BAB II WIMAX
2.1 Umum
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan teknologi berdasarkan pada standar wireless metropolitan area networking (WMAN) yang diadopsi baik oleh Institute Of Electrical and Electronic Engineering (IEEE) maupun oleh ETSI HiperMAN (European Telecomunications Standard Institute-High Performance Metropolitan Area Network). Pada saat sekarang ini teknologi WiMAX lebih dikenal dengan teknologi IEEE 802.16x [1].
Tahun 1998, IEEE membentuk grup yang dikenal dengan nama grup IEEE 802.16 yang bertujuan untuk mengembangkan standar antar muka untuk teknologi nirkabel pita lebar. Pada tahun 2001, WiMAX forum berhasil mendefinisikan WiMAX sebagai standar teknologi yang memungkinkan akses broadband wireless last mile sebagai alternatif pengganti pita lebar kabel dan DSL (Digital Subscriber Line).
Teknologi WiMAX secara umum dapat digunakan untuk mendukung akses internet pita lebar bagi pelanggan bersifat tetap (fixed), maupun untuk pelanggan bersifat nomaden (nomadic) dan memiliki pergerakan tinggi (mobile). Implementasi teknologi WiMAX secara umum ditunjukan dengan Gambar 2.1 [1].
Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX
Selain itu, teknologi WiMAX juga menyediakan berbagai keuntungan bila dibandingkan dengan teknologi DSL yakni pada kemampuan untuk menjangkau daerah pelanggan yang mencapai radius 30 Mil, bekerja pada kondisi NLOS (Non-Line of Sight) dengan kecepatan laju data hingga mencapai 75 Mbps (tergantung spesifikasi yang dipakai). Kemampuan yang dimiliki WiMAX membuat WiMAX menjadi teknologi yang sangat berkembang di seluruh dunia [1].
Implementasi WiMAX yang mudah dengan kemampuan teknologi yang memadai memungkinkan bagi WiMAX untuk dikembangkan dan dipakai di Indonesia yang berbentuk kepulauan dan memiliki wilayah yang luas. Secara umum, dari Gambar 2.1 dapat dilihat WiMAX dipakai sebagai jaringan backhaul yang bersifat tetap. Selain itu WiMAX juga dapat digunakan untuk mendukung koneksi LOS terhadap pengguna di rumah yang memiliki perangkat komputer yang bersifat bergerak (portable) maupun melayani jaringan NLOS terhadap pelanggan di dalam gedung perkantoran, jaringan hotspot, dan pelanggan yang bersifat mobile.
2.2 Perkembangan WiMAX
Perkembangan teknologi WiMAX telah melalui berbagai tahapan pengembangan dan standarisasi. Sesuai dengan standarisasi yang dilakukan maka perkembagan teknologi WiMAX dapat dibagi ke dalam berbagai tahapan yakni :
1. 802.16, diperkenalkan pada tahun 2001, standar lapis MAC mengadaptasi standar teknologi yang digunakan pada modem DOCSIS (data over cable service interface spesification). Teknologi ini umumnya digunakan untuk pelanggan yang sifatnya tetap (fixed) dan bekerja pada frekuensi 10 – 66 GHz [1].
2. 802.16a, diperkenalkan pada tahun 2003, merupakan amandemen lanjutan dari standar sebelumnya. 802.16a dan ditujukan untuk pelanggan yang bersifat tetap (fixed). 802.16a telah mengadopsi kemampuan untuk bekerja secara NLOS pada 2 – 11GHz dan telah mengadopsi teknologi orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) [1].
3. 802.16d, diperkenalkan tahun 2004, 802.16 memiliki semua standar yang terdapat pada 802.16 dan 802.16a dengan berbagai tambahan pada lapis MAC. Salah satunya ialah kemampuan untuk mendukung penggunaan orthogonal frequency multiple access (OFDMA). 802.16d juga dikenal sebagai spesifikasi dasar untuk jaringan nirkabel pita lebar tetap (fixed broadband wireless). 802.16d juga dikenal dengan sebutan IEEE 802.16-2004 atau fixed WiMAX [2].
