ANALISIS KINERJA OPTICAL SWITCH PADA JARINGAN BANYAN

(1)

SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014

copyright DTE FT USU 129

2014

ANALISIS KINERJA OPTICAL SWITCH

PADA JARINGAN BANYAN

M Ikbal Kurniawan[1], M Zulfin[2]

Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA

e-mail: ikbalkurniawan1899yahoo.com

Abstrak

Jaringan Switch Optik Banyan adalah sebuah jaringan switching bertingkat (Multistage Interconnection

Network/MIN) yang biasanya terdiri dari sejumlah elemen switching yang digabungkan ke dalam. Salah satu

masalah yang paling serius dalam switching optik adalah adanya crosstalk optik. Crosstalk ini terjadi ketika dua kanal sinyal saling berinteraksi satu sama lain. Dalam penulisan ini dianalisis kinerja switching optik dengan menggunakan jaringan Banyan dengan input/output 2, 4, 8, 16, 32, 64 dan seterusnya. Dalam hal ini tolak ukur kinerja yang digunakan adalah crosstalk dengan parameter rancangan adalah ratio perbandingan state ON-OFF pada

gate adalah -50 dB, crosstalk yang terdapat pada gate adalah -0.1 mW-1 dan faktor pentransmisian filter pada kanal

optical switch -40 dB dan nilai probabilitas paket yang dianalisis adalah 0.1 – 1. Setelah dilakukan analisis

probabilitas blocking pada jaringan Banyan, diperoleh hasil bahwa apabila jumlah input/output jaringan Banyan semakin besar, dengan nilai probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching yang tetap, maka probabilitas blocking-nya akan semakin kecil. Namun jika nilai probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching diperbesar, Probabilitas blocking akan semakin besar. Sedangkan untuk nilai

crosstalk, jumlah Input/Outputnya dinaikkan, maka nilai crosstalk akan semakin besar.

Kata Kunci: switching, crosstalk, probabilitas blocking, Banyan, optic

1. Pendahuluan

Salah satu dari banyak faktor yang mempengaruhi kinerja dari sebuah jaringan telekomunikasi adalah jaringan switching. Salah satu teknologi dari sebuah jaringan switching adalah optical Switch. Jaringan ini menggunakan

Large Scale Optical Switch yang mengatur input

dan output dari sebuah port. Sebuah jaringan switching optik banyak tingkat tersusun dari

banyak elemen switching yang saling

berhubungan yang menghubungkan N masukan menuju ke M keluaran.

Elemen switching dan jaringan interkoneksi dalam sebuah switching optik akan melakukan sebuah fungsi dimana aliran optik pada input akan dikirim ke output pada jaringan switching. Elemen switching dasar ukuran 2 x 2 dalam sistem switching optik biasanya adalah sebuah

Directional-Coupler (DC) dimana dua sinyal

saling berdekatan hal ini membuat DC akan selalu mengalami masalah crosstalk, dimana panjang gelombang yang bersifat optik yang melewati sebuah DC akan bertemu dengan

panjang gelombang yang lain tanpa disengaja pada waktu yang bersamaan, baik dalam bentuk

bar switch maupun cross switch.

2. Teori Umum

Komponen utama dari sistem switching atau sentral adalah seperangkat sirkit masukan dan keluaran yang disebut dengan inlet dan

outlet. Fungsi utama dari sistem switching

adalah membangun jalur listrik diantara sepasang inlet dan outlet tertentu, dimana perangkat yang digunakan untuk membangun koneksi seperti itu disebut switching matriks atau switching network.

Jaringan switching tidak membedakan antara inlet/outlet yang tersambung ke pelanggan maupun ke trunk. Sebuah sistem

switching tersusun dari elemen-elemen yang

melakukan fungsi-fungsi switching, kontrol dan

signaling.

Seiring dengan perkembangan yang terjadi pada sistem transmisi dimana dengan ditemukannya sistem transmisi serat optik,

(2)

2014

menyebabkan peningkatan kecepatan transmisi dan menyebabkan adanya tuntutan akan suatu desain sistem switching yang sesuai dengan kebutuhan transmisi tersebut. Desain elemen

switching yang dibutuhkan adalah desain yang

dapat meneruskan paket data secara cepat, dapat dikembangkan dengan skala yang lebih besar

dan dapat secara mudah untuk

diimplementasikan. Suatu elemen switching dapat digambarkan sebagai suatu elemen jaringan yang menyalurkan paket data dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Gambar 1 menggambarkan suatu tipe dari elemen switching dimana terlihat bahwa suatu

switch yang terdiri dari tiga komponen dasar

yaitu: modul masukan, switching fabric dan modul keluaran[1].

