-97- copyright @ DTE FT USU
ANALISIS PENGALOKASIAN KANAL PADA KOMUNIKASI
SELULER DENGAN ALGORITMA SIMULATED ANNEALING
Elisabeth Bestiana Siregar
Dosen Pembimbing : Rahmad Fauzi,ST. MT
Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected] or [email protected]
ABSTRAK
Saat ini perkembangan teknologi telekomunikasi semakin meningkat, pengguna telepon selular pun semakin bertambah pesat. Pada waktu tertentu permintaan kanal akan maksimal bahkan melebihi kapasitas saluran yang tersedia, hal tersebut dapat mengakibatkan banyak panggilan tidak dapat dilayani atau diblok. Pada nilai tertentu tingkat kegagalan masih dapat diterima namun selebihnya diperlukan solusi pemecahan akan masalah tersebut, salah satunya adalah pengoptimalan kanal. Tulisan ini membahas pengalokasian kanal pada GSM dengan menggunakan Algoritma Simulated Annealing sebagai metode penyelesaiannya. Alokasi kanal merupakan masalah optimasi yang meminimalkan interferensi yang ditimbulkan oleh adjacent channel dan co-channel. Dalam hal ini algoritma Simulated Annealing digunakan sebagai metode untuk mengimplementasikan channel assignment problem (CAP) pada sistem komunikasi seluler. Salah satu parameter dalam algoritma ini adalah state (solusi). Adapun state yang dipakai untuk implementasi CAP adalah urutan sel dimana kanal akan dialokasikan pada sel tersebut, dengan nilai cii atau jarak pemisah antar kanal
dalam satu sel bernilai 5 dan 6. Dari pengalokasian kanal yang dilakukan panggilan yang ditolak berkurang setelah dilakukan update state. Dimana jumlah kanal yang dapat dialokasikan pada state awal dengan cii=5 sebesar 126 kanal,
terdapat 85 panggilan yang ditolak. Kemudian setelah update state dengan cii=6, jumlah kanal yang dialokasikan sebesar
151 kanal dan total panggilan yang ditolak menjadi 15 panggilan.
Kata kunci : Alokasi kanal, Simulated Annealing, adjacent channel, co-channel
1. PENDAHULUAN
Seiring semakin berkembangnya teknologi membuat kebutuhan akan teknologi semakin meningkat juga. Karena kebutuhan akan komunikasi seluler semakin tinggi, maka timbul satu permasalahan yaitu kanal yang terbatas yang mengakibatkan banyak panggilan yang diblok atau tidak dilayani. Dari keterbatasan kanal tersebutlah diperlukan upaya untuk mengatasinya yaitu dengan pengalokasian kanal. Pengalokasian kanal dimaksudkan untuk mendapatkan alokasi kanal yang tepat, guna untuk meminimalkan panggilan yang ditolak dengan memperhatikan kualitas sinyal yang tetap terjaga baik (bebas dari interferensi).
Ada banyak cara yang diusulkan untuk alokasi kanal radio dalam sistem seluler yang dapat
dikategorikan dalam Fixed Channel Allocation (FCA), Dynamic Channel Allocation (DCA) ataupun gabungan dari keduanya. FCA dan DCA ataupun gabungan keduanya memerlukan metode ataupun algoritma untuk dapat mengoptimalkan pengalokasian kanal pada sistem komunikasi seluler. Salah satu algoritma yang digunakan adalah algoritma Simulated Annealing. Algoritma ini dikembangkan dengan analogi dari prinsip-prinsip kristalisasi pada logam dengan proses pendinginan dan pembekuan, sehingga diperoleh energi yang minimum.
Dalam tulisan ini penulis tertarik untuk menganalisis penggunaan Algoritma Simulated
Annealing untuk mengoptimalkan pengalokasian
-98- copyright @ DTE FT USU 2. CHANNEL ASSIGNMENT PADA
SISTEM KOMUNIKASI SELULER 2.1 Sistem Komunikasi Seluler
Sistem komunikasi seluler adalah sistem komunikasi yang digunakan untuk memberikan layanan jasa telekomunikasi bagi pelanggan bergerak. Sistem komunikasi seluler dapat melayani banyak pengguna pada cakupan area geografis yang cukup luas dalam frekuensi yang terbatas.
