SIMULASI PENSINYALAN CALL SET-UP
WIRELESS ATM BERBASIS CDMA
Dewiani 1) Yenniwarti Rafsyam 2)
ABSTRACT
The application of Wireless ATM concept on the mobile radio telecommunication system is something new so that it needs a more intensive research to determine the standard to be used, such as its signalling, signalling plays an important role in the wireless network which has the function to develop, maintain, and release a connection on the control plane.
This research is intended to make a model of a call set-up signalling system which includes the slotted aloha modelling as one of the special cases of CDMA access method, AP, and SWS. This model is expected to represent the actual system. The method used is by means of the simulation modelling having the capacity to measure the system performance. The measurement of the system performance calculated is the delay package signalling, which is the time from the sending of packet by AMT to the receiving of the package by AMT, which is the same as the time between the sending of call set-up and the receiving of call proceeding.
The experiment uses some different values of several variables applied to the model simulation, such as, packet arrival rate, the number of retransmission, and the number of channel.
The result of the simulation modelling is compared to the theoritical result, and both results are plotted in a graphic with several changes in the parameter.
Keywords : Slotted Aloha, Antrian M/G/1, Signaling, Wireless ATMI.
I. PENDAHULUAN
Penggunaan Wireless ATM dan
teknologi network wireless kecepatan tinggi lainnya termotivasi oleh kebutuhan akan sistem komunikasi yang dapat diakses dimanapun dan kapanpun diinginkan, serta semakin pentingnya aplikasi komputer dan telekomunikasi baik dalam pasar bisnis maupun dalam pasar konsumen.
Teknologi WATM sebagai generasi ketiga dari teknologi jaringan yang ada dimaksudkan untuk memberikan pelayanan komunikasi tanpa hambatan, dengan informasi yang membutuhkan bandwidth lebar dan kualitas pelayanan yang terjamin. Bandwidth informasi pada jaringan wireless lebih sempit dibandingkan dengan bandwitdh yang diberikan oleh jaringan wireline yang sudah ada. Jaringan wireline ini akan dipergunakan sebagai sistem utama yang menyediakan bandwidth lebar, sedangkan jaringan wireless akan memperluas pencapaian maksud tersebut diatas.
Seiring dengan perkembangan
teknologi dan teknik akses baru yang diaplikasikan padanya, kendala yang ditemukan
dengan sistem wireless adalah keterbatasan dalam penggunaan bandwidth yang ada. Salah satu cara untuk mengatasi masalah kebutuhan bandwidth tersebut yaitu dengan menggunakan modulasi spread spektrum. CDMA merupakan suatu metode akses jamak yang bekerja berdasarkan modulasi spread spektrum.
Metode modulasi CDMA dipilih sebagai teknik akses jamak kerena memiliki kapasitas kanal, kualitas suara dan performansi yang lebih baik ditinjau dari kemampuan sistem CDMA dalam menekan interferensi, mengatasi fading, handoff dan kerahasiaan informasi.
Konsep utama network WATM adalah penggunaan fasilitas-fasillitas yang telah disediakan oleh ATM standar dengan mempertahankan sintaks seminimal mungkin pada teknologi wireless, dengan gagasan berupa penggunaan sel ATM standar pada fungsi-fungsi yang berada di layer network, sedang sublayer protokol spesifik saluran wireless pada layer physik untuk hubungan radio ditambahkan dengan header wireless.
Penerapan konsep ATM pada sistem telekomunikasi radio bergerak merupakan hal baru sehingga memerlukan penelitian intensif untuk menetapkan standar yang harus digunakan, antara lain standar mengenai bit rate informasi, pensinyalan, kapasitas kanal dan lain-lain sebagainya. Pensinyalan memegang peranan penting dalam jaringan wireless, karena berfungsi untuk membangun,
memelihara (mempertahankan) dan
membebaskan suatu hubungan/koneksi yang bekerja pada control plane.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENSINYALAN WIRELESS ATM
Arsitektur pensinyalan wireless ATM yang dibahas mengikuti struktur pensinyalan Broadband ISDN (B-ISDN) User Network Interface (UNI) dengan konfigurasi pensinyalan point-to-point, dimana area-lokal dari sejumlah sistem akses wireless ATM dan ATM standar saling terhubung melalui jaringan B-ISDN seperti terlihat pada gambar 2.1.