4. 802.16e, diperkenalkan pada Desember 2005, 802.16e merupakan amandemen lanjutan terhadap 802.16d. 802.16e telah mendukung kemampuan untuk melayani pelanggan yang bersifat bergerak (mobile) maupun nomaden (nomadic). 802.16 juga dikenal sebagai spesifikasi dasar untuk jaringan nirkabel pita lebar bergerak
(mobile broadband wireless). 802.16e juga dikenal dengan sebutan WiBRO (diperkenal di Korea Selatan), IEEE 802.16-2005 atau mobile WiMAX. Adapun karakteristik dasar dari standar IEEE 802.16 dapat dilihat pada Tabel 2.1 [2].
Tabel 2.1 Karakteristik dasar standar IEEE 802.16
Standar
Spesifikasi
802.16 802.16-2004 802.16-2005
Status Desember 2001 Juni 2004 Desember 2005
Frekuensi kerja 10GHz-66GHz 2GHz-11GHz 2GHz-11GHz untuk fixed 2GHz-6GHz untuk mobile
Aplikasi Fixed LOS Fixed NLOS Fixed dan mobile NLOS
Arsitektur MAC Point-to- mulipoint,mesh
Point-to-mulipoint,mesh Point-to-mulipoint,mesh Skema transmisi Single carrier Single carrier, 256 OFDM
atau 2048 OFDM
Single carrier, 258 OFDM atau scalable OFDM dengan 126,
512, 1024 atau 2048 subcarriers.
Modulasi QPSK, 16QAM,
64QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM Laju data kotor 32Mbps-134.4
Mbps
1Mbps-75Mbps 1Mbps-75Mbps
Multiplexing Burst
TDM/TDMA
Burst
TDM/TDMA/OFDMA
Burst TDM/TDMA/OFDMA
Duplexing TDD dan FDD TDD dan FDD TDD dan FDD
Lebar pita kanal 20MHz, 25MHz, 28MHz
1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,
1.25MHz,5MHz,10MHz,15 MHz,8.75MHz
1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,
1.25MHz,5MHz,10MHz,15MH z,8.75MHz
Implementasi WiMAX
Tidak ada 256 – OFDM sebagai fixed WiMAX
Scalable OFDMA sebagai mobile WiMAX
Radius Sel 2-5Km 7-10Km dengan maks 50Km 2-5Km
Adapun beberapa kualitas fitur yang ditawarkan oleh WiMAX secara umum adalah :
1. Lapis fisik pada WiMAX yang berdasarkan pada orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) yang memungkinkan WiMAX mempunyai ketahanan yang lebih terhadap multipath dan dapat beroperasi pada kondisi NLOS.
2. WiMAX menawarkan laju data yang sangat tinggi mencapai 74Mbps dengan lebar spekturm 20MHz.
3. Kemudahan dalam pengaturan lebar pita dan dukungan terhadap laju data.
4. Modulasi adaptif dan pengkodean yang memungkinkan untuk pemaksimalan throughput pada kanal yang berubah menurut waktu.
5. Mendukung automatic retransmission request (ARQ) pada lapis link.
6. Telah mendukung time division duplexing (TDD) dan frequency division duplexing (FDD).
7. Pengaplikasian orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) yang meningkatkan kapasitas kanal secara signifikan.
8. Memungkinkan pengalokasian kapasitas kanal secara dinamis.
9. Memungkinkan dukungan terhadap mobilitas pelanggan.
10. WiMAX telah mengadopsi arsitektur yang berbasis internet protocol (IP).
2.3 Teknologi WiMAX
Implementasi teknologi nirkabel pada umumnya memerlukan adanya jalur line of sight (LOS) antara pengirim dan penerima, jika terdapat kondisi NLOS maka akan menimbulkan redaman propagasi yang akan menurunkan kualitas pensinyalan. Seperti
yang telah dibahas sebelumnya, teknologi WiMAX menawarkan kemampuan untuk bekerja secara baik pada kondisi NLOS dengan beberapa fitur tambahan yang berkualitas karena didukung oleh penerapan teknologi OFDM dan OFDMA.
