MODEL TOPOLOGI JARINGAN ANTENA BASE TRANSCEIVER
STATION BERBASIS RAMAH LINGKUNGAN
DI KOTA MEDAN
DISERTASI
Oleh
SINDAK HUTAURUK 118106001
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MODEL TOPOLOGI JARINGAN ANTENA BASE TRANSCEIVER
STATION BERBASIS RAMAH LINGKUNGAN
DI KOTA MEDAN
DISERTASI
SINDAK HUTAURUK 118106001
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
MODEL TOPOLOGI JARINGAN ANTENA BASE TRANSCEIVER
STATION BERBASIS RAMAH LINGKUNGAN
DI KOTA MEDAN
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
SINDAK HUTAURUK 118106001
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
P E N G E S A H A N
Judul Disertasi : MODEL TOPOLOGI JARINGAN ANTENA BASE TRANSCEIVER STATION BERBASIS RAMAH LINGKUNGAN DI KOTA MEDAN
Nama Mahasiswa : Sindak Hutauruk Nomor Pokok : 118106001
Program Studi : Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Menyetujui, Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Herman Mawengkang Promotor
Prof. Dr. Ir. Usman S. Ba’afai Prof. Dr. Nasruddin Noer, M.Eng.Sc.
Co-Promotor Co-Promotor
Ketua Program Studi, Direktur,
Dr. Delvian, SP, MP. Prof. Dr. Robert Sibarani, MS.
Diuji pada Ujian Disertasi Terbuka (Promosi)
Hari / Tanggal : Senin / 29 Agustus 2016
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Pemimpin Sidang :
Prof. Dr, Runtung Sitepu, SH., M.Hum. (Rektor USU)
Ketua : Prof. Dr. Herman Mawengkang (Guru Besar USU)
Anggota : Prof. Dr. Robert Sibarani, MS (Direktur Sekolah Pascasarjana USU) Prof. Dr. Usman S. Ba’afai (Guru Besar USU)
Prof. Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc. (Guru Besar USU) Prof. Dr. Monang Sitorus, M.Si. (Guru Besar UHN)
PERNYATAAN
Judul Disertasi
“
MODEL TOPOLOGI JARINGAN ANTENA BASE TRANSCEIVER STATION BERBASIS RAMAH LINGKUNGAN DI KOTA MEDAN”Dengan ini penulis menyatakan bahwa disertasi ini, yang disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya penulis sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan disertasi ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah.
Apabila dikemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian disertasi ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang dan sanki-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
Medan, 14 Agustus 2016
Penulis,
Sindak Hutauruk
i
A B S T R A K
Menara antena BTS (Base Transceiver Station) ditempatkan pada seluruh wilayah kelurahan di kota Medan dengan jumlah keseluruhan hampir mencapai 5.000 antena. Antena-antena tersebut dibangun oleh operator-operator telepon selular pada tempat yang berdekatan dengan pemukiman, pusat perbelanjaan, sekolah, rumah sakit bahkan pada rumah ibadah. Antena BTS memancarkan sinyal gelombang medan elektromagnetik (EMF, Electromagnetic Field)) yang dapat mencapai radius 3 sampai 9 km. Bila power density (PD) dari EMF tersebut tidak mengatur pembangunan antena BTS yang melindungi lingkungan hidup dari paparan radiasi EMF antena BTS. Oleh sebab itu peneliti melakukan perlindungan lingkungan hidup khususnya kesehatan masyarakat dari efek negatif radiasi EMF yaitu dengan melakukan pemodelan topologi antena BTS berbasis ramah lingkungan di kota Medan. Pemodelan dilakukan dalam bentuk matematis dengan menggunakan Mixed-Integer Linear Programming (MILP). Model tersebut menggabungkan masalah pemilihan lokasi BTS (BTSL), masalah ketersediaan Frequency Channel Assigment (FCA), dan koneksi BTS ke jaringan yang semuanya berbasis nilai ambang batas power density sehingga ramah terhadap lingkungan hidup khususnya terhadap kesehatan masyarakat pada area CA BTS. Model yang diperoleh ini dapat meminimalkan biaya, jaminan koneksitas, dan perlindungan lingkungan hidup secara penuh terhadap bahaya radiasi EMF antena BTS. Model ini dapat memberikan kontribusi sebagai masukan kepada pemerintah kota Medan untuk membuat sebuah regulasi dalam menata menara antena BTS telepon seluler berbasis ramah lingkungan di kota Medan.