Komunikasi seluler dikatakan sistem seluler karena daerah layanannya dibagi menjadi daerah-daerah kecil yang disebut sel. Setiap sel mempunyai daerah cakupannya masing-masing dan beroperasi secara khusus. Jumlah sel pada suatu daerah geografis adalah berdasarkan pada jumlah pelanggan yang beroperasi di daerah tersebut.
Bentuk sel yang terdapat pada sistem komunikasi bergerak selular digambarkan dengan bentuk hexagonal karena semua daerah dapat dicakup tanpa adanya gap sel satu dengan yang lain[2].
2.2 Prinsip Kerja Channel Assignment
Secara umum strategi penempatan kanal adalah untuk peningkatan kapasitas kanal dari setiap sel dan meminimalkan interferensi sesuai dengan yang diinginkan. Strategi penempatan kanal yang telah dikembangkan untuk memenuhi tujuan mengurangi panggilan yang ditolak dan meminimalkan interferensi, dapat dikelompokkan menjadi fixed atau dinamic. Pemilihan strategi penempatan kanal dapat mempengaruhi kinerja dari sistem, terutama pengaturan panggilan saat sebuah pengguna berpindah dari satu sel ke sel yang lain.
Channel assignment dapat dibagi menjadi
Fixed Channel Allocation (FCA) dan Dynamic Channel Allocation (DCA).
2.2.1 Fixed Channel Allocation (FCA)
Fixed channel allocation merupakan teknik
pengalokasian kanal dimana pada setiap sel dialokasikan secara tetap. Karena setiap sel dialokasikan secara tetap maka dalam sistem ini diperlukan management kanal yang tetap. Bila
seluruh kanal terduduki maka sel akan diblok dan kadang digunakan strategi peminjaman kanal dari sel tetangga [3].
2.2.2 Dynamic Channel Allocation (DCA) Dynamic channel allocation merupakan
teknik yang tidak ada kanal yang dialokasikan secara tetap di dalam sel. DCA merupakan salah satu staregi untuk megatasi penambahan beban trafik dalam sistem seluler. Konsep dasar dari strategi DCA adalah bila beban trafik tidak merata dalam tiap sel maka pemberian kanal frekuensi pada tiap sel akan sering tidak terpakai dalam sel yang kurang padat, dan terjadi bloking pada sel dengan beban trafik padat. Teknik DCA dapat mengalokasi kanal frekuensi bila hanya beban trafik meningkat dan melepaskan kanal frekuensi bila beban trafik menurun [3].
2.3 Perumusan Channel Assignment Problem Permasalahan channel assignment (CAP) muncul dalam jaringan telepon seluler yakni rentang frekuensi diskrit dengan spektrum frekuensi radio tersedia yang disebut sebagai kanal, dipelukan untuk dialokasikan ke daerah lain guna meminimumkan bentangan frekuensi total, tergantung pada permintaan (demand) dan pembatas bebas interferensi (interference-free
constraint).
Umumnya, penugasan kanal harus memiliki beberapa batasan electromagnetic compatibility (EMC), yang ditentukan melalui jarak minimum dimana dua kanal harus dipisahkan agar rasio S/I diterima kuat dalam wilayah yang salurannya telah ditugaskan. Hal tersebut dapat ditunjukkan melalui matrik N x N yang disebut matriks C.
Ada tiga jenis kendala (constraint) dalam penugasan kanal, yaitu [4] :
a. Cochannel Constraint (CCC) – cij dengan nilai
= 1 atau 0
Dimana kanal pada sel yang berjauhan dapat dialokasikan pada satu kanal yang sama atau dengan jarak 1 kanal dengan kanal selanjutnya.
b. Adjacent Channel Constraint (ACC) - cij
dengan nilai = 2
Dimana kanal yang berdekatan tidak dapat dialokasikan untuk sel radio yang berdekatan secara bersamaan.