2.3.1 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik pentransmisian yang sangat mumpuni. Skema transmisi OFDM lebih dikenal dengan sebutan multicarrier modulation. Ide dasar dari modulasi multicarrier adalah membagi laju data yang tinggi ke dalam beberapa aliran paralel laju data rendah dan memodulasi setiap aliran paralel tersebut dengan carriers yang berbeda (subcarriers). Frekuensi pada subcarrierss tersebut tegak lurus (orthogonal) antara satu dengan lainnya sehingga secara teoritis telah mengeliminasi inteferensi antar kanal. Dengan teknik modulasi multicarrier ini diharapkan dapat mengatasi masalah multipath dan delay spread yang sering menjadi kendala dalam komunikasi nirkabel [2].
2.3.2 Sub-Kanalisasi (Sub-channelization)
Sub-kanalisasi (Subchannelization) didefinisikan sebagai sub-kanal yang dapat dialokasikan kepada pelanggan yang berbeda tergantung kepada kondisi kanal dan kebutuhan data pelanggan. Kanalisasi mengkonsentrasikan daya ke dalam sejumlah carrier OFDM dan meningkatkan penguatan sistem sehingga dapat digunakan untuk memperluas jangkauan sistem, mengurangi konsumsi daya dan mengatasi rugi – rugi akibat adanya bangunan. Kanalisasi juga memberikan kemudahan dalam manajemen lebar pita dan daya transmisi [2].
2.3.3 Sistem Antena
Standar WiMAX menyediakan dukungan yang luas untuk pengimplementasian multi-antenna untuk meningkatkan performansi sistem. Dengan menggunakan Advanced Antenna Systems (AAS), maka efisiensi spektrum dan peningkatan kapasitas sistem dapat dicapai. AAS memberikan solusi multi-antena berupa keragaman transmisi (transmit diversity), beamforming dan spatial multiplexing [1].
Untuk mendapatkan keragaman transmisi (transmit diversity), maka sejumlah skema space-time block coding dapat digunakan pada sisi downlink. Keragaman transmit (transmit diversity) memungkinkan adanya satu atau lebih antenna pada sisi pengirim maupun penerima. Beamforming dapat memberikan peningkatkan yang signifikan pada area jangkauan, kapasitas dan ketahanan (reliability). Spatial multiplexing yang memungkinkan beberapa aliran yang independen ditransmisikan melalui beberapa antena [1].
2.3.4 Modulasi Adaptif (Adaptive Modulation)
WiMAX mendukung berbagai skema modulasi dan pengkodean yang mengizinkan skema untuk berubah pada setiap transmisi per link tergantung kondisi kanal. Ketika kondisi kanal pada keadaan terbaik maka digunakan pola modulasi terbaik sehingga dapat memberikan kapasitas yang besar kepada sistem. Jika kondisi kanal pada keadaan terburuk maka sistem akan bergeser kepada modulasi yang lebih rendah sehingga konektivitas dapat dipertahankan secara baik. Kualitas kanal downlink dapat dideteksi dengan menggunakan indikator umpan – balik kualitas kanal yang ada pada pelanggan (mobile station). Sedangkan untuk uplink, base station dapat memperkirakan
kualitas kanal berdasarkan kualitas sinyal yang diterima. Modulasi adaptif dan pengkodean secara umum dapat meningkatkan kapasitas kanal karena mengizinkan pertukaran antara throughput dan robustness pada setiap link secara real-time [1] [2].