ii
A B S T R A C T
Antenna tower BTS (Base Transceiver Station) is placed on the entire territory of the village in the city of Medan with a total of nearly 5,000 antennas. These antennas were built by telephone cellular operators I n the space close to residential areas, shopping centers, schools, hospitals and even houses of worship. BTS antenna emits a signal of Electromagnetic Field (EMF) wave that can reach a radius of 3 to 9 km. When the power density (PD) of the EMF exceeded the threshold value (4.5 watts / m2 for a frequency of 900 MHz, and 9 watts / m2 for a frequency of 1800 MHz.), It will have a negative effect on the environment which are in the coverage area (CA) of BTS. More than 80 % of antennas of base stations in the city of Medan is above the threshold value at a distance of about 100 meters away from BTS antennas. While the Regulation of Spatial Plan of medan city does not regulate the BTS antenna development that protects the environment from exposure to EMF radiation BTS antennas. So researchers do environmental protection, especially public health, from the negative effects of EMF radiation that is by modeling the topology of the antenna BTS based on Eco-Friendly in the city of Medan. Modelling done in mathematical form by using Mixed-Integer Linear Programming (MILP). The model incorporates the BTS site selection problem (BTSL), Channel Frequency availability problems assigment (FCA), and the connection to the network base stations, all based power density threshold value that is safer to the environment, especially on public health in the CA of BTS. The model is to minimize the costs, guarantees connectivity, and full protection of the environment against the dangers of EMF radiation BTS antennas. This model can contribute to the Medan city government to create a regulation in managing the environmental based BTS antenna tower-of cellular phone.
iii
1971 : Lulus SD Kartika Chandra Kirana Persit Kodam II BB 1974 : Lulus SMP PKM Methodist 1 Jalan Hang Tuah, Medan 1977 : Lulus SMA PKM Methodist 1 Jalan Hang Tuah, Medan
1984 : Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti, Jakarta.
1991 : Magister Teknik Elektro, Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung (ITB).
Pekerjaan,
1986 - sekarang : Dosen Tetap Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen. 1992 - 1994 : Kepala Pusat Sistem Informasi Universitas HKBP
Nommensen.
1994 - 1997 : Wakil Dekan I Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen.
2000 - 2004 : Dekan Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen. 2005 - 2006 : Wakil Rektor III Universitas HKBP Nommensen.
2007 - 2011 : Ketua Prodi Tek. Elektro Fak. Teknik Universitas HKBP Nommensen.
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Disertasi
ini dengan judul “
Model Topologi Jaringan Antena Base Transceiver Station Berbasis Ramah Lingkungan di Kota Medan”. Penyusunan Disertasi ini merupakan salah satu syarat dalam rangka penyelesaian studi program Doktor pada Program Studi Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Lingkungan Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini dengan rasa penuh hormat, penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis sehingga Disertasi ini dapat penulis selesaikan dengan baik. Ucapan terimakasih ini secara khusus penulis sampaikan kepada :
1. Prof. Dr, Runtung Sitepu, SH., M.Hum., Rektor Universitas Sumatera Utara. 2. Prof. Dr. Robert Sibarani, MS., Direktur Sekolah Pascasarjana USU.
3. Dr. Delvian, Sp., MP., Penguji dan juga Ketua Program Studi PSL USU yang telah banyak membantu, memotivasi, memberikan masukan, dan memfasilitasi penulis selama menempuh pendidikan Doktor.
4. Prof. Dr. Herman Mawengkang, Promotor yang telah banyak sekali membimbing, mendorong, memotivasi, dan selalu menerima kedatangan penulis dikantor dengan senyum lebar walaupun dalam kesibukannya.
5. Prof. Dr. Usman S. Ba’afai, Co-Promotor yang selalu menyediakan waktunya memberikan masukan dan dorongan kepada penulis untuk kesempurnaan Disertasi.
6. Prof. Dr. Nasruddin, M.N., M.Eng.Sc., Co-Promotor yang selalu dengan ramah dan senang hati menerima penulis datang ke kantor untuk meminta masukan dan bimbingan.
7. Dr. dr. Wirsal Hasan, MPH., Penguji yang selalu dengan ramahnya memberikan masukan dan koreksi terhadap Disertasi penulis.
8. Prof. Dr. Monang Sitorus, M.Si., Penguji yang dalam kesibukannya selalu dapat memberikan waktunya dalam memberikan masukan dan koreksi Disertasi penulis.
v
10. Seluruh Dosen Pengajar pada Program Studi PSL USU yang telah membimbing dan mendidik penulis selama menempuh pendidikan Doktor.
11. Dr. Yolanda Sitompul, Sp.Rad, istri tercinta yang selalu memberikan dorongan, semangat, dan doa selama masa studi dan sepanjang penulisan Disertasi ini. 12. Ananda Ricardo Marcelino Hutauruk dan Alaxander Dionisius Hutauruk
tercinta yang rela menerima dengan tulus dan ikhlas tersitanya waktu penulis untuk selalu bersama mereka dikala mereka butuhkan.
13. Ir. Nurdin Tampubolon, ketua Yayasan Universitas HKBP Nommensen yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan pendidikan Doktor.
