Analisis Kinerja Multiplexer pada ISDN (Integrated Service Digital Network) dengan Berbagai Laju Kanal

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Integrated Service Digital Network (ISDN)

ISDN adalah Jaringan Digital yang mampu memberikan berbagai macam layanan jasa telekomunikasi melalui satu interface serbaguna yang berlaku di seluruh dunia. Sebelum adanya ISDN, layanan jasa telekomunikasi dilakukan melalui berbagai jaringan khusus yang masing-masing hanya mampu menyediakan sekelompok jasa telekomunikasi tertentu. ISDN merupakan pengembangan dari jaringan telepon IDN (Integrated Digital Netwok) yang menyediakan hubungan digital dari ujung satu pelanggan ke ujung pelanggan lain secara digital untuk proses transformasi informasi dalam bentuk suara dan data [3].

Keuntungan ISDN meliputi [4]:

1. ISDN menawarkan kecepatan dan kualitas tinggi dalam pengiriman data. 2. Dalam satu saluran saja dapat mengirim berbagai jenis layanan seperti

gambar, suara dan video sehingga efisien dalam pemanfaatan waktu. 3. Lebih fleksibel karena single interface untuk terminal bervariasi. 4. Hemat biaya.

2.2Prinsip kerja ISDN

Prinsip kerja ISDN meliputi [3]:

1. Mendukung berbagai aplikasi voice dan nonvoice

2. Mendukung aplikasi switched dan non-switched

ISDN mendukung circuit-switching dan packet-switching. Selain itu, ISDN juga mendukung layanan non-switched dalam bentuk jalur yang disediakan. 3. Ketergantungan terhadap koneksi 64 kbps

ISDN menampilkan koneksi circuit-switching dan packet-switching pada 64 kbps. Ini merupakan pembangunan blok ISDN yang mendasar. Kecepatan ini dipilih karena pada saat itu kecepatan 64 kbps merupakan kecepatan standar untuk suara digital, dan oleh sebab itu dimasukkan ke dalam upaya pengembangan IDN. Pengembangan selanjutnya dalam hal ISDN memungkinkan fleksibilitas yang lebih luas lagi.

4. Memiliki kecerdasan dalam jaringan

ISDN diharapkan mampu menyediakan layanan terbaru dan memberikan kemampuan manajemen dan pemeliharaan jaringan yang lebih baik. 5. Arsitektur protokol yang berlapis

Protokol-protokol bagi pemakai untuk mengakses ISDN melampirkan arsitektur berlapis dan dapat dipetakan menjadi model OSI.

6. Konfigurasi yang beragam

2.3Struktur kanal ISDN

ISDN terdiri dari beberapa kanal logika untuk keperluan saluran pensinyalan dan saluran data informasi. Berdasarkan fungsi dan kecepatannya terdapat 3 tipe dasar kanal yaitu [3]:

1. Kanal B

Fungsi utama kanal B adalah untuk membawa sinyal informasi dari user ke jaringan dalam bentuk suara, data atau video. Kecepatan kanal B adalah 64 kbps yaitu kecepatan yang dibutuhkan untuk aplikasi data digital. Kanal B juga dapat digunakan untuk menyalurkan suara (voice) hi-fi band lebar (7 kHz atau 15 kHz) yang diproses menjadi 64 kbps. Bisa juga dengan menggunakan multiplex untuk dua sinyal kecepatan 32 kbps menjadi satu sinyal 64 kbps.

2. Kanal D

Fungsi utama kanal D adalah untuk membawa pesan pensinyalan dari suatu terminal ISDN ke jaringan melalui konektor fisik (physical connector) dan sistem pesan pensinyalan (signaling message) standar. Kanal D mempunyai kapasitas yang sangat tinggi dan selalu tetap tersedia. Selain kanal D bisa dipergunakan sebagai packet-switched atau hubungan jarak jauh berkecepatan rendah (100 bps) pada saat tidak ada informasi pensinyalan yang menunggu.

3. Kanal H

2.4Tipe Akses ISDN

Untuk mengakses ISDN, ITU-T telah menetapkan 2 jenis tipe akses yaitu Basic Rate Access (BRA) untuk jalur akses individu dan Primary Rate Access (PRA) untuk jalur akses PABX [3].

