155Mbps, maka kecepatan pelayanan efektif, RS dari kanal transmisi dapat
diperoleh dari persamaan (3.11), yaitu:
BB
Sedangkan besar delay serialisasi total, TS pada jaringan transmisi dihitung
dari Persamaan (3.10).
dengan mensubstitusikan nilai BF yaitu 3520 bit, maka diperpleh delay serialisasi total, TS pada jaringan transmisi sebesar:
4.2.1.7Delay Satu Arah Panggilan VoIP Antara Jaringan UMTS Dengan PSTN
Dengan mensubstitusikan nilai-nilai Tq, Tm, Tpack dan TS ke Persamaan (3.12),
maka diperoleh delay satu arah, TOW dari pembicara sampai ke pendengar antara
pelanggan UMTS dengan PSTN dengan menggunakan codec G.711 sebesar:
S
Dengan cara yang sama, perhitungan delay satu arah untuk codec G.726, G.728, GSM-FR dan GSM-EFR dapat diperoleh seperti Tabel 4.1
Tabel 4.1 Hasil perhitungan delay satu arah pada penggunaan jenis codec
Jenis codec
4.3 Perhitungan Nilai Estimasi E-Model dengan Faktor R
Faktor R mempengaruhi kualitas transmisi paket suara. Tabel 4.2 memperlihatkan kualitas transmisi suara pada rentang faktor R.
Tabel 4.2 Tingkat kualitas suara terhadap faktor R
Rentang Faktor R 0-60 60-70 70-80 80-90 90-100 Kualitas Transmisi Buruk Rendah Sedang Baik Sangat Baik
Faktor R ini dapat dihitung dengan Persamaan (2.1). Pada Tugas Akhir ini, akan dihitung nilai faktor R untuk codec G.711, G.726, G.728, FR dan GSM-EFR dengan asumsi bahwa tidak ada packet loss yang terjadi.
4.3.1 Nilai Faktor R Codec G.711
Untuk mendapatkan nilai faktor R, harus diketahui terlebih dahulu besar faktor penurunan kualitas akibat delay satu arah pada jaringan yang diperoleh dari Persamaan (2.2), yaitu:
Id = 0.024 d + 0.11(d – 177.3) .H(d – 177.3)
Id = 0.024 (208,36) + 0,11 (208,36-177,3) .H(208,36-1773) Id = 8,42
Dengan mensubstitusikan nilai Ie = 0 untuk codec G.711, melalui Persamaan (2.1), diperoleh nilai faktor R sebesar:
R = 94,2 - Id - Ief R = 94,2-8,42-0 R = 85,78
Dengan klasifikasi kategori kualitas codec dalam rentang nilai 80-90 untuk nilai faktor R, maka codec G.711 termasuk dalam kategori codec dengan kualitas baik. Untuk faktor R codec G.726, G.728, GSM-FR dan GSM-EFR dapat dihitung dengan cara yang sama dengan menggunakan Persamaan (2.1) dan (2.2). Hasil perhitungan nilai faktor R untuk beberapa codec tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.3
Tabel 4.3 Hasil perhitungan faktor R pada jenis codec yang bebeda
Jenis codec Id Ie Faktor R Tingkat kualitas
G.726 40 0,125 79,47 sedang G.728 16 0,625 57,07 buruk
GSM-FR 13 20 32,91 buruk
GSM-EFR 12,2 20 45,19 buruk
GSM-EFR GSM-FR G.728
G.726 G.711
0 10 20 30 40 50 60 70
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Delay satu arah (ms)
B
it
r
at
e (
kbps
)
Gambar 4.2 Grafik pengaruh penggunaan jenis codec terhadap delay satu arah
GSM-FR GSM-EFR G.728
G.726 G.711
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Delay satu arah (ms)
F
akt
or
R
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perhitungan delay satu arah pada panggilan VoIP antara subcriber UMTS dengan PSTN dengan menggunakan codec G.711, G.726, G.728, GSM-FR dan GSM.EFR. dapat diambil kesimpulan :
1. Codec G.711 dengan bit rate terbesar (64 Kbps), memiliki delay satu arah yang terkecil yaitu 208,36 ms dibandingkan dengan jenis codec lainnya yang mempunyai bit rate lebih kecil. Penggunaan codec dengan bit rate yang cepat dapat menurunkan delay satu arah pada jaringan VoIP.
2. Semakin kecil delay satu arah, nilai faktor R semakin tinggi, sehingga turut menaikkan kualitas suara pada sisi penerima. Namun delay satu arah bukanlah satu-satunya faktor yang mempengaruhi nilai faktor R, tetapi nilai faktor R juga dipengaruhi oleh packet loss yang terjadi.
3. Pemilihan jenis codec yang tepat perlu untuk meminimalisasi delay satu arah yang terjadi pada jaringan VoIP karena faktor kompresi suara sangat menentukan kualitas suara.
5.2 Saran
packet loss, sehingga hasil perhitungan delay satu arah dan hasil pengukuran kualitas suara pada sisi penerima yang diperoleh lebih teliti.
DAFTAR PUSTAKA
1. Purbo, Onno.W, 2007. “VoIP Cikal Bakal Telkom Rakyat”, PT Prima Infosarana Media, Jakarta.
2. Schwartz, Mischa. 1988, “Telecommunication Networks”, Addison-Wesley Publishing Company, New York, November.
3. Hayes Jeremiah F. 1984, “Modelling Analysis of Computer Communication Networks”, Plenum Publishing Corporation, New York.
4. Stalling, William, 2001 “Komunikasi Data dan Komputer: Dasar-dasar Komunikasi”, edisi pertama, Salemba Teknika, Jakarta.
5. Sulaiman. N, Carrasco. R and Chester. G, “Analyzing the Performance of Voice over Internet Protocol in a 3G network”, IEEE Transaction on Commmunication,
6. Davidson Jonathan, Peters James, Bhatia Manoj, Kalidindi Satish, Mukherjee Sudipto, Juli 2006 “Voice over IP Fundamentals, Second Edition”, Cisco Press, USA.
7. Forouzan, Behrouz A, 2001. “Data Communication and Networking”, 2nd Ed, McGrawHill, Boston.
8. Poppe Fabrice, De Vleeschauer Danny, H. Petit Guido, 2001. “ Choosing the UMTS Air Interface Parameters, the Voice Packet Size and the Dejittering Delay for a Voice-over-IP Call Between a UMTS and PSTN Party”, IEEE Journal to appear in SigMobile’s Mobile Computing and Communication Review.