AMT (ATM Mobile Terminal) adalah peralatan end user mobile yang memiliki radio wireless ATM dengan interface udara tertentu. AP merupakan pusat (konsentrator) lalu lintas yang berasal dari sejumlah interface UNI yang berbeda dan diteruskan ke SWS melalui protokol kontrol AP-SWS (ASCP).
SWS (Switch-Work-Stasion) adalah
switch ATM standar yang dilengkapi dengan workstation, berfungsi untuk menangani fungsi-fungsi khusus mobile (seperti : registrasi AMT, updating lokasi dan handover) serta untuk pengendalian call AMT asal/tujuan yang berada dalam layanan SWS.
Gambar 2.1. Arsitektur jaringan
Stack protokol wireless ATM pada Gambar 2.2 memperlihatkan user plane (U-Plane) sebagai transport informasi pelanggan. Pada user plane ini terdapat stack protokol ATM standar yang ditambahkan dengan medium access control (MAC.PHY) pada layer physik untuk fungsi AMT, untuk fungsi AP sebagai unit interworking sederhana akan menyaring sel-sel ATM yang telah dibungkus (encapsulated) dari frame MAC kemudian diteruskan ke SWS melalui virtual connection (VC) ATM yang sesuai, serta fungsi SWS yang sama dengan fungsi-fungsi protokol U-Plane B-ISDN. Sedangkan Control Plane (C-Plane) berfungsi sebagai penyampai informasi pensinyalan, antara titik terminasi AMT dan SWS pada protokol MCC (Mobile Call Control) dan MM (Mobilitas Manajement). Pensinyalan MCC mengikuti Protokol Call Control B_ISDN (Q.2931) untuk set-up, modifikasi dan pelepasan call AMT asal/tujuan serta fungsi handover.
Gambar 2.2 Protokol jaringan WATM(3) 2.2. PROSEDUR PENSINYALAN
Gambar 2.3. Prosedur pensinyalan WATM.(3)
2.2. SLOTTED ALOHA
Pada metoda ini, kanal dialokasikan dalam bentuk time slot, dimana waktu satu time slot tersebut sama dengan waktu panjang paket. Semua user harus mensinkronkan dirinya ke time slot-time slot tersebut dan user yang akan mengirimkan paket harus mensinkronkan dirinya ke slot yang akan tiba. Sehingga besarnya waktu riskan (waktu yang harus dijaga agar tidak terjadi tabrakan) adalah sebesar τ.
Probabilitas tidak ada paket yang dibangkitkan dalam satu waktu transmisi paket atau probabilitas tidak ada tabrakan adalah :
Po = e-G (7) (2.1) dimana G adalah rata-rata trafik kanal (baru dan transmisi ulang)
Sehingga diperoleh Throughput (7) :
S = G.e-G (2.2) Nilai S maksimum didapat pada G = 1 sehingga S = e-1 = 1/e = 0,368 ≈ 37 %, dengan asumsi jumlah user yang terhubung ke kanal tidak terbatas.
Nilai G yang lebih besar akan mengurangi jumlah slot yang kosong tetapi
menambah jumlah tabrakan secara
eksponensial.
Probabilitas sebuah transmisi yang
memerlukan percobaan tepat k kali (yaitu (k-1) tabrakan yang diikuti oleh sebuah paket yang berhasil), Pk(13) adalah :
Pk = Po.(1 - Po)k-1 = e-G.(1 - Po)k-1 (2.3) Pada slotted ALOHA, setiap paket harus menunggu sampai permulaan slot berikutnya. Karena durasi slot adalah τ, maka ada tambahan waktu tunda rata-rata sebesar
τ/2.