2.4.1 Basic Access

Terdiri dari dua kanal B-64 kbps full duplex dan sebuah kanal D-16 kbps full duplex. Total rate bit menurut aritmetika sederhana adalah 144 kbps. frame untuk akses ini ditunjukkan pada Gambar 2.1. Masing-masing 48 bit mencakup 16 bit dari kanal B dan 4 bit dari kanal D.

Gambar 2.1 Struktur Frame Basic Access [3]

Layanan dasar (Basic Access) dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan sebagian pemakai individu, termasuk pemakai perumahan dan kantor-kantor dalam jumlah kecil. Hal ini memungkinkan pemakaian suara dan beberapa aplikasi data seperti akses packet-switched, jalur menuju layanan alarm sentral, faksimili, videotext, dan seterusnya secara simultan.

2.4.2 Primary Access

Primary Access ditujukan untuk pemakai dengan persyaratan kapasitas yang

Struktur kanal Primary Access adalah 30 B + D (untuk PCM-30), 23 B + D (untuk PCM 24) dimana kanal B maupun D sebesar 64 kbps.

Struktur frame untuk akses primer (Primary Access) ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur Frame Primary Access [3] Ada beberapa tipe akses pada Primary interface (PRA) yaitu [3]:

a. Multi Access: Akses dengan multiple kanal B dan satu kanal D (nB +D).

b. High Speed Access: Untuk pengiriman high speed data. c. Combine Access: Akses dengan multiple kanal H.

2.5Multiplexing

Multiplexing adalah suatu teknik mengirimkan lebih dari satu informasi melalui satu saluran. Tujuan utamanya adalah menghemat jumlah saluran fisik. Gambar 2.3 menunjukkan prinsip dasar multiplexing [2].

Multiplexer menggabungkan data dari jalur input n dan mentransmisikan melalui jalur berkapasitas tinggi. Demultiplexer menerima aliran data yang sudah dijadikan multiplex kemudian memisahkan (melakukan demultiplexing) data berdasarkan kanal, lalu mengirimkannya ke saluran output yang tepat.

Multiplexing memiliki keuntungan sebagai berikut [4]:

a. Host hanya butuh satu port I/O untuk n terminal. b. Hanya satu line transmisi yang dibutuhkan.

c. Menghemat biaya penggunaan saluran komunikasi. d. Menggunakan kapasitas saluran semaksimal mungkin.

Dua bentuk yang paling umum dari multiplexing yaitu Frequency Division Multiplexing (FDM) dan Time Division Multiplexng (TDM) [4].

2.5.1 Frequency Division Multiplexeing (FDM)

FDM dimungkinkan bila lebar pita media transmisi yang digunakan melebihi lebar pita yang diperlukan sinyal yang ditransmisikan. Gambar 2.4 menggambarkan kasus umum FDM. Enam sumber sinyal dimasukkan ke multiplexer yang akan memodulasi setiap sinyal frekuensi yang berbeda-beda (f1,…,f6). Masing-masing sinyal yang dimodulasi memerlukan lebar pita tertentu

Gambar 2.4 Frequency Division Multiplexing [4]

Sinyal campuran yang diransmisikan di sepanjang media merupakan sinyal analog. Dalam hal input digital, sinyal harus disalurkan melalui modem untuk diubah menjadi analog.

2.5.1.1Proses Multiplexing pada FDM

Pada Gambar 2.5 diilustrasikan proses FDM. Sejumlah sinyal analog dan digital [mi(t), i=1,n] di-multiplex ke media transmisi yang sama. Masing-masing sinyal mi(t) dimodulasikan ke frekuensi pembawa f1 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5(a), karena menggunakan frekuensi pembawa multiple masing-masing disebut subpembawa. Sinyal yang dimodulasi kemudian ditambahkan agar menghasilkan sinyal baseband campuran mb(t) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5 (b). F1 harus dipilih sehingga lebar pita dari berbagai sinyal tidak tumpang tindih secara signifikan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5(c) [4].

(b) Spektrum sinyal pemodulasi baseband campuran

(c) Receiver

Gambar 2.5 Gambaran umum proses FDM [4]

2.5.1.2Proses Demultiplexing pada FDM

Demultiplexing menggunakan filter sinyal multiplexing untuk mengembalikan sinyal ke bentuk semula. Setiap sinyal dimodulasi ke frekuensi sinyal awal sesuai tujuan kemana sinyal itu ditujukan. Gambar 2.6 menunjukkan proses demultiplexing. Contoh yang paling dikenal dari aplikasi FDM adalah siaran radio dan Televisi kabel [4].