14. Dr. Ir. Sabam Malau, Rektor Universitas HKBP Nommensen yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan pendidikan strata 3.
15. Dr. Haposan Siallagan, SH, MH. (Wakil Rektor 1 UHN), Drs. Charles Sianturi, MSBA. (Wakil Rektor 2 UHN), Dr. Hilman Pardede, S.Pd., M.Pd. (Wakil Rektor 4 UHN) yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan pendidikan Doktor.
16. Dr. Richard Napitupulu, St., MT. (Dekan Fak. Teknik UHN), Ir. Jamser Simanjutak, MT. (Ketua Program Studi Teknik Elektro UHN) dan seluruh staf pengajar program studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen yang telah memberikan dorongan dan semangat kepada penulis selama masa pendidikan Doktor.
17. Ir. Wiyanto Soegiarto dan pimpinan PT. Transdata Satkomindo Jakarta yang telah banyak membantu penulis selama masa penelitian.
18. Ir. M.O. Hutauruk / br. Saragih dan keluarga besar Hutauruk Sipaettua kota Medan yang selalu mendukung dan mendorong penulis dalam menyelesaikan pendidikan Doktor.
19. Nyonya B.O. Sitompul br Pandiangan, Berto Sitompul, Lando Sitompul, Fayola br. Sitompul, dan Yvonne br. Sitompul yang mendukung dan memberikan semangat kepada penulis selama masa pendidikan Doktor.
20. Keluarga alm. Ir. Harun Simanjutak / alm. Sondang br. Hutauruk, keluarga alm. Pdt. J. Aruan, S.Th. / Dra. S. br. Hutauruk Apt., MSi, keluarga alm. T. Panggabean / alm. Y br. Hutauruk, S.Pd. serta seluruh keponakan yang telah memberikan dukungan semangat kepada penulis selama masa pendidikan Doktor.
21. Seluruh Staf Wakil Rektor III Universitas HKBP Nommensen yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan pendidikan Doktor.
22. Seluruh rekan Alumni, dan rekan-rekan Mahasiswa Program Studi PSL USU yang telah banyak memberikan semangat dan dorongan dalam menyelesaikan pendidikan Doktor.
vi
bermanfaat bagi masyarakat, operator telepon selular, dan pemerintah kota Medan dalam menata menara antena BTS yang ramah lingkungan melalui regulasi pemerintah kota Medan. Semoga kiranya Tuhan Yang Maha Esa memberkati kita semua. Amin.
Medan, Agustus, 2016
Sindak Hutauruk
vii 2.4.2.1. Pengaruh gelombang EMF terhadap kesehatan manusia ... 28
2.4.2.2. Pengaruh gelombang EMF terhadap kesehatan hewan ... 30
2.4.3. Nilai ambang batas paparan radiasi EMF ……….… 31
2.4.4. Besarnya power density EMF yang dipancarkan antena BTS ……….. 32
2.4.4.1. Pemodelan power density mengguakan powersim ... 33
2.4.4.2. Pemodelan power density menggunakan estimator ITU ... 35
2.5. Mitigasi Radiasi dari Antena BTS ……..………... 38
viii
3.8.2. Metode solusi dalam integer programming Pendekatan Pembulatan……… 51
3.8.3. Pendekatan Grafik ……….. 54
4.1.2. Hasil pengukuran EMF dan efek negatifnya terhadap Lingkungan hidup ………..………. 67
4.2. Konsep Dasar Model yang Digunakan ………..…….…….. 74
4.3. M o d e l ... 78
4.3.1. Melakukan formulasi dari fungsi tujuan ……….. 80
4.3.1.a. Model biaya instalasi BTS ………. 81
4.3.1.b. Model biaya koneksi BTS yang dipilih ke hub. 82
4.3.1.c. Model biaya koneksi BTS yang dipilih dengan switch ……….. 82
4.3.1.d. Model biaya koneksi hub dengan switch …….. 83
4.3.1.e. Model biaya pemindahan BTS ……….. 83
4.4. Algoritma Penyelesaian Model ……….……..………… 90
4.5. Simulasi Model ………... 91
4.5.1. Simulasi perlindungan lingkungan hidup pada hubungan komunikasi antar MS pada BTS yang berbeda dalam satu switch ……….... 92
4.5.2. Simulasi perlindungan lingkungan hidup pada hubungan omunikasi antar MS pada BTS yang berbeda dalam satu hub ………. 93
4.5.3. Simulasi perlindungan lingkungan hidup pada hubungan komunikasi antar MS dalam satu BTS pada sel yang berbeda .……….. 94
ix
4.6. Perlindungan Lingkungan Hidup Sebelum dan Sesudah
Penerapan Model ……… 96
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ………….………..……... 98
5.1. Kesimpulan ……….……… 98
5.2. Saran ………..………. 99
x