Waktu tunda rata-rata paket pada slotted ALOHA(7) adalah :
TS-ALOHA = TR+τ+τ/2+E(T)=TR+1,5τ+E(T) (2.4) Ket : TR = waktu propagasi
τ = panjang paket
E(T) = waktu tunda retransmisi rata-rata Jika terjadi tabrakan, maka setiap AMT yang paketnya mengalami tabrakan harus melakukan retransmisi. Jika setelah tabrakan terdeteksi, semua AMT langsung melakukan retransmisi, bisa dipastikan akan terjadi tabrakan selanjutnya. Untuk menghindari tabrakan ulang tersebut maka diperlukan
pengaturan interval waktu sebelum dilakukan retransmisi yang disebut dengan algoritma backoff
Komponen waktu tunda retransmisi terdiri dari τ, τ/2, TR’ = 2. TR, serta waktu tunda random. Jika waktu random yang dipilih adalah pada interval 0 sampai (k-1) slot, maka nilai rata-rata k = (k-1)/2. Sehingga waktu tunda retransmisi sebanyak r kali menjadi :
T = r {2.TR + τ + τ/2 + 0,5.(k-1) τ } = r {2.TR + 0,5.(k+2).τ} (2.5) Rata-rata jumlah retransmisi E(r) (7)adalah : E(T) = E(r) [2.TR + 0,5(k+2) τ] (7) (2.6) Jika q adalah probabilitas paket baru sukses dan q’ adalah probabilitas paket retransmisi sukses, maka untuk r>>1 :
E (r) = (1 – q) / q’ (2.7) dari persamaan Pk diatas, untuk k>>1 (paket datang >>1) maka :
q = e-G , E(r) = eG – 1 (2.8) Sehingga waktu tunda rata-rata retransmisi menjadi :
E(T) = [eG – 1] [2.T
R + 0,5(k+2) τ] (7) (2.9) Waktu tunda rata-rata paket pada slotted ALOHA adalah :
TS-ALOHA = TR + 1,5τ + [eG – 1] [2.TR +
0,5(k+2) τ] (7) (2.10)
Gambar 2.4.Pola kerja retransmisi
2.4. ANTRIAN M/G/1
Pada metode antrian M/G/1, paket yang berasal dari slotted aloha mempunyai laju kedatangan Poisson (λ), distribusi pelayanan yang general serta jumlah pelayan adalah 1.
Formula yang dikenal untuk metoda M/G/1 ini adalah “Pollaczek-Khinchine” yang digunakan untuk menghitung waktu delay di antrian seperti rumus (2.11).
)]
1
(
2
1
[
)
1
(
1
)
(
ρ
µ
2σ
2ρ
µ
−
−
−
=
T
E
(2.11) Keterangan :E(T) = waktu delay sistem 1/µ = rata-rata waktu pelayanan
λ = rata-rata kecepatan kedatangan paket
(Poisson)
ρ = λ/µ
σ2 = variansi dari distribusi waktu pelayanan.
Metoda Jackson dipakai untuk menganalisa jaringan antrian dengan kemungkinan adanya “feedback loop”, dengan N (node) dalam jaringan dan dalam antrian ke-i terdapat mi pelayan exponensial dengan parameter µI seperti terlihat pada gambar 2.4.
Dimana throughput melalui antrian ke-i adalah θi, maka :
∑
=+
=
M j j ji si ir
r
1.
.
λ
θ
θ
(2.12)Gambar 2.7. Feedback Loop Asumsi :
♦ Terdapat M antrian, satu sumber dan satu
♦ Ruting adalah random
♦
Probabilitas suatu pelanggan meninggalkanantrian i ke j adalah rij
♦
Probabilitas suatu pelanggan meninggalkanantrian i ke tujuan adalah rid
♦ Sumber memberikan pelanggan dengan
distribusi Poisson dengan rate rata-rata λ.
♦
Distribusi waktu pelayanan adalaheksponensial negatif dengan rate rata-rata
µi
III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian
Tujuan dari pelaksanaan tugas penelitian ini adalah :
1. Meneliti kinerja sistem signaling slotted aloha pada interface udara.
2. Menghitung delay metoda Antrian M/G/1pada CDMA
3.2. Manfaat Penelitian
Dengan mengetahui kinerja dan delay pada slotted aloha dan metode antrian M/G/1 pada wireless ATM berbasis CDMA maka dapat diketahui waktu atau berapa lama paket signaling call set-up dikirim.