Gambar 1. Tipe Elemen Switching Ketiga komponen switch tersebut dijelaskan sebagai berikut:

1. Modul masukan

Modul masukan akan menerima paket yang datang pada terminal masukan. Modul masukan akan menyaring paket yang datang tersebut berdasarkan alamat yang terdapat pada header dari paket tersebut.

2. Switching fabric

Switching fabric melakukan fungsi switching

dalam arti sebenarnya yaitu merutekan paket dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Switching fabric terdiri atas jaringan transmisi dan elemen switching. Jaringan transmisi ini bersifat pasif dalam arti bahwa hanya sebagai saluran saja. Pada sisi lain elemen switching melaksanakan fungsi seperti internal routing.

3. Modul keluaran

Modul keluaran berfungsi untuk

menghubungkan paket ke media transmisi dan ke berbagai jenis teknologi seperti kontrol error dan data filterring tergantung pada kemampuan yang terdapat pada modul keluaran tersebut.

2.2 Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat

Jaringan merupakan suatu gambaran

berarah dimana node-nodenya terdiri dari tiga bagian berikut:

1. Terminal sumber, yang memiliki indegree 0 2. Terminal tujuan yang memiliki outdegree 1 3. Elemen switching yang memiliki indegree

dan outdegree positif.

Jaringan banyak tingkat adalah jaringan dimana terminal-terminalnya dapat diubah pada tingkat i dihubungkan ke masukan pada tingkat i+1. Jaringan uniform adalah jaringan banyak tingkat dimana semua elemen switching pada suatu tingkat yang sama memiliki jumlah terminal masukan dan terminal keluaran yang sama. Jaringan square dengan derajat k adalah jaringan banyak tingkat yang dibangun dari elemen switching k x k.

Jaringan interkoneksi banyak tingkat adalah jaringan interkoneksi yang digunakan untuk menghubungkan sekelompok N masukan ke sekelompok N keluaran melalui jumlah sejumlah tingkat perantara menggunakan elemen

switching yang berukuran kecil diikuti oleh

interkoneksi tingkat-tingkat penghubung.

Elemen switching pada jaringan

interkoneksi banyak tingkat boleh memiliki

buffer masukan ataupun buffer keluaran. Buffer

berfungsi sebagai penyimpanan sementara untuk pesan-pesan yang diblok ketika konfilk terjadi. Penggolongan jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan defenisi-defenisi yang telah diberikan ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat

(3)

                                                                                                                             1 ) 1 )( 1 ( 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 N M t F gate M t F N t gate j io F gate F gate F gate j io F gate F gate j io jo io gate F j i gate F j i gate gate j io jo io jo i gate jo io jo io out io t T R t T t R P T R M N T R M N T R M N P T R M N T M R N P P R T N M MP X T M MP X R N P P P M X P P P

2.3 Jaringan Switching Banyan

Jaringan Banyan adalah sebuah jaringan

switching bertingkat (Multistage Interconnection network/MIN), yang biasanya terdiri dari

sejumlah elemen switching yang digabungkan

ke dalam beberapa tingkat yang

diinterkoneksikan oleh seperangkat link dengan jalur yang unik antara sumber dengan tujuan.

Sebuah modul crossbar 2x2 dapat

mengimplementasikan masing-masing elemen

switching. Elemen switching crossbar biasa

memiliki dua kondisi, yaitu “cross state” dan “bar state” seperti yang terlihat pada Gambar 3[2].

Input Outputt input output

Input Output

input output

Cross State Bar State

Gambar 3. Kondisi (state) elemen switching Defenisi formal dari jaringan switching Banyan adalah sebagai berikut:

1. Memiliki N masukan, N keluaran, log2 N tingkat, dan N/2 elemen switching pada tiap tingkat.

2. Terdapat sebuah jalur yang unik antara masing-masing masukan dan tiap keluaran. 3. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk menghitung kinerja optical switch pada jaringan Banyan.

Metode penelitian menggunakan metode

perhitungan. Parameter yang dihitung adalah probabilitas blocking dan crosstalk.

Untuk menghitung probabilitas blocking menggunakan persamaan-1[3]:

= 1 − 1 − (1)

Dimana :

Pk = Probabilitas paket dilewatkan

melalui link masukan pada sebuah switch di tingkat k.

n = Jumlah input/output switch

crossbar pada tiap tingkat.