2.3.5 Teknik Koreksi Kesalahan
Teknik koreksi kesalahan pada WiMAX ditujukan untuk mengurangi kebutuhan SNR. Forward error correction (FEC) dengan Reed Solomon, convolutional encoding, dan algoritma interleaving digunakan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan sehingga thoughput dapat ditingkatkan. Teknik ini dapat memperbaiki frame yang rusak yang mungkin disebabkan oleh frequency selective fading atau burst errors. Automatic repeat request (ARQ) digunakan untuk memperbaiki kesalahan yang tidak dapat dilakukan oleh metode FEC. ARQ meningkatkan kinerja bit error rate (BER) secara signifikan pada tingkat threshold yang sama [1] [2] [3].
2.3.6 Diversivitas Pengirim dan Penerima
Pola diversitas digunakan untuk mendapatkan sinyal yang lebih baik pada kondisi lingkungan yang NLOS. Algoritma diversitas dilakukan pada stasiun pemancar maupun penerima untuk meningkatkan kemampuan sistem. Pilihan diversitas pada pemancar menggunakan space time coding (STC) untuk menyediakan transmisi daya yang independen, yang dapat mengurangi kebutuhan fade margin dan mengatasi interferensi.
Pada diversitas penerima, teknik kombinasi digunakan untuk meningkatkan kemampuan sistem. Maximum ratio combining (MRC) mengambil sinyal yang terbaik dari dua
penerima untuk mengatasi fading dan mengurangi path loss. Diversitas merupakan cara yang efektif untuk mengatasi propagasi NLOS [1].
2.3.7 Penghematan Daya
Mobile WiMAX menyediakan salah satu fitur handal yang mendukung pemakaian baterai yang lebih lama yakni penghematan daya. Penghematan daya dilakukan ketika mobile stastion (MS) tidak aktif dalam melakukan transmisi dan penerimaan data. Hal ini dilakukan dengan metode pensinyalan yang membuat MS berada dalam kondisi tidur (sleep mode) dan kondisi tidak aktif (idle mode). Ketika MS berada dalam kondisi tidur (sleep mode), maka MS secara efektif mati dan berada dalam kondisi tidak dapat mengirimkan data untuk periode tertentu. Sementara kondisi tidak aktif (idle mode) ialah kondisi yang mana MS mati secara keseluruhan, tidak terdaftar dalam base station mana pun namun tetap menerima aliran trafik downlink. Fitur idle mode memberikan penghematan daya yang lebih [1].
2.4 Perbandingan Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain
Selain WiMAX sebagai salah satu teknologi nirkabel pita lebar, masih terdapat teknologi lain yang menyediakan layanan yang sama yakni Wi-Fi dan jaringan seluler 3G. Wi –Fi (wireless fidelity) merupakan sistem layanan nirkabel pita lebar yang berbasis standar IEEE 802.11x dengan tujuan utama untuk menyediakan jaringan lokal (LAN) pada suatu bangunan. Pada saat ini, Wi–Fi dapat menyajikan kecepatan laju data mencapai 54 Mbps dengan jangkaun 100 kaki untuk penggunaan dalam ruangan. Wi-Fi
memiliki keunggulan dalam pengimplementasian karena dapat menggunakan spektrum frekuensi yang tidak memerlukan pengaturan/lisensi (unlisenced) [1].
Selain Wi-Fi, sistem seluler 3G juga memberikan layanan nirkabel pita lebar.
Sistem seluler yang beroperasi menggunakan GSM menawarkan layanan UMTS (universal mobile telephone system) dan HSDPA (high speed downlink packet access) sebagai layanan 3G sedangkan sistem telepon seluler berbasis CDMA menggunakan layanan 1x EV-DO (1x evolution data optimized) sebagai solusi layanan 3G. HSDPA merupakan layanan penghantar muka downlink berdasarkan standar 3GPP UMTS release 5 dengan kemampuan menyajikan laju data hingga 14.4 Mbps dengan lebar pita 5 MHz.
