PERFORMANSI VEHICLE TO INSFRASTRUCTURE (V2I)

(1)

PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097 84

ANALISA KINERJA SISTEM KOMUNIKASI VEHICLE TO INSFRASTRUCTURE (V2I) PADA FREQUENSI 5,9 GHz DI SURABAYA

Ari Wijayanti, Nur Adi S, Okkie Puspitorini, Zeni R Prodi T. Telekomunikasi, Departemen Elektro

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Kampus PENS Keputih Sukolilo, Surabaya,60111

Abstract

Communication Vehicle to Infrastructure (V2I) is a service of technology Intelligent Transportation System (ITS) using wireless communication technology. V2I developed to provide a solution in some transportation problems. Three things are important in V2I communications On-board unit (OBU) installed on vehicles, Roadside units (RSU) on infrastructure and channels available. Therefore, this study conducted a simulation to determine the performance V2I communication using the standard Dedicated Short Range Communication (DSRC) at 5.9 GHz frequency allocation on protocol roads in Surabaya. Roadside Unit (RSU) mounted on a bridge crossing located on Jl. Basuki Rahmat Surabaya with functions to broadcast warning messages to the On-Board Unit (OBU) installed on vehicles across the road. From the simulation results obtained coverage area of 400 meters with the best signal at -76.04 dBm of OBU Kapsch. Based on the results of the simulation data on basuki Rahmad environment grace BER value reached 10-3_{at SNR of 14.5 dB - 19} dB. The larger the packets sent, the greater the PER to 400 bits / sec achieve reach 0.9916

Keywords: ITS, V2I, RSU, OBU,DSRC

Abstrak

Komunikasi Kendaraan untuk Infrastruktur (V2I) adalah layanan teknologi Cerdas Sistem Transportasi (ITS) menggunakan teknologi komunikasi nirkabel. V2I dikembangkan untuk memberikan solusi dalam beberapa masalah transportasi. Tiga hal penting dalam komunikasi V2I yaitu On-board Unit (OBU) yang terpasang pada kendaraan, Roadside unit (RSU) pada infrastruktur dan kanal yang tersedia. Pada penelitian ini dilakukan simulasi untuk menentukan kinerja komunikasi V2I menggunakan standar Dedicated Short Range Komunikasi (DSRC) di frekuensi 5,9 GHz dengan lokasi di jalan protokol di Surabaya. Roadside unit (RSU) dipasang pada jembatan penyeberangan yang terletak di Jl. Basuki Rahmat Surabaya dengan fungsi untuk memberikan pesan pada On-Board Unit (OBU) yang terpasang pada kendaraan. Dari hasil simulasi area cakupan diperoleh dari 400 meter dengan sinyal terbaik sebesar -76,04 dBm dari OBU Kapsch. Berdasarkan hasil data simulasi pada basuki lingkungan nilai BER mencapai 10-3_{pada SNR 14,5 dB - 18 dB}

(2)

PENDAHULUAN

Dewasa ini pertumbuhan penduduk di kota besar dengan mobilitas yang semakin tinggi menyebabkan tingkat penggunaan alat transportasi baik itu transportasi publik maupun transportasi pribadi yang semakin tinggi pula. Setiap tahun jumlah kendaraan semakin meningkat dan tidak sebanding dengan ruas jalan yang ada yang tetap sehingga tingkat kemacetan lalu lintas setiap tahun cenderung mengalami kenaikan yang signifikan pula. Selain kemacetan dalam transportasi kecelakaan lalu lintas juga menjadi masalah cukup berarti karena akan berdampak pada produktifitas kerja masyarakat. Oleh karena itu dibutuhkan sistem yang dapat membantu pengemudi yang mampu memberikan informasi kecepatan, posisi, arah dan situasi lalu lintas ketika mengemudikan kendaraannya yang dikenal dengan Intelligent Transportation System (ITS). ITS

merupakan sistem transportasi certas yang diharapkan dapat memberikan keamanan, kenyamanan dan effisiensi pada pengendara kendaraan di jalan raya. Salah satu jenis komunikasi pada ITS adalah Vehicle to Insfrastructure (V2I). V2I merupakan komunikasi yang dilakukan secara wireless antara kendaraan dan insfrastruktur di jalan. Insfrastruktur ini dapat berupa sensor-sensor yang disebut Road Side Unit (RSU) yang akan mengirimkan data pada kendaraan.