IV. METODE PENELITIAN
Adapun metodelogi pelaksanaan penelitian mengikuti urutan-urutan sebaga berikut :
• Membuat model sistem.
• Membuat algoritma dan pemrogram
simulasi
• Melakukan perhitungan hasil simulasi untuk delay slotted aloha
•
Melakukan perhitungan hasil simulasi untuk memperoleh delay antrian M/G/1pada WATM.•
Menghitung secara analitis delay slotted aloha dan antrian M/G/1.4.1 MODEL SISTEM
Gambar 41. Blok Diagram Model sistem
4.2. MODEL SIMULASI
Gambar 4.2. Model Pensinyalan WATM(3)
Gambar 4.3. Diagram Alir Model Sistem
Asumsi-asumsi yang digunakan adalah :
•
AMT diasumsikan tidak bisa menerima transmisi dari AP, sehingga tidak dapat secara langsung mengetahui terjadinya tabrakan. Untuk AP akan mengirim acknowledge positif untuk memberitahu MT jika tidak terjadi tabrakan (pengiriman paket sukses). Apabila dalam waktu dua kali round trip delay tidak mendapat ack positif maka dianggap telah terjadi tabrakan.•
AMT dapat mengetahui acknowledgment inisetelah dua kali round trip delay, dengan
mengabaikan waktu pemrosesan
pengiriman acknowledgment positif di AP.
• Setiap AMT membangkitkan paket yang panjangnya seragam sesuai durasi slot dengan pola kedatangan paket dimodelkan sebagai proses Poisson, sehingga waktu antar kedatangan mengikuti distribusi eksponensial negatif.
• Sinkronisasi seluruh AMT sangat baik sehingga tidak diperlukan waktu antar slot.
• Trafik tersebar merata ke seluruh AMT (setiap AMT membangkitkan paket dengan laju yang sama).
• Kanal CDMA bersifat bebas kesalahan kecuali jika terjadi tabrakan, dimana tabrakan terjadi jika ada lebih dari satu AMT mentransmisikan paket pada satu slot yang sama.
• Jika terjadi tabrakan sebuah AMT akan menunggu selama k (k bilangan bulat non-negatif) slot sebelum melakukan transmisi ulang. Nilai k diambil secara acak menurut distribusi uniform dengan nilai minimum 0 dan maksimum (k-1).
• Jumlah transmisi ulang dibatasi. Paket yang telah melebihi nilai transmisi ulang maksimum akan dibuang (paket gagal).
Diagram Alir Proses Simulasi :
4.2.3. Algoritma AP dan SWS1
Proses AP dan SWS terjadi apabila proses paket sukses pada slotted telah selesai dilakukan dan proses paket tabrakan tidak dilaksanakan
Gambar 4.4 Agoritma AP dan SWS
4.3. PERCOBAAN YANG DILAKUKAN
Tabel 4.1. Konfigurasi percobaan yang dilakukan
Bit rate Pjg_pak Jml_AMT λλλλ C R
(Mbps) (byte) (paket/detik) (kanal) (retransmisi)
2 117 1 - 40 2 1 1
3 2 2
4 3 3
5 V. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 5.1. Jumlah kanal = 1
λλλλ Jumlah AMT (paket/detik ) 8 16 24 32 40 2 0.000618 (DSs) 0.000795 0.001035 0.001298 0.001631 0.000881 (DSt) 0.001062 0.001244 0.001405 0.001623 0.001222 (DAs) 0.001227 0.001244 0.001257 0.001272 0.00123 (DAt) 0.001236 0.001243 0.001251 0.00126 0.00184 (DTs) 0.002022 0.002279 0.002555 0.002903 0.002111 (DTt) 0.002298 0.002487 0.002656 0.002883 3 0.000698 (DSs) 0.001021 0.001341 0.001731 0.002238 0.000971 (DSt) 0.001244 0.00152 0.001798 0.00208 0.001229 (DAs) 0.001227 0.001244 0.001259 0.001286 0.001232 (DAt) 0.001243 0.001255 0.001268 0.001281 0.001927 (DTs) 0.002248 0.002585 0.002990 0.003524 0.002203 (DTt) 0.002487 0.002775 0.003066 0.003361 4 0.000748 (DSs) 0.001248 0.001805 0.002213 0.003013 0.001062 (DSt) 0.001427 0.001798 0.002175 0.002557 0.001230 (DAs) 0.001239 0.001246 0.001264 0.001295