-99- copyright @ DTE FT USU
c. Cosite Constraint (CSC) - cii dengan nilai = α
Dimana setiap pasangan kanal yang ditetapkan dalam sel yang sama harus memiliki jarak kanal minimum α. Nilai α merupakan nilai positif mulai dari 0 ditugaskan ke sel i. Nilainya tergantung pada standar komunikasi yang digunakan. Pada umumnya nilai α dimulai dengan 5 untuk menyatakan jarak antar kanal dalam satu sel.
Nilai cij merupakan jarak pemisah kanal
antara kanal pada sel a dengan kanal pada sel b (jarak kanal pada sel yang berlainan). Sedangkan cii merupakan nilai jarak pemisah antar kanal
dalam satu sel.
2.4 Algoritma Simulated Annealing
Simulated annealing (SA) adalah salah satu
algoritma untuk untuk optimisasi yang bersifat generik. Masalah yang membutuhkan pendekatan SA adalah masalah-masalah optimisasi kombinatorial, dimana ruang pencarian solusi yang ada terlalu besar, sehingga hampir tidak mungkin ditemukan solusi eksak terhadap permasalahan itu. Publikasi tentang pendekatan ini pertama kali dilakukan oleh S.Kirkpatrick, C.D.Gelatt dan M.P.Vecchi, diaplikasikan pada desain optimal hardware komputer, dan juga pada salah satu masalah klasik ilmu komputer yaitu
Traveling Salesman Problem. Annealing adalah
satu teknik yang dikenal dalam bidang metalurgi, digunakan dalam mempelajari proses pembentukan kristal dalam suatu materi. Agar dapat terbentuk susunan kristal yang sempurna, diperlukan pemanasan sampai suatu tingkat tertentu, kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang perlahan-lahan dan terkendali dari materi tersebut. Pemanasan materi di awal proses annealing, memberikan kesempatan pada atom-atom dalam materi itu untuk bergerak secara bebas, mengingat tingkat energi dalam kondisi panas ini cukup tinggi. Proses pendinginan yang perlahan-lahan memungkinkan atom-atom yang tadinya bergerak bebas itu, pada akhirnya menemukan tempat yang optimum, di mana energi internal yang dibutuhkan atom itu untuk mempertahankan posisinya adalah minimum [6].
Diketahui N buah sel pada komunikasi wireless yang mengkover satu wilayah tertentu. Arsitektur dari setiap sel didefinsikan dengan M={mi,j} dimana mi,j adalah selisih kanal
minimum yang diijinkan agar dapat menjamin tidak terjadi interferensi. Pada wilayah tersebut terdapat R buah kanal yang dapat digunakan. Pada sel ke-i terdapat ci jumlah panggilan. Dimana total
panggilan untuk seluruh sel didefinisikan dengan [5]:
Ncall = ∑ i (1)
Dimana : Ncall = Jumlah Panggilan ci = Jumlah panggilan ke-i
Masalah yang harus diselesaikan dalam hal ini adalah bagaimana mengatur kanal yang digunakan untuk melayani setiap panggilan pada masing-masing sel agar dapat meminimalkan jumlah panggilan yang diblok. Jadi tujuan dari penggunaan metode Simulated annealing adalah meminimalkan energi. Dalam hal ini energi yang dimaksud adalah jumlah panggilan yang dibloking. Blocking (energi) dihitung dengan rumus (2) dan (3) sebagai berikut [5] :
CallN = ∑ ( ) (2)
ServN = ∑ ( ) (3)
Dari persamaan (2) dan (3) nilai bloking merupakan selisih dari total panggilan dan total panggilan yang dilayani, seperti pada rumus (4) dan (5) berikut [5]:
BlockN = CallN – ServN (4)
Energi = BlockN (5) Dimana :
CallN = Total seluruh panggilan ServN = Total panggilan yang dilayani
BlockN =Total panggilan yang tidak dilayani
(terblok)
2.4.1 Simulated Annealing pada Channel Assignment
Setelah dilakukan pembagian kanal pada setiap sel, untuk mendapatkan hasil yang optimal maka akan diproses dengan menggunakan algoritma Simulated Annealing. Berikut penjelasan dari Algoritma Simulated Annealing pada pengalokasian kanal :
a) Definisi State
Tujuan dari alokasi kanal dinamik adalah untuk menentukan kanal-kanal yang melayani panggilan, dan dapat meminimalkan terjadinya
-100- copyright @ DTE FT USU
blocking. Sehingga state dalam pengalokasian ini
didefinisikan sebagai urutan sel, dimana kanal akan dialokasikan pada sel tersebut.