Dari beberapa penelitian yang telah ada menyatakan bahwa dari beberapa jenis komunikasi (Hideki Hada, 2011) Dedicated Short Range Communication (DSRC) merupakan teknologi yang banyak dipakai untuk aplikasi V2V dan V2I pada system ITS. Musthafa Ibrahim (Mustafa, melakukan penelitian penggunaan frekuensi DSRC untuk aplikasi V2I dan V2V di Singapura. Alexander Paier dkk telah melakukan penelitian evaluasi lapisan fisik komunikasi kendaraan dengan infrastruktur dari pengukuran real World dengan implementasi prototype dari IEEE 802.11p yang di tempatkan di Road Site Unit (RSU) di sepanjang jalan Austria (Paier, 2010) , penelitian ini membahas kualitas

performasi RSU dilihat dari Signal to Noise Ratio (SNR) dan Frame error rate (FER)

untuk berbagai pengaturan parameter. Samaneh Shooshtary dkk melakukan penelitian

(3)

Paper ini terdiri dari, Bagian 1 adalah pendahuluan, bagian 2 adalah metode penelitian dilanjutkan dengan hasil pembahasan pada bagian3 dan ditutup dengan kesimpulan.

PERFORMANSI VEHICLE TO INSFRASTRUCTURE (V2I)

Vehicle to Insfrastructure (V2I) memiliki dua komponen penting yaitu arsitektur V2I dan teknologi wireless menggunakan DSRC yang digunakan untuk komunikasi. Pada arsitektur V2I terdiri dari komponen yang dipasang pada kendaraan atau Vehicle On-Board Unit or Equipment (OBU or OBE) dan komponen insfrastruktur yang disebut Roadside Unit or Equipment (RSU or RSE). OBU terdiri dari radio transceiver (DSRC), GPS dan beberapa aplikasi yang akan berkomunikasi baik antar kendaraan maupun dengan RSU. Sedangkan RSU juga sendiri tersusun atas radio transceiver (DSRC ), dan aplikasi serta interface yang menghubungkan dengan jaringan komunikasi V2I. Oleh karena unjuk kerja dari V2I ini diamati dari dua sisi yaitu unjuk kerja propagasi radio DSRC dan performansi V2I.

Propagasi radio

Pada komunikasi V2I sistem komunikasi menggunakan teknologi wireless yaitu DSRC. Pada komunikasi wireless karakteristik propagasi gelombang menjadi sangat signifikan dalam komunikasi baik antar OBU maupun OBU dengan RSU. Karakteristik ini dapat dilihat melalui daya terima pada saat OBU memdekati RSU maupun OBU menjauhi RSU. Daya terima pada saat kondisi LOS pada V2I dapat dihitung menggunakan persamaan 1 (Y.Zang,2005)

P ø ₍₁₎

Dimana Pt adalah daya transmit, Gt dan Gr adalah gain antena pengirim dan penerima, λ

adalah panjang gelombang dari propagasi sinyal, rd dan rr adalah panjang jalur dari

gelombang langsung dan gelombang pantulan sinyal (Promwong,2007). φadalah phase selama gelombang mengalami pantulan dari tanah, ηadalah koefisien permukaan tanah,

Dd dan Dr adalah koefisien direktivitas antena, L(rd) adalah faktor absorpsi, seperti pada

atmosphere L(rd)=(d/ λ)γ-2 (Promwong,2007). Koefisien pathloss yang digunakan adalah

2,7 (Promwong,2007) untuk lingkungan urban area.

Untuk Komunikasi V2I dengan kondisi vehicle bergerak maka dapat diamati daya

(4)

cos ∅ (2)

Dimana adlah power transmit dari masing – masing OBU, = dan ∅ adalah antara 0 and 2 , adalah 2 dan is 2 dimana f adalah frekuensi DSRC. Kecepatan kendaraan berpengaruh pada doppler spread dengan menggunakan persamaan (3) (Mischa ,2005).

cos /λ (3)

Dimana v adalah kecepatan kendaraan, dengan kecepatan rata – rata mobil pada Jl.