Sedangkan 1x EV-DO merupakan standar data cepat yang berdasar pada sistem IS – 95 CDMA dengan kecepatan penyajian data sekitar 2.4 Mbps dengan lebar pita 1.25MHz.
Perbandingan teknologi WiMAX dengan teknologi nirkabel pita lebar lainnya disajikan dalam Tabel 2.2 [1].
Tabel 2.2 Komparasi Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain
Parameter Fixed WiMAX
Mobile WiMAX HSPA 1x EV-DO Rev A
Wi-FI
Standar IEEE 802.16- 2004
IEE802.16E- 2005
3GPP Release 6 3GPP2 IEEE 802.11 a/g/n Laju data
downlink
9.4 Mbps pada 3.5MHz dengan rasio TDD DL-UL 3:1; 6.1Mbps rasio 1:1
46Mbpsa 14.4Mbps dengan 15 kode;
7.2 Mbps dengan 10 kode
pada 10MHz dengan rasio TDD DL- UL 3:1; 32Mbps dengan rasio 1:1
3.1Mbps 54Mbpsb dipakai bersama untuk 802.11a/g;
100Mbps untuk 802.11n Laju data
uplink
3.3Mbps pada 3.5MHz dengan rasio DL-UL 3:1;
6.5Mbps dengan rasio 1:1
7Mbps1 pada 1.4Mbps 10MHz dengan
rasio DL-UL 3:1;
4Mbps dengan rasio 1:1
1.8Mbps
Lebar pita 3.5MHz dan 7MHz untuk frekuensi 3.5 GHz; 10MHz untuk frekuensi 5.8 GHz
3.5 MHz, 7MHz, 5 MHz, 10MHz dan 8.75MHz
5MHz 1.25MHz 20 MHz
untuk 802.11a/g;
20/40MHz untuk 802.11n
Multiplexing TDM TDM/OFDMA TDM/CDMA TDM/CDMA CSMA
Mobilitas Tidak mendukung
Sedang Tinggi Tinggi Rendah
Frekuensi 3.5 GHz dan 5.8 GHz
2.3GHz,2.5GHz dan 3.5GHz
800/900/1800/19 00/2100MHZ
800/900/1800/
1900MHz
2.4GHz,5GH z
Jangkauan 3-5 mil < 2 mil 1-3 mil 1-3 mil < 100 kaki untuk dalam ruangan;
< 1000 kaki untuk luar ruangan Catatan : a. Dengan asumsi 2 X 2 MIMO dan kanal 10 MHz.
b. Karena inefisiensi CSMA MAC, maka throughput hanya berkisar 20Mbps hingga 25 Mbps
Tidak seperti teknologi seluler 3G yang hanya memiliki lebar pita tetap, WiMAX memiliki lebar pita kanal yang dapat dipilih mulai dari 1.25 MHz hingga 20 MHz sehingga memudahkan dalam pemilihan teknologi yang bersesuaian dengan kebutuhan.
Lebih lanjut, lapis fisik WiMAX yang menggunakan teknologi OFDM lebih mudah untuk mendukung implementasi MIMO bila dibandingkan dengan sistem CDMA. OFDM pada sistem WiMAX juga memungkinkan untuk mengeksploitasi diversitas frekuensi dan pelanggan dibandingkan dengan sistem seluler 3G. Keuntungan lain dari WiMAX adalah kemampuannya untuk mendukung link yang bersifat simetris untuk berbagai aplikasi tetap (fixed) dan fleksibilitas dalam pengaturan rasio data antara downlink dan uplink bila dibandingkan dengan sistem seluler 3G yang hanya menawarkan rasio laju data downlink dan uplink asimetris yang bersifat tetap. Selain laju data, WiMAX juga telah menyajikan komunikasi data yang berbasis teknologi packet switch dibandingkan dengan sistem seluler 3G yang masih berbasis circuit switch. Dari Tabel 2.2 dapat dilihat bahwa WiMAX juga mendukung peruntukan dua model penggunaan yakni Fixed dan Mobile [1].