2.5.2 Time Division Mutiplexing (TDM)

TDM memungkinkan bila kecepatan data dari suatu media bisa sama atau melebihi kecepatan data dari sinyal-sinyal digital yang ditransmisikan. Sinyal-sinyal digital multiple (sinyal analog yang memuat data digital) lambat laun bisa dibawa melalui jalur transmisi tunggal dan melakukan interleaving pada bagian-bagian dari setiap sinyal. Interleaving bisa dilakukan pada level bit atau pada blok-blok byte atau dalam jumlah yang besar.

Pengiriman data dilakukan dengan mencampur data berdasarkan waktu sinyal data tersebut dikirimkan. Pemancar dan penerima harus sinkron agar masing-masing penerima menerima data yang ditujukan kepadanya. TDM hanya digunakan untuk komunikasi titik ke titik. TDM lebih efesien daripada FDM karena 1 saluran komunikasi telepon dapat dipakai sampai dengan 30 terminal sekaligus. Gambar 2.7 menunjukkan gambaran umum TDM [4].

Gambar 2.7 Time Division Multiplexing [4]

output. Jika input time slot TS maka output time slot T/n s. Jika n adalah jumlah koneksi diasumsikan TDM sinkron dan ditunjukkan pada Gambar 2.8 [4].

(a) Konsep Dasar TDM Sinkron

(b) Time Slot TDM Sinkron

Gambar 2.8 Konsep dasar dan Time Slot TDM Sinkron [4]

Pada Gambar 2.8 (b) dapat dilihat bahwa jika ada n koneksi dan frame maka akan dibagi menjadi n time slot dan setiap slot dialokasikan untuk setiap unit data pada satu saluran input. Jika durasi input unit adalah T, maka durasi setiap slot adalah T/n dan durasi setiap frame adalah T.

2.5.2.1Proses Muliplexing pada Time Division Multiplexing

memiliki panjang satu bit atau satu karakter. Penyangga secara berturut-turut discan agar membentuk deretan data digital campuran mc(t). Operasi scan ini berlangsung sangat cepat sehingga setiap penyangga sudah dikosongkan sebelum lebih banyak data yang datang. Kecepatan data mc (t) setidaknya harus sama dengan jumlah rate data mi (t). Data yang ditransmisikan memiliki format seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9(b). Data disusun ke dalam frame. Masing-masing frame berisi siklus tergantung jatah waktu. Dari frame ke frame disebut kanal. Gambar 2.9(c) menunjukkan informasi yang telah didemultiplxer dan siap untuk dikirim ke tjuan masing-masing [3].

(a) Transmitter

(b) Frame TDM

(c) Receiver

Sistem pembawa jarak jauh yang tersedia di Amerika Serikat dan seluruh dunia dirancang sedemikian rupa agar dapat mentransmisikan sinyal suara di sepanjang jalur transmisi berkapasitas tinggi. Di Amerika Serikat, AT & T mengembangkan suatu hierarki struktur TDM dari berbagai kapasitas. Struktur ini dipergunkana di Kanada dan Jepang serta di Amerika Serikat sendiri. Hierarki yang dipergunakan di Internasional yang ditetapkan oleh ITU-T dapat dilihat pada Tabel 2.1 [6].

Tabel 2.1 Standar Frekuensi Pembawa TDM di Amerika dan Internasional [6]

2.6. Statistical Time Division Multiplexing

lebih rendah untuk mendukung perangkat sebanyak-banyaknya seperti pada TDM sinkron. Perbandingan antar TDM Sinkron dengan TDM Statistikal dapat dilihat pada Gambar 2.10 [4].