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
1.1. Persentase pengaruh power density dari antena BTS terhadap gender .. 5 1.2. Kasus penolakan warga terhadap pembangunan menara BTS ……….. 6 2.1. Rentang frekuensi spektrum gelombang EMF ………. 24 2.2. Nilai ambang batas power density untuk beberapa negara …..……….. 31 2.3. Besarnya power density sebagai fungsi dari jarak menggunakan
powersim ……….... 35
2.4. Besarnya power density sebagai fungsi dari jarak menggunakan estimator … 36 3.1. Jumlah sampel antena BTS ………..……. 45 3.2. Tabulasi penyelesaian masalah program integer ………... 53 3.3. Optimum masalah LP dengan metoda Gomory ……… 56 4.1. Persentase jumlah PD di bawah batas ambang,batas …………..……... 70 4.2. Dampak EMF diatas nilai ambang batas terhadap lingkungan hidup .... 70 4.3. Rpeak terdekat dan terjauh ………..………. 74 4.4. Komunikasi MS antar BTS dalam satu switch berbasis perlindungan
lingkungan hidup ……….... 92 4.5. Komunikasi MS antar BTS dalam satu hub berbasis perlindungan
lingkungan hidup ………..….… 94
4.6. Komunikasi antar MS dalam satu BTS pada sel yang berbeda berbasis perlindungan lingkungan hiudp …... 94 4.7. Komunikasi antar MS dalam satu BTS dan sel yang sama berbasis
perlindungan lingkungan hidup ………..…………. 96
4.8. Perbandingan hasil simulasi model dengan kondisi riil lapangan …… 97
xi
2.4. Pola radiasi Omnidirectional untuk antena vertikal ………. 26
2.5. Pola radiasi spherical bersumber dari satu titik pancar …..………. 26
2.6. Paparan radiasi EMF dari antena BTS terhadap manusia ……….... 27
2.7. Diagram alir power density dari BTS ………... 34
2.8. Diagram simpal kausal power density dari BTS ……….. 34
2.9. Grafik power density sebagai fungsi dari jarak ……… 35
2.10. Daya yang dipancarkan oleh sebuah antenna BTS ………….…….. 36
2.11. Power density dengan menggunakan software estimator ITU …... 37
2.12. Kumulatif paparan dari 2 buah antena BTS ……….……… 37
2.13. Korelasi power density dengan tinggi antena BTS ….……….. 39
2.14. Distribusi power density untuk tinggi antena 20 m dan 35 m ..…….. 40
2.15. Distribusi power density dengan metode downlitlt VRP antena BTS . 41 2.16. Distribusi power density dengan gain antena yang berbeda ………. 42
3.1. Bagan alir fishbone metode penelitian …….………. 44
4.11. Flowchart ketentuan yang dipersyaratkan pada model yang diperoleh ………..…… 89
xii
DAFTAR LAMPIRAN
No. Judul Halaman
A. Hasil Pengukuran Koordinat dan Power Density
BTS Operator A ………..……… 113
B. Hasil Pengukuran Koordinat dan Power Density
BTS Operator B ……….. 122
C. Data Keluhan Masyarakat yang Tinggal Dekat dengan Antena BTS di Kelurahan Padang Bulan, Kecamatan Medan baru,
Kota Medan pada Tahun 2012 ………. 130
D.1. Dua belas Kendala pada Model yang diperoleh
Fischetti et. Al. (2001) ………... 135
D.2. Sembilan Kendala pada Model yang diperoleh
Kalvenes et. Al (2005) ……….. 138
xiii
DAFTAR SINGAKATAN
BTS = Base Transceiver Station
BTSL = Base Transceiver Station Location
CA = Coverage Area
CME = Civil, Mecahnical, Electric
CTND = Cellular Topological Network design EMF = Electromagnetic Field
EMR = Electromagnetic Radiation FAP = Frequency Assigment Problem FCA = Frequency Channel Assigment GPS = Global Positioning System
GSM = Global System for Mobile Communication
ICNIRP = International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
IMB = Ijin Mendirikan Bangunan
IW = Ijin Warga
KKOP = Kawasan Keselamatan Operasi Penerbangan
LOS = Line of Sight
MILP = Mixed Integer Linear Programming
MS = Mobile Station
OTS = Operator Telepon Selular
PD = Power Density
PLCC = Program Linier Cacah Campuran
RF = Radio Frequency
RJPD = Rancangan Jaringan berbasis Power Density RTJ = Rancangan Topologi Jaringan
SAR = Spesific Absortion Rate SIR = Signal to Inteference Ratio SIS = Site Investigation Survey SITAC = Site Aquisition
TND = Topological Network Design
TP = Tower Provider