Sedangkan untuk menghitung nilai

crosstalk pada jaringan Banyan, terlebih dahulu

menghitung persamaan dasar yang digunakan untuk menentukan nilai P_outallchannel dan P_outreference

pada jaringan switching menggunakan

persamaan-2 [4]:

(2)

Dimana:

1. P_ioout adalah power output pada kanal sinyal yang dijadikan sebagai acuan. 2. P_iojo adalah power input pada kanal

sinyal acuan yang ditransmisikan pada serat optik acuan.

3. P_ijo adalah power input seluruh kanal sinyal yang ditransmisikan pada serat optik acuan.

4. P_ioj adalah power input pada kanal sinyal acuan yang ditransmisikan pada seluruh serat optik.

5.

T

_F adalah faktor pentransmisian filter pada kanal optical switch.

6. R_gate adalah ratio perbandingan state ON-OFF pada gate.

7. M adalah jumlah kanal sinyal panjang gelombang.

8. N adalah jumlah serat optik.

9. t adalah fungsi waktu terhadap crosstalk (coherent dan incoherent).

Dengan menggunakan persamaan diatas nilai

crosstalk dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan-3 [4]: reference output reference output allchannel output

P

X





(3) allchannel output

P adalah power output yang dihitung dari seluruh kanal pada input, dan P_outreference

adalah power output yang dihitung pada kanal yang diteliti dari optical switch dengan parameter TF sebagai acuan.

(4)

2014 4. Hasil dan Analisis

Untuk menganalisis kinerja jaringan

switching optic harus didapat hasil dari

perhitungan. Jadi dengan menggunakan

persamaan (1), (2) dan (3) nilai perhitungan probabilitas blocking seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2 dan crosstalk seperti pada Tabel 3 dan Tabel 4.

4.1 Perhitungan Probabilitas Blocking

Pada perhitungan jaringan ini hanya difokuskan untuk menganalisis probabilitas

blocking dari jaringan tersebut, maka kecepatan

dari jaringan ini tidak diperhitungkan. Parameter yang digunakan pada jaringan ini adalah : 1. Jumlah tingkat switching Banyan :

k = log2 N

2. Jumlah Terminal masukan=Jumlah Terminal Keluaran= N = k

3. Ukuran elemen switching (Directional

Coupler) = n x n = 2 x 2

4. Probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching Banyan (P0)

5. Probabilitas ada berapa paket pada setiap masukan tertentu pada tingkat ke-m dari jaringan (Ps)

Pk +1 = 1 – (1 − )

Berikut ini akan dihitung Kinerja Optical Switch pada Jaringan Banyan dengan N=16, N=32, N=64, dan N=128 dengan P0 = 0.1 sampai dengan 1

Nilai parameter pendukung perhitungan probabilitas blocking sudah ditentukan, maka hasil analisis perhitungan dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.

Tabel 1. Hasil analisis perhitungan

probabilitas blocking dengan P0= 0.1 - 0.4

Tabel 2. Hasil analisis perhitungan

probabilitas blocking dengan P0= 0.5 – 1

Dari hasil perhitungan dengan

menggunakan persamaan (1) didapat bahwa jika jumlah input ditambah dengan nilai P0 yang tetap, maka probabilitas blocking akan semakin kecil. Sebaliknya jika nilai P0 bertambah besar dengan input yang tetap, maka probabilitas

blocking akan semakin besar.

Untuk Nilai Input 2 dengan P0 = 0.1 Probabilitas blocking jaringan Banyan adalah 0,0975, probabilitas blocking akan semakin kecil jika jumlah input ditambah, yaitu untuk nilai input 128 dengan P0 = 0,1 , Probabilitas blocking jaringan Banyan adalah 0,0848. Sebaliknya untuk nilai input 2 dengan nilai P0 = 0.2, 0.3, 0.4, dan 1 probabilitas blocking pada jaringan Banyan berturut-turut adalah 0.1900, 0.2775, 0.3600, 0.4375.

4.2 Perhitungan Nilai Crosstalk

Perangkat Optical Switch yang akan dianalisis menggunakan daya masukan atau

input

P sebesar -50 dB, sedangkan parameter-parameter yang digunakan pada perangkat

Optical Switch ditunjukkan pada Tabel 3.