Basuki rahmat adalah 20 – 60 km/jam, λ adalah panjang gelombang dan cos adalah sudut antena antara pemancar dan penerima seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Sudut antena pemancar dan penerima

Dari gambar 1, cos dapat dihitung dengan dengan persamaan (4).

cos tan (4)

Dimana H adalah selisih tinggi BTS dengan tinggi mobil, d adalah jarak mobil dari BTS. Daya terima pengaruh kecepatan digunakan untuk mengetahui kemampunan mobil dalam menerima daya pada kecepatan tertentu.

Dari hasil daya terima, digunakan untuk menghitung losses propagasi dengan persamaan (5).

(5)

Dimana L adalah losess propagasi, Pr adalah daya terima dari perhitungan sebelumnya,

Gt dan Gr adalah gain antena pengirim dan penerima.

Performansi V2I

Performansi dapat dilihat dari signal to noise ratio, bit error rate probability dan

packet error rate probability. SNR untuk Vehicle to Infrastructure (V2I) dihitung dengan

menggunakan persamaan (6) (Shivaldova,2014)

(6)

Hbts

(5)

Dimana PTX adalah daya transmit, LP adalah propagation losses, dan LS adalah system

loss. System loss diambil dari gain antena dan kabel loss dari penerima sebagai implementasi hardware ang digunakan. Estimasi dari PN (Noise Power) digunakan -110

dB (Shivaldova,2014)

Pada penelitian ini, transmisi sinyal menggunakan modulasi QAM dan Gray code konstelasi ditujukan untuk modulation mapping. Bit error rate untuk M-ary QAM dapat dihitung dengan persamaan (7) (Y. Zang,2005)

. (7)

Dengan

1 1 _√ (8)

√ 2. 1 _√ . (9)

Untuk Q(x) dapat dihitung dengan :

√ (10)

PARAMETER SIMULASI Parameter Lingkungan

Pada penelitian ini lingkungan yang digunakan adalah daerah Central Business Districk (CBD) yaitu di Jl. Basuki rahmad Surabaya. Jalan ini terletak di pusat kota dengan trafik kendaraan yang padat karena digunakan oleh kendaraan yang menuju ke pusat kota Surabaya. Jalan Basuki Rahmat memiliki panjang 1200 meter. dengan lebar badan jalan 18 meter. RSU akan dipasang pada karena kmemenuhi standard penempatan RSU yaitu 5 meter (Nuradi, 2014) dari tanah seperti ditunjukkan pada Gambar 2

(6)

Parameter Perangkat

Rancangan sistem yang digunakan pada penelitian ini adalah komunikasi kendaraan dengan infrastruktur (V2I) pada frekuensi 5,9 Ghz DSRC dengan standart wireless 802.11p. Untuk komunikasi keselamatan lalu lintas public dan keamanan kendaraan berdasarkan federal communication commission (FCC) 5,9 GHz dialokasikan pada

channel plan (5,860-5,925 GHz). Parameter DSRC dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Power (uplink) Less than 33 dBm

Modulation scheme BPSK, QPSK, 16 and 64 QAM

Sumber : T. M. Kurihara, 2007

Dalam perancangan system V2I ini, jenis infrastruktur yang digunakan adalah RSU DSRC Tranceiver yang berfungsi sebagai Roadside ITS Station. Pada penelitian ini digunakan jenis RSU dan OBU seperti ditunjukkan pada Tabel 2 dan 3.

Tabel 2. Spesifikasi RSU

No. _DSRCMerk _TransmittPower _OperasIFrekuensi _RangeSpeed Antena

(7)

Skenario sistem V2I

Pada penelitian ini, komunikasi V2I antara Roadside Unit (RSU dan On-Board Unit

(OBU) pada urban area Jl. Basuki Rahmat dengan dua jalur pada jalan searah. RSU diletakkan di jembatan penyebrangan pada ketinggian 5, 7, 9 dan 11 meter dengan posisi berada di tengah antara dua jalur dengan menghadap ke arah datangnya kendaraan, seperti pada Gambar 3. Sedangkan tipe kendaraan yang digunakan dalam simulasi ini adalah jenis mobil dengan ketinggian 1,5 m.