b) Definisi Energi
Dalam Simulated Annealing selalu meminimalkan nilai energi. Sehingga pada pengalokasian kanal berfungsi untuk meminimalkan jumlah panggilan yang dibloking. c) Update State
Membangkitkan kembali urutan sel dengan tujuan untuk mendapatkan nilai bloking untuk dibandingkan dengan nilai bloking yang sebelumnya agar diketahui state mana yang lebih baik.
Pada proses update state ada beberapa hal yang harus dilakukan, yaitu :
1. Memilih bagian mana saja untuk dirandom lagi.
2. Lakukan random pada bagian yang sudah dipilih, kemudian hitung berapa jumlah energi (E1) dari random tersebut, energi ini kemudian dibandingkan dengan energi yang sebelumnya (E0).
3. Membandingkan energi E0 dengan E1.
a) Apabila E0 > E1, maka E1 yang akan dipilih
b) Setelah E1 terpilih maka akan diterima bila memenuhi syarat dengan menghitung nilai probabilitasnya (p=exp(-(∆E/T)) Pada langkah ini energi E1 diterima bila random > probabilitas, dan akan ditolak (diblok) apabila tidak memenuhi syarat pada point update state. d) Temperatur
Sebagai ruang untuk mendapatkan nilai bloking lebih optimal pada setiap iterasinya. Umumnya temperatur ini tidak berhubungan langsung dengan aplikasi yang dijalankan, namun erat kaitannya dengan iterasi guna untuk mendapatkan nilai function yang lebih minimum (optimal).
3. PEMODELAN ALOKASI KANAL DENGAN ALGORITMA
SIMULATED ANNEALING
Dalam hal ini proses pengalokasian kanal dilakukan setelah parameter kerja optimasi berupa layout sel, jumlah call demand, dan kendala interferensi telah ditentukan. Kemudian dari parameter tersebut dilakukan proses penugasan
kanal dengan menggunakan algoritma simulated
annealing.
3.1 Parameter Kerja Pengalokasian Kanal Beberapa parameter yang digunakan dalam pengalokasian kanal ini antara lain :
1. Layout Sel
Layout sel yang digunakan diambil dari peta
kota Medan untuk dapat melihat contoh lebih sederhana karena penulis berdomisili di daerah Medan, sehingga dapat melihat dan mengetahui daerah yang digunakan. Daerah yang digunakan untuk pemodelan layout ini hanya 15 kecamatan dari kota Medan. Tidak semua daerah dimasukkan sebagai input untuk membuat layout selnya. Sel yang dimodelkan pada layout sel Medan sekitar 17 sel, dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Layout Sel yang Digunakan
Pembagian layout sel ini jelas sangat berbeda dengan layout di lapangan. Hal ini dimaksdukan untuk mempermudah pengalokasian kanal yang tidak memiliki terlalu banyak sel, yaitu 17 sel. 2. Pola Interferensi Sel
Dari layout sel yang digunakan dapat dihasilkan pola interferensi sel.
3. Matriks Cij
Matriks Cij didapatkan setelah melihat layout
yang digunakan dan telah disesuaikan dengan kaidah EMC.
4. Call demand
Call demand yang digunakan pada optimasi
alokasi kanal dinamik ini merupakan panggilan yang ditawarkan pada setiap sel. Call demand pada setiap sel berbeda-beda.
-101- copyright @ DTE FT USU 3.2 Flowchart Algoritma Simulated Annealing
pada Penugasan Kanal
Gambar 2 merupakan flowchart dari penugasan kanal menggunakan algoritma
simulated annealing. Sebelum dilakukan
pengalokasian kanal perlu ditentukan inisialisasi terlebih dahulu yaitu jumlah sel, jumlah kanal, nilai call demand, dan suhu. Setelah semua kanal teralokasikan dihitung nilai kanal (panggilan) yang dibloking. Nilai sementara ini disimpan untuk dibandingkan dengan nilai bloking dengan proses update selanjutnya. Prinsip dari algoritma
simulated annealing untuk mendapatkan nilai
bloking yang lebih kecil, sehingga nilai bloking yang dipakai setelah proses update adalah nilai yang paling kecil.