2.4.1 Fixed WiMAX
Standar IEEE 802.16-2004 didesain untuk model penggunaan tetap (fixed).
Standar ini dikenal sebagai “fixed wireless” karena sifatnya yang memberikan layanan yang tetap dan tidak mendukung kemampuan mobilitas bagi pelanggannya. IEEE 802.16- 2004 juga dapat digunakan untuk instalasi dalam ruangan (indoor), tetapi kemampuannya tidak sama dengan instalasi luar ruangan (outdoor). Standar 802.16-2004 dikenal sebagai fixed broadband internet access yang dapat interoperable serta dilengkapi solusi carrier- class untuk jangkauan jarak jauh. WiMAX versi IEEE 802.16-2004 ini beroperasi pada
pita frekuensi 2.5-GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz. Teknologi ini menyediakan jaringan tanpa kabel sebagai alternatif pengganti dari cable modem, digital subscriber lines dengan beberapa tipe (xDSL), transmit/exchange (Tx/Ex), dan jaringan optical carrier level (OC-x) [1].
2.4.2 Mobile WiMAX
Standar IEEE 802.16e merupakan amandemen lanjutan terhadap 802.16 untuk mendukung kemampuan mobilitas dengan menambahkan portabilitas dan kemampuan roaming pada perangkat CPE-nya. Standar 802.16e menggunakan orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) yang bekerja dengan mengelompokkan berbagai subcarriers ke dalam sub-channel. Client tunggal atau subscriber station (SS) dapat ditransmisikan dengan menggunakan seluruh sub-channels dalam suatu carrier, atau multiple client dapat ditransmisikan dengan masing-masing menggunakan sebagian dari total sub-channel secara bersama-sama [1].
Karena kemampuannya dalam mendukung pengguna fixed dan portable, WiMAX dapat digunakan pula untuk backhaul sistem seluler. Layanan WiMAX dapat diperuntukan untuk melayani aplikasi berupa broadband on demand, broadband untuk perumahan, undeserved areas, dan best connected wireless service. Secara umum komparasi antara fixed WiMAX dan mobile WiMAX dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Perbandingan Parameter Fixed dan Mobile WiMAX
Parameter Fixed WiMAX Mobile WiMAX
Ukuran FFT 256 128, 512, 1028, 2048
Jumlah subcarriers yang digunakan untuk data
192 72, 360, 720, 1440
Jumlah subcarriers pilot 8 12, 60, 120, 140
Jumlah guard subcarriers 56 44, 92, 184, 368
Lebar pita kanal (MHz) 3.5 1.25, 5, 10, 20
Subcarriers frekuensi spacing (KHz)
15.725 10.94
Useful symbol time (mikro second)
64 91.4
Guard time (mikro second) 8 11.4
Durasi symbol OFDM 72 102.9
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 GMH. GMH ini hanya terdapat sisi downlink. [1] [4].
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 WiMAX adalah sebagai berikut :
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 sejumlah base station yang berada dalam daftar MS secara terus menerus. [1] [4]
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 dalamnya telah berisikan kunci umum dan alamat MAC. Secara umum, operator
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 [1] [2] [4].