Gambar 2.10 Perbandingan TDM Sinkron dan TDM Asinkron [4]

2.6.1 Kinerja Satistical Time Division Multiplexing

Kecepatan data dan output multiplexer statistikal kurang dari jumlah kecepatan data input. Ini terjadi karena sudah diantisipasi bahwa jumlah rata-rata input kurang dari kapasitas saluran yang di-multiplex. Kesulitan dengan pendeatan ini adalah sementara rata-rata jumlah input kurang dari kapasitas saluran yang dimultiplex, sehingga akan muncul periode puncak saat input melebihi kapasitas. Pemecahan untuk masalah ini adalah dengan memasukkan penyangga ke dalam multiplex untuk menahan kelebihan input sementara. Terdapat pertukaran di antara

ukuran penyangga yang dipergunakan serta kecepatan data saluran [4]. Pada Gambar 2.11 diperlihatkan format frame pada TDM statistical.

Gambar 2.11 Format Frame pada TDM Statistikal [4]

2.7 Time Division Switching

Pada saat ini untuk menghubungkan antara customer yang satu dengan yang lain dibutuhkan suatu teknik penyambungan (switching). Adapun teknik penyambungan yang paling umum digunakan adalah teknik penyambungan dengan jenis time divison switching. Pada teknik penyambungan dengan time division switching, sinyal suara yang dikirimkan dapat berupa sinyal Pulse Amplitude Modulation (PAM) atau Pulse Code Modulation (PCM) [1].

125 mikro detik. Di dalam domain digital sebuah nilai tersampel dapat dilewatkan dari sebuah inlet ke sebuah outlet dalam beberapa mikro detik atau kurang melalui sebuah elemen switching. Bila kecepatan switching tinggi maka elemen switching tersebut bisa tidak digunakan (menganggur) dalam waktu yang lama. Agar switch tidak lama menganggur dan agar tidak ada sampel suara yang hilang maka jumlah kanal suara atau percakapan simultan yang akan dilayani oleh switch haruslah diketahui terlebih dahulu sebelum menetapkan kecepatan switch yang dibutuhkan untuk memilih dan menghubungkan pasangan inlet-outlet. Jika ts adalah waktu dalam mikrodetik yang merupakan kecepatan switch maka ts adalah 125.10-6 dibagi dengan jumlah kanal suara yang akan disambungkan. Sebagai contoh bila terdapat 30 kanal maka kecepatan switch yang dibutuhkan untuk menyambungkan kanal - kanal tersebut (ts) adalah 125.10-6 dibagi 30 yaitu 3,9.10-6 detik. Dengan kecepatan sebesar ini switch akan kembali ke kanal yang sama tepat setiap 125 mikro detik atau tepat pada saat datangnya sampel suara berikutnya pada kanal yang sama sehingga tidak ada sampel suara yang hilang. Konstruksi dari time division switching dapat dilihat seperti pada [1]. Gambar 2.12 menunjukkan kontruksi dari

TDM.

2.8 kinerja Multiplexer

Untuk menganalisis kinerja multiplexer, dibutuhkan suatu sistem antrian. Teori antrian yang digunakan adalah antrian M/M/1/N, dimana jumlah pelanggan N disesuaikan dengan jumlah kanal yang akan dianalisis. Misalnya jumlah kanal yang digunakan 30, maka jumlah pelanggan adalah 30. Untuk menjamin sistem menjadi stabil pada antrian dengan pelayanan tunggal maka dapat dilihat bahwa < µ. Maka akan didapat parameter ρ [6], yaitu:

� =

�

µ...(2.1) dimana:

ρ = Utilisasi Sistem

= Laju Kedatangan Frame (frame/detik) µ = Laju Pelayanan Frame (frame/detik)

Parameter ρ ini sering disebut juga dengan utilisasi link atau intensitas trafik. Untuk antrian dengan pelayanan tunggal, jika nilai ρ mendekati dan melampaui satu, maka akan dijumpai keadaan kongesti yaitu keadaan dimana frame – frame yang tiba diblok.

Laju lalu lintas kedatangan frame merupakan rata-rata jumlah frame yang ditransmisikan per satuan waktu, parameter didapatkan dari Hukum Little [6]:

� � = ∑∞_�= � � = �

=

� �_� ...(2.2) dimana:

Pada sistem antrian M/M/1/N terdapat pelanggan sebanyak N. Jika sudah ada N pelanggan di dalam sistem, maka pelanggan yang tiba berikutnya diblok atau hilang. Laju kedatangan dan laju pelayanan dapat dinyatakan dengan, yaitu:

(n) = → n = 0, 1 ,2, ... N -1 µ (n) = µ → n = 1, 2, 3, ... N

Diagram transisi kondisinya dapat dinyatakan pada Gambar 2.13 sebagai berikut [5], yaitu:

Gambar 2.13 Digram Transisi Kondisi Sistim Antrian M/M/1/N [5]

PN adalah Probabilitas bloking, dimana sistem antrian penuh. Rata-rata jumlah pelanggan yang diblok per detik adalah PN. Dengan buffer berhingga, rata-rata laju kedatangan frame/detik dapat lebih besar dari rata-rata laju pelayanan frame/detik µ karena kelebihan pelanggan akan ditolak. Hubungan antara

throughput dan load ditunjukkan pada Gambar 2.14 [6].