Gambar 3. Skenario simulasi V2I

HASIL DAN PEMBAHASAN

(8)

ketinggian RSU terhadap kecepatan kendaraan menunjukkan bahwa semakin tinggi RSU maka level daya OBU makin turun seperti pada Gambar 5.

Tabel 4.

Daya terima OBU perubahan tinggi RSU fungsi jarak untuk ht=1,5m dan hr=5,7,9 dan 11 m frekuensi 5,9 GHz

Jenis

OBU Tinggi RSU

Daya Terima (dBm) Jarak (meter)

100 300 500 700 900

Arada

5 m -76,04 -88,60 -94,52 -98,44 -101,37 7 m -76,24 -88,66 -94,56 -98,46 -101,39 9 m -76,42 -88,73 -94,60 -98,49 -101,41 11 m -76,60 -88,80 -94,64 -98,52 -101,43

Unex

5 m -74,58 -87,13 -93,06 -96,97 -99,91 7 m -74,77 -87,20 -93,10 -97,00 -99,93 9 m -74,96 -87,27 -93,14 -97,03 -99,95 11 m -75,14 -87,33 -93,18 -97,06 -99,97

Kapsch

5 m -73,49 -86,04 -91,97 -95,88 -98,81 7 m -73,68 -86,11 -92,01 -95,91 -98,84 9 m -73,87 -86,18 -92,05 -95,94 -98,86 11 m -74,05 -86,24 -92,09 -95,97 -98,88

Performansi V2I dapat diketahui dari nilai SNR sperti ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 6 menunjukkan masing – masing OBU memiliki kualitas sinyal yang berbeda sebagaimana direpresentasikan pada nilai SNR yang diperoleh. Gambar 6, nilai SNR terbesar yaitu 17,79 dB diperoleh pada OBU Kapsch dengan nilai BER 0,2443 x 10-3_,

sedangkan pada OBU Unex SNR yang diperoleh mencapai 17,44 dB dengan nilai BER 0,4 x 10-3_{, OBU Arada menghasilkan nilai SNR yang paling rendah dibandingkan dengan}

OBU Unex dan Kapsch yaitu 16,44 dB sehingga BER yang diperoleh hanya mencapai 0,14 x 10-2_{. Sedangkan Grafik PER vs SNR untuk paket rate 200 byte dan 400 byte}

(9)

Gambar 4. Grafik Daya terima pengaruh kecepatan ht= 1,5 m hr=5

Berdasasarkan hasil analisa diatas dapat disimpukan bahwa :

1. RSU DSRC 5,9 GHz memiliki range coverage 300 meter dengan sensitivitas penerima -95 dBm. Pada OBU Kapsch memiliki level daya yang lebih tinggi Kapsch -86,04 dBm dengan daya transmit -33 dBm.

2. Semakin besar kecepatan kendaraan maka level daya semakin turun. Level daya terendah sebesar pada kecepatan 60 km/jam sebesar -75,8436 dan -70,3968 untuk kecepatan 20 km/jam

Grafik Packet Error Rate terhadap SNR OBU Unex

(10)

3. Semakin tinggi pemasangan Roadside Unit (RSU) untuk kecepatan tetap maka daya yang diterima semakin rendah. Pada kecepatan 40 km/jam ketinggian RSU 5 meter memiliki level daya ‐57,487dBm sedangkan pada ketinggian 11 m mencapai ‐ 63,283dBm untuk jenis OBU Kapsch

4. Range SNR yang diperoleh untuk komunikasi Vehicle to Infrastructure (V2I) pada

lingkungan jl. Basuki rahmat Surabaya adalah 14 – 19 dB dengan diperoleh BER mencapai 10-4_{sehingga merujuk pada komunikasi suara dengan target BER 10}-3_.

5. Performansi BER dipengaruhi oleh kualitas sinyal yang diperoleh (SNR) sehingga untuk memenuhi target BER 10-6 _{pada komunikasi data diperlukan daya atau sinyal}

informasi yang lebih besar dari 33 dBm.