2.6 Struktur Slot dan Frame
Lapis fisik WiMAX bertanggung jawab untuk pengalokasian slot dan frame di udara. Waktu dan frekuensi minimun yang dapat dialokasikan oleh sistem WiMAX pada sebuah link disebut dengan slot. Setiap slot terdiri dari satu sub kanal yang terdiri dari satu, dua atau tiga simbol OFDM tergantung skema subkanalisasi yang digunakan. [1]
Gambar 2.3 menunjukan bahwa sebua frame OFDMA dan OFDM beroperasi dalam mode TDD. Frame dibagi kedalam dua sub-frame yakni sebuah frame downlink kemudian diikuti dengan frame uplink tetapi diselingi dengan sedikit interval. Rasio downlink terhadap uplink dapat bervariasi mulai dari 3:1 hingga 1:1 untuk mendukung profil trafi yang berbeda.WiMAX juga mendukung frequency division duplexing. Namun TDD memberikan keuntungan berupa kemudahan yang lebih dalam pembagian antara uplink dan downlink, tidak memerlukan pasangan spektrum, dan memiliki pemancar dan penerima yang lebih sederhana. Di sisi lain, TDD mempunyai kekurangan berupa diperlukan sinkronisasi terhadap berbagai base station untuk menjamin tidak adanya inteferensi [1].
Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame
Seperti yang terlihat dalam gambar 2.3, subframe downlink dimulai dengan sebuah downlink preamble yang digunakan untuk prosedur lapis fisik seperti sinkronisasi waktu, frekuensi dan estimasi kanal. Downlink preamble diikuti oleh FCH (frame control header) yang menyediakan informasi konfigurasi frame seperti panjang MAP, modulasi, skema pengkodean dan subcarriers yang bisa digunakan. Beberapa pengguna dialokasian dalam daerah data yang terdapat dalam uplink dan downlink MAP (DL-MAP dan UL- MAP) yang mengikuti FCH. MAP berisikan informasi berupa skema modulasi dan pengkodean. WiMAX memberikan kemudahan dalam ukuran frame, setiap transmisi dapat terdiri dari gabungan beberapa paket data yang ukurannya tetap dan dapat juga berupa pecahan paket yang diterima dari lapis yang lebih tinggi [1].
Subframe Uplink tersusun dari beberapa transmisi uplink yang terdiri dari beberapa pengguna berbeda. Beberapa bagian dari subframe disisihkan untuk keperluan yang berbeda. Subframe ini biasa digunakan sebagai kanal jangkauan untuk peformasi closed-loop frequency, penyesuaian daya selama entry ke dalam jaringan dan diperbaharui berkala setelah entry tersebut. Kanal jangkauan juga dapat digunakan oleh subcriber station dan mobile station untuk meminta lebar pita. Selain itu, subframe uplink mempunyai sebuah channel quality indicator channel (CQICH) yang berfungsi bagi SS untuk memberikan umpan balik tentang kondisi kualitas kanal yang dapat digunakan oleh base station dan kanal acknowledgement bagi subcriber station untuk memberikan umpan balik berupa acknowledgement downlink [1].
2.7 Topologi Jaringan WiMAX
WiMAX mendefinisikan dua jaringan topologi yakni point to point (PTP) dan point to multipoint (PTMP). Hubungan PTP merujuk hanya kepada sebuah hubungan khusus antara BS dan pelanggan. Hubungan ini sangat tidak efektif dalam pemanfaatan sumber daya dan mengakibatkan biaya yang tinggi. Topologi ini biasanya dikhususkan untuk pelanggan dengan kebutuhan lebar pita yang sangat tinggi. Untuk mengakomodasi hal tersebut, lebar pita dikonsentrasikan dalam satu hubungan untuk memberikan throughput yang lebih tinggi. Antena direksional dengan penguatan yang besar diperlukan untuk meminimalkan inteferensi dan memaksimalkan sekuritas. Topologi PTP dapat dilihat dalam Gambar 2.4 [1].
Gambar 2.4 Topologi Jaringan Point To Point (PTP)
Topologi PMP merupakan topologi yang digunakan untuk para pelanggan yang tidak membutuhkan lebar pita secara keseluruhan. Pelanggan terkoneksi secara terpisah terhadap BS dengan menggunakan antenna parabola direksional yang terhubung ke sebuah sektor sel untuk mendukung penggunaan kembali frekuensi. seperti terlihat dalam Gambar 2.5 [1].