Gambar 2.14 Hubungan antara throughput dan load [6]

Gambar 2.14 menunjukkan hubungan antara throughput dan load pada sistem antrian M//M/I/N.

Sejumlah frame yang telah berhasil dilayani dan telah meninggalkan sistem didefiniskan sebagai throughput dapat dinyatakan dengan persamaan [6] yaitu:

� = − �� ...(2.6)

dimana:

γ = Throughput (frame)

= Rata-rata laju kedatangan frame/detik

PN = Probabilitas Blocking

Waktu rata-rata pelanggan di dalam antrian dapat ditentukan dengan persamaan [6] yaitu:

�� = _{µ µ−�}� ...(2.7)

Waktu rata-rata di dalam sistem dapat dihitung dengan persamaan [6] yaitu:

�� =_µ−�...(2.8)

2.9 Proses Kedatangan pada Sistem Antrian M/M/1

Sinyal-sinyal yang dikirim ke dalam sistem antrian M/M/1 dalam bentuk PCM atau PAM. Adapun pada tugas akhir ini sinyal yang dikirim ke receiver dalam bentuk PCM. Proses yang terjadi pada sinyal dalam satu detik ketika pengiriman dalam bentuk PCM akan ditunjukkan seperti pada Gambar 2.15 [1].

Gambar 2.15 Proses sampling suatu sinyal dalam satu detik [1]

Mengacu kepada prinsip pengkodean PCM, diketahui bahwa dalam satu kali proses sampling terdapat 8000 titik sampel. Satu titik sampel diwakili oleh 8 bit, mulai dari titik sampel yang terendah yaitu , sampai titik sampel yang paling tinggi yaitu 8. Sehingga diketahui bahwa bit rate dalam satu detik adalah 64 Kbps.

tegangan yang digunakan berjumlah 256 level yang didapat dari nilai tertinggi dari

kemungkinan titik sampel yang telah disampling yaitu 8 = .

Gambar 2.16 Jarak antar titik sampel dan jumlah level tegangan [1]

Pada proses coding, setiap titik sampel diwakili oleh 8 bit. Hal ini dimaksudkan agar sinyal yang dikirim mendekati sinyal suara aslinya ketika diterima oleh penerima (receiver). Kemudian sinyal yang telah dikodekan tersebut dikirimkan ke dalam sistem. Sinyal yang dikirim dalam bentuk kode - kode biner inilah yang disebut dengan PCM [1].

2.10 Dev C++

Dev C++ merupakan suatu software bahasa pemrograman dimana

kumpulan perintah yang disusun logis dengan bahasa pemrograman untuk tujuan

tertentu. Misalnya perhitungan, menampilkan keyword, dan sebagainya.

Dev C++ dapat digunakan untuk:

1. Menulis naskah program.

3. Melakukan pengujian terhadap program.

4. Mengaitkan objek dan library ke program.

5. Menjalankan program.

Gambar 2.17 Memperlihatkan tampilan Dev C++ saat dibuka. Dalam

bahasa pemrograman C++, pustaka dasar adalah kumpulan class dan fungsi yang

menjadi inti bahasa pemrograman C++.

Gambar 2.17 Tampilan awal Dev C++

Pustaka dasar terdiri dari container umum dan fungsi untuk memanipulasinya,

string dan stream. Beberapa pustaka dasar pada C++ ditampilkan pada Tabel 2.1.

auto const double float int short struct unsigned

break continue else for long signed switch Void

case default enum goto register sizeof typedef Volatile

char do extern if return static union While

Kata kunci ini berfungsi untuk menyimpan suatu variable yang diperlukan.

Kata kunci ini tersimpan pada tempat khusus di dalam memori komputer saat