Dengan menggunakan nilai parameter rancangan pada Tabel 3, dapat ditentukan nilai dari P_outputallchannel dan P_outputreference yang digunakan untuk menghitung besarnya nilai crosstalk yang terdapat pada perangkat Optical Switch.

allchannel output

P merupakan daya keluaran

yang dihitung dengan menggunakan parameter standar pada perangkat Optical Switch,

sedangkan Poutputreference adalah daya keluaran yang

dihitung dengan mengubah nilai dari salah satu parameter optical Switch yang diteliti dengan parameter TF sebagai acuan.

(5)

2014 Tabel 3. Nilai Parameter Rancangan

Parameter Rancangan Nilai Rgate -50 dB Xgate -0.1 mW -1 TF -40 dB

Untuk menentukan nilai P_outreference dan

allchannel out

P

, diperoleh dengan menggunakan

parameter rancangan pada Tabel 2.

Dengan menggunakan nilai dari

parameter rancangan pada Tabel 2. Dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) maka didapatkan hasil P_outallchannel

,

reference out

P dan

Crosstalk terlihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Hasil Perhitungan Nilai Crosstalk pada Optical Switch

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) Nilai crosstalk pada jaringan optik Banyan akan semakin besar dengan bertambahnya nilai input. Untuk jaringan dengan input/output 2, 4 dan 8, besarnya nilai crosstalk masih berada pada batas yang diperbolahkan yaitu kecil dari –20dB [5], sedangkan untuk jaringan optical switch Banyan dengan jumlah input/output 16, 32 dan 64 nilai

crosstalk lebih besar dari –20dB sehingga

jaringan optical switch Banyan dengan

input/output 16, 32 dan 64 dan seterusnya tidak

direkomendasikan karena nilai crosstalk

melewati batas yang diizinkan.

5. Kesimpulan

Dari hasil analisis yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Perubahan jumlah input/output pada jaringan

switching Banyan berbanding terbalik dengan

nilai probabilitas blocking. Untuk jaringan Banyan yang dibangun dengan jumlah input 2 dan input 128 maka probabilitas blockingnya adalah 0.0975 dan 0.0848. Namun jika nilai P0 semakin besar dengan input/output yang tetap, maka nilai probabilitas blocking akan semakin besar.

2. Perubahan jumlah input/output pada jaringan

switching optik Banyan berbanding lurus

dengan nilai crosstalk. Untuk jaringan

switching optik Banyan dengan nilai input

2, 4, 8, 16, 32 dan 64 nilai crosstalk pada jaringan switching optik Banyan berturut-turut adalah -43.58 dB, -31.72 dB, -22.58 dB, -15.22 dB, -8.17 dB dan -0.45 dB . Namun untuk nilai input 128 Nilai crosstalk tidak dapat dihitung karena daya input yang dihasilkan dari parameter rancangannya tidak mencukupi (minus), maka untuk nilai input 128 dan seterusnya parameter rancangan harus diubah.

3. Jumlah input/output yang diperbolehkan untuk jaringan optical switch Banyan adalah 2, 4 dan 8, karena besarnya nilai crosstalk masih berada pada batas yang diizinkan yaitu kecil dari –20dB, sedangkan untuk jaringan optical

switch Banyan dengan jumlah input/output

16, 32 dan 64 dan seterusnya, nilai crosstalk lebih besar dari –20dB sehingga jaringan

optical switch Banyan dengan input/output 16,

32 dan 64 dan seterusnya tidak

direkomendasikan karena nilai crosstalk

melewati batas yang diizinkan.

6. Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Alm. Iskandar.D dan Almh. Arwita selaku orang tua penulis, Syamsidar.D, AMd dan Aryanto Selaku orang tua yang telah membesarkan penulis sampai sekarang ini. Ir. M Zulfin, MT, selaku dosen pembimbing dan juga Ir. Arman Sani, MT dan Naemah Mubarakah, ST. MT, selaku dosen penguji penulis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan paper ini, Serta seluruh teman-teman penulis yang telah memberikan dukungan selama pembuatan paper ini.

(6)

2014 7. Daftar Pustaka

[1]. Zulfin, M. 2008. Dasar Switching. Buku

Ajar Teknik Penyambungan. Medan.

Hlm.1-14.

[2]. Zhong, Jiling. 2005, Upper Bound

Analysis And Routing In Optical Bener Network, Phd.D Dissertation. Hlm.22-38

[3]. Dias, Daniel M., 1981. Analysis and

Simulation of Buffered Delta Networks.

IEEE Transactions on Computers, vol. C-30, no.4. Hlm. 278.

[4]. Gyselings, Tim. August 1999. Crosstalk

Analysis of Multiwavelength Optical Cross Connect”. IEEE Transaction on Lightwave