Gambar 2. Flowchart Algoritma Simulated
Annealing
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Simulasi Pengalokasian Kanal
Tabel 1 merupakan tabel hasil pengalokasian kanal dengan menggunakan cii=6.
Dari tabel 1 dapat dilihat semua kanal dapat dialokasikan tanpa melanggar batasan matriks yang ada.
Tabel 1.Hasil Algoritma Simulated Annealing untuk Jarak Kanal cii=6
5. KESIMPULAN
Dari hasil pemodelan dan hasil analisis yang dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan, antara lain :
1. Alokasi kanal menggunakan algoritma
Simulated Annealing ini dipengaruhi oleh
nilai jarak kanal dalam satu sel dan nilai call
demand.
2. Keadaan yang diterima adalah keadaan yang menghasilkan nilai bloking yang lebih kecil. 3. Sebelum dilakukan update nilai bloking yang
didapat sebesar 85 panggilan. Setelah dilakukan update nilai bloking sebanyak 15 panggilan yang menunjukkan kinerja.
4. Pemanfaatan kanal pada cii=6 merupakan
yang lebih baik dengan persentase 94,78%.
Inisialisasi : 1. Jumlah S el 2. Jumlah K anal
( cii(D-1)+ 1) 3. Nilai Call D emand
4. Suhu
Berikan U rutan S el
Alokasikan Kanal (dengan cii =a ;a =5 )
Hitung Jumlah panggilan yang dibloking (E0)
Update U rutan sel
Hitung Jumlah panggilan yang dibloking (E1) Alokasikan K anal (dengan cii= a+1 )
Hitung S elisih Panggilan yang dibloking (? E)=E1-E0 Apakah E0> E1? Pilih E 1 Apakah E1< exp (-? E/T )
?
Sesuaikan T emper atur T= T0(TN/T0)^(i/N) Apakah N ilai T= TN ? SELESAI MULAI Ya Ya Tidak Tidak Tidak Iter asi (n) = n+1 Apakah iterasi maxim um ? Ya Ya Tidak Sim pan E 0 Inisialisasi : 1 . Jumlah S el 2. Jumlah K anal ( (a+ 1)(D-1)+1)) 3. Nilai Call Demand
-102- copyright @ DTE FT USU 6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Fuadi Arimal.2009.Konsep Dasar Telekomunikasi Seluler. http://fuadi- arimal.blogspot.com/2009/05/konsep-dasar-telekomunikasi-seluler.html. Diakses pada 3 Oktober 2013.Medan.
[2] Sirait.2008.Modul3 Komunikasi Bergerak. http://siraits.files.wordpress.com/2008/03/mo dul-3-komunikasi-bergerak.pdf. Diakses pada 3 Oktober 2013.Medan. [3] Anonim. http://www.google.com/search?q=penugasan +kanal&ie=utf-8&oe=utf-&aq=t&rls=org.mozilla:enUS:official&client =firefox&channel=sb#channel=sb&q=strateg i+pengalokasian+kanal+pada+seluler&rls=or g.mozilla:en-4. US:official. Diakses pada 3 Oktober 2013.Medan.
[4] Sivarajan.KN.1990.Dynamic Channel Assignment in Celluler Radio.http:// http://authors.library.caltech.edu/31390/1/SI Vvtc90.pdf. Diakses pada 10 Oktober 2013.Medan.
[5] Usmardi.2012.Jurnal1.
http://usmardi70.files.wordpress.com/2012/0 2/jurnal1.pdf. Diakses pada 11 November 2013.Medan.
[6] Wikipedia.Simulated_annealing.
http://id.wikipedia.org/wiki/Simulated_anneal ing. Diakses pada 21 Januari 2014.Medan. [7] Basuki Ahmad,Budi Tri Santoso,dan Hada
Miftahul.Modeling dan Simulasi.IPTAQ Mulia Media.Cetakan pertama.2001.Jakarta Selatan