Gambar 2.5 Topologi Jaringan Point to Multipoint (PMP)
2.8 Hybrid ARQ
Hybrid ARQ adalah sistem ARQ yang diimplementasikan pada lapis fisik bersama dengan FEC untuk menyediakan performansi hubungan yang lebih baik bila dibandingkan dengan ARQ tradisional. Versi sederhana dari kombinasi ARQ dan FEC adalah H-ARQ yang mana blok data bersama dengan kode CRC dienkodekan dengan menggunakan koder FEC sebelum transmisi. Retransmisi dilakukan jika decoder tidak mampu mendekodekan blok kode secara baik. Ketika blok kode retransmisi diterima, blok kode tersebut dikombinasikan dengan blok kode yang terdeteksi sebelumnya dan dimasukan ke dalam decoder FEC. Kombinasi kedua versi blok kode tersebut akan menghasilkan kode yang benar. H-ARQ demikian dikenal dengan tipe I chase combining [1].
Hal di atas dimungkinkan karena standar WiMAX mengkombinasikan N-kanal stop and wait ARQ bersama dengan beberapa variasi kode FEC. Dengan melakukan beberpa kanal paralel H-ARQ pada waktu bersamaan, maka throughput dapat ditingkatkan karena ketika satu H-ARQ menunggu acknowledgement, proses lain dapat menggunakan kanal tersebut untuk pengiriman data. WiMAX juga mendukung mekanisme pensinyalan yang dapat memungkinkan operasi asinkron H-ARQ dan mendukung sebuah kanal khusus acknowledgement pada sisi uplink untuk keperluan pensinyalan ACK/NACK. Operasi asinkron ini memberikan delay bervariasi antara retransmisi yang memberikan kemudahan dalam penjadwalan. Untuk keperluan tambahan, WiMAX juga menyediakan tipe II yakni incremental redundancy yang mana setiap retransmisi dikodekan secara berbeda [1].
2.9 Aplikasi WiMAX
WiMAX merupakan jaringan nirkabel teknologi berbasis WMAN, WiMAX dikembangkan dengan harapan dapat memberikan pelayanan yang murah, berkualitas, menjawab kebutuhan atas akses internet pita lebar dan memiliki kompabilitas dengan berbagai peralatan yang berasal dari vendor berbeda. Kemampuan dalam memberikan jangkauan yang luas dan laju data yang cepat menjadi salah satu faktor yang menunjang bagi WiMAX untuk diimplementasikan.
2.9.1 WMANs
Salah satu faktor yang membuat WiMAX yang dikembangkan dewasa ini adalah kemudahan dalam memberikan layanan akses pita lebar terhadap area perkotaan dengan hasil yang sama seperti yang diberikan oleh teknologi pendahulunya. WiMAX dapat mengatasi beberapa kendala yang mungkin dihadapi oleh DSL yang diakibatkan oleh sulitnya instalasi jaringan kabel yang diperlukan [2].
2.9.2 Pengganti Teknologi Wi-Fi
Teknologi yang ada sekarang sangat menyulitkan dalam penyediaan akses internet pita lebar khususnya dalam ruangan. WiMAX dapat mengatasi kendala ini karena kemampuan untuk bekerja dalam kondisi NLOS dan tersedianya topologi pelayanan dalam kondisi point to mulipoint. Dengan keunggulan hal tersebut maka WiMAX dapat dipakai sebagai pengganti teknologi Wi-Fi dan kabel lokal dalam penyediaan jaringan internet dalam ruangan [2].
2.9.3 Backhaul Wireless
Kelebihan lain dari WiMAX adalah kemampuan teknologi ini untuk dioperasikan sebagai backhaul bagi jaringan telepon seluler dan Wi-Fi. Khusus bagi jaringan telepon seluler, hadirnya teknologi WiMAX dapat menghemat biaya investasi perusahaan dalam instalasi jaringan kabel sebagai backhaul mereka. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.6 [2].
Gambar 2.6 Backhaul Jaringan Seluler