0.001236 (DAt) 0.001251 0.001268 0.001286 0.001305 0.001978 (DTs) 0.002487 0.003051 0.003477 0.004308 0.002298 (DTt) 0.002678 0.003066 0.003461 0.003862 5 0.000878 (DSs) 0.001478 0.00192 0.003013 0.003954 0.001153 (DSt) 0.001626 0.00208 0.002557 0.003044 0.001243 (DAs) 0.001233 0.001248 0.001294 0.001315 0.00124 (DAt) 0.00126 0.001281 0.001305 0.001330 0.002121 (DTs) 0.002711 0.003168 0.004307 0.005269 0.002393 (DTt) 0.002886 0.003361 0.003862 0.004374 Keterangan :
DSs = Delay paket rata-rata Slotted Aloha berdasarkan hasil simulasi (detik)
DSt = Delay paket rata-rata Slotted Aloha berdasarkan hasil teori (detik)
DAs = Delay paket rata-rata Antrian berdasarkan hasil simulasi (detik)
DAt = Delay paket rata-rata Antrian berdasarkan hasil teori (detik)
DTs = Delay Total paket rata-rata (delay call
set-up paket rata-rata) berdasarkan hasil simulasi (detik)
DTt = Delay Total paket rata-rata (delay call
set-up paket rata-rata) berdasarkan hasil teori Dengan menambah jumlah transmisi ulang maka delay slotted yang dihasilkan juga bertambah karena adanya usaha untuk
mengirim kembali paket yang mengalami tabrakan sampai paket tersebut berhasil diterima. Sehingga untuk mengurangi delay yang dihasilkan maka jumlah tranmisi ulang harus dibatasi.
Delay antrian M/G/1 akan semakin besar seiring dengan bertambahnya rata-rata kecepatan kedatangan paket.
Delay Call Set-Up akan semakin besar seiring dengan bertambahnya rata-rata kecepatan kedatangan paket. Dan delay Call Set-up akan menurun seiring dengan bertambahnya jumlah kanal
Penelitian ini memperoleh perbedaan hasil metode secara pemodelan simulasi dengan secara teori. Perbedaan tersebut disebabkan karena dalam penyelesaian baik secara teori maupun simulasi dilakukan asumsi-asumsi, tetapi perbedaan hasil tersebut cukup kecil.
Jumlah kanal = 1
1)
Department of Electrical Engineering – Hasanuddin University
2) Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Lkokseumawe 50
Delay Call Set-Up terhadap Jumlah AMT
0.001 0.0013 0.0016 0.0019 0.0022 0.0025 0.0028 0.0031 0.0034 0.0037 0.004 0.0043 0.0046 0.0049 0.0052 0.0055 8 16 24 32 40 Jum lah AM T D e la y C a ll S e t-U p ( d e ti k ) λ=2 λ=2 λ=3 λ=3 λ=4 λ=4 λ=5 λ=5
Gambar 5.1. Delay Call Set-Up terhadap Jumlah AMT dengan berbagai Rata-rata kecepatan kedatangan paket
VI. KESIMPULAN DAN SARAN. 6.1. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil setelah pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai berikut :
• Dari hasil yang diperoleh dapat
memberikan gambaran secara riil mengenai perilaku delay sistem et serta bertambahnya jumlah transmisi ulang. Sebaliknya, jika jumah kanal (kode) untuk signaling bertambah maka delay rata-rata paket akan berkurang.
• Secara umum hasil percobaan simulasi ini
mendekati hasil secara teoritis. Dengan demikian model sistem yang dibuat ini adalah model yang dapat diyakini untuk mewakili sistem yang sebenarnya.
6.2 SARAN
• Masih perlu dilakukan uji coba dengan jumlah kanal dan jumlah retransmisi yang lebih banyak..
• Membuat model yang dapat digunakan untuk mengukur kinerja sistem dengan antrian G/G/1
DAFTAR PUSTAKA