6. Nilai PER yang diperoleh dipengaruhi nilai BER dan ukuran paket yang dikirim yaitu 200 Byte dan 400 Byte, semakin besar paket yang dikirim error rate yang diperoleh semakin besar mencapai 0,9916.

DAFTAR PUSTAKA

Alexander Paier, 2010, “Performance Evaluation of IEEE 802.11p Physical Layer Insfrastructure to Vehicle Real World Measurements”, Technische Universitat Wien, Vienna.

Arno H, “Benefit and Technology of an Intelligent Road Side Unit System for Vehicle to Infrastrukture-and Infrastruktur to center communication” , University of Applied Science Department for Telecommunication

Boban Mate, et. al, 2012, “Modelling Vehicle-to-vehicle Line of Sight Channels and its Impact on Application-Level Performance Metrics”.

Gaëtan Horlin, 2011,"Ground Gain in Theory and Practice",September.

Imrul Hassan, (et. al), 2011, “Performance Analysis of the IEEE 802.11 MAC Protocol for DSRC Safety Application”, IEEE Transactions On Vehicular Technology Khabbaz Maurice, (et. al), 2015, “Modeling Analysis and Performance Improvement of

An SRU’s Access Request Queue In Multi-Channel V2I Communications” Lin Cheng, (et al), 2007,“Mobile Vehicle-to-Vehicle Narrow-Band Channel

Measurement and Characterization of the 5.9 GHz Dedicated Short Range Communication (DSRC) Frequency Band”, IEEE Journal, Vol 25, No. 8

Michele Weigle, Dr “Standards WAVE/ DSRC / 802.11p” Old Dominion University, Spring 2008

Mischa schwarts, “Mobile Wireless Communication”, 2005.

Musthafa Ibrahim, Goh Lee Ming, Johanne Cheong, 2014, Vehicle-to-Vehicle (V2V) and Vehicle-to-Infrastructure (V2I) Trial with Dedicated Short Range Communication (DSRC) 5.9GHz in Singapore, Asia-Pacific ITS forum &Exhibition.

(11)

Indonesian-PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097 94

Japanese Conference on Knowledge Creation and Intelligent Computing (KCIC) , March 25-26, Malang, Indonesia

Promwong Sathaporn, Supanakoon Pichaya, and Takada Jun-ichi, 2007, “Ground Rflection Transmission Loss Evaluation Scheme for Ultra Wideband Impulse Radio”, ECTI Transaction on Electrical Engineering,

P. Belanovi´c , D. Valerio, A. Paier, T. Zemen, F. Ricciato, dan C. Mecklenbr¨auker, 2010 ,“On Wireless Links for Vehicle-to-Infrastructure Communications”, IEEE Transactions on Vehicular Technology,

Recommendation ITU-R M.1453-1, 2002, “Transport information and control system – Dedicated short range communication at 5,8 GHz”,

Rifqy Syaiful Umam, 2013, “Analisa Komunikasi Kendaraan dengan Infrastruktur jalan di area urban Surabaya”, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,

Samaneh S,2008, “Development of MATLAB simulation Environment for Vehicle-to-Vehicle and Infrastructure Communication Base on IEEE 802.11p”, University Of Gavle, Vienna.

Satoshi Oyama, 2009, “Status of ITS Radio Communication in Japan”, EU-Japan Cooperation Forum on ICT Research, Belgium.

Shivaldova. V, 2014, “Signal-to-Noise Ratio Modeling for Vegicle-to-Infrastructure Communication”, Institute of Telecommunication, Vienna, Austria.

Shivaldova, 2011, “Performance Evaluation of IEEE 802.11p Infrastructure-to-Vehicle Tunnel Measurements”, in Proc. 7th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC 2011), pages 1 - 5, Istanbul, Turkey.

Stefan Mangold, “An Error Model for Radio Transmission of Wireless LAN at 5GHz”. T. M. Kurihara,2007,”Dedicataed Short Range Communication (DSRC) Standards- IEEE

1609 Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) Standard- IEEE 802.11p”,

Veronika Shivaldova, 2012, “On Road Side Unit Antenna Measurements for Vehicle to Infrastructure Communication”, Institute of Telecommunications, Vienna University of Technology, Vienna, Austria.