2.1 Pathloss Model
Pathloss Propagation Model sering dikenal juga dengan nama Radio Wave Propagation Model atau the Radio Frequency Propagation Model. adalah formulasi matematika berdasarkan hasil pengukuran atau hasil pengamatan untuk karakterisasi propagasi gelombang radio sebagai fungsi frekuensi, jarak, ataupun kondisi lainnya. Sebuah model tunggal dikembangkan untuk memprediksi perilaku propagasi gelombang elektromagnetik untuk semua link yang sama di bawah kendala serupa. Formulasi ini dibuat dengan tujuan untuk memperkirakan cara gelombang radio di propagasikan dari satu tempat ke tempat lain.
Path loss (Jalur yang mengalami perlemahan) adalah jalur gelombang elektromagnetik yang mendapatkan pengurangan daya (attenuation) karena bergerak menyebar ke segala arah melalui ruang terbuka maupun merambat melalui dinding ruangan. Path loss adalah komponen utama dalam analisis dan desain link budget sistem telekomunikasi. Path loss terjadi karena banyak hal, refraction, diffraction, reflection, serta penyerapan akibat masa jenis material yang berbeda-beda. Path loss juga dipengaruhi oleh kontur medan (gunung dan lembah), lingkungan (urban, rural, suburban, remote area, vegetation dan lain- lain), media propagasi (udara kering, lembab, hujan, kabel tembaga, dan lain- lain), jarak antara pemancar dan penerima, serta tinggi dan lokasi antena berada.
Path loss biasanya mencakup kerugian propagasi yang disebabkan oleh perluasan alami dari depan gelombang radio di ruang bebas (yang biasanya mengambil bentuk sebuah bola yang terus mengembang). kerugian akibat adanya penyerapan (kadang-kadang disebut penetrasi) ketika sinyal melewati suatu material-material tertentu yang menyerap gelombang elektromagnetik. Kerugian akibat difraksi terjadi ketika bagian dari gelombang radio terhalang oleh suatu material-material yang dapat memantulkan gelombang elektromagnetik. Sinyal yang berupa gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar dalam sepanjang perjalanan akan memiliki banyak jalur berbeda ke penerima secara
bersamaan yang diakibatkan oleh pemantulan akibat material-material sepanjang perjalanan, fenomena ini disebut sering kali disebut dengan multipath. Sinyal dari gelombang-gelombang elektromagnetik dengan jalur multipath ini kemudian bergabung pada antena penerima, sehingga sinyal yang diterima oleh antena penerima sangat bervariasi. Fenomena ini sering disebut dengan multipath fading.
Tergantung kepada distribusi intensitas dan waktu relatif dari propagasi gelombang-gelombang electromagnetik yang datang, serta bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. maka daya total dari pencampuran gelombang-gelombang elektromagnetik tersebut dalam skenario rayleigh fading akan bervariasi dengan sangat cepat sebagai fungsi ruang dan waktu. Maka apabila gelombang- gelombang elektromagnetik tersebut bertemu dengan fasanya yang berbeda-beda, hasilnya adalah sinyal-sinyal yang saling melemahkan. namun apabila ternyata fasanya sama maka sinyal-sinyal tersebut akan saling mengkuatkan. Hasilnya adalah amplitudo sinyal radio yang diterima oleh penerima gelombang elektromagnetik akan berubah dengan sangat cepat, sehingga kadang-kadang dapat mengubah nilai dari bit-bit yang di transmisikan. Berikut ini di jabarkan mengenai pathloss tersebut :
2.1.1 Free Space Pathloss Model
Pada teori antena, kemampuan antena untuk menangkap daya gelombang radio adalah
Aer = 𝑊(𝑡)𝑃𝑟 (2.1) Dimana :
Aer = Daya rata-rata pada antena penerima Pr = Daya yang ditangkap oleh antena penerima
W(t) = Antena dianalogikan sebagai beban persatuan waktu
Di gambarkan sebagai rasio dari rata-rata daya yang diterima oleh beban antena sampai dengan waktu rata-rata kerapatan daya pada antena.
Gambar 2.1 Antena aperture dan kerapatan daya
Sedangkan rata-rata kerapatan daya pada medan jauh di gambarkan oleh
|W(t)| = |𝐸0|2𝜋 (2.2) Dimana :
W(t) = Antena dianalogikan sebagai beban persatuan waktu
|E0| = Kuat Medan Jauh
Dari persamaan (1) dan persamaan (2) maka area yang efektif dalam menerima daya dapat ditulis
Aer = 4𝑅𝑟𝑎𝑑𝜋 𝐼2𝑠𝑖𝑛2Ɵ (2.3) Dimana :
I2sin2Ɵ = Arus Listrik pada antena dengan fasa perwaktu
Karena terdapat hubungan antara arus, daya, dan hambatan, sedangkan medan jauh pada antena penerima memiliki hambatan real yang sering disebut dengan Radiation Resistance
Prad = 12|𝐼|2Rrad (2.4) Dimana :
Prad = Daya pada hambatan antena meradiasikan gelombang radio Rrad = Radiation Resistance
Sehingga persamaan Radiation Resistance
Rrad = 2𝜋3 𝜂𝜆𝐼 (2.5) Dimana :
Rrad = Radiation Resistance
I = Arus Listrik
λ = Panjang Gelombang radio
Kembali pada persamaan (3), dengan menggunakan persamaan (5) terlihat
Aer = 4𝜋𝜆21.5 sin2𝜃 =4𝜋𝜆2𝐺𝑟 (2.6) Dimana :
Gr = Gain antena Penerima
Sehingga,
Gr = 1.5 sin2𝜃 (2.7) Gr adalah penguatan dari dipole Hertzian. Persamaan (6) menunjukan bahwa daerah efektif antena penerima adalah tergantung dari besar atau lebar dan berbanding terbalik dengan frekuensi carrier. pada titik ini dapat dipastikan bahwa perlemahan pada jalur rambatan gelombang tidak berdasar dari frekuensi namun merupakan efek dari antena penerimanya sendiri. Sehingga rata-rata kerapatan daya pada energi yang di radiasikan dengan memasukan penguatan antena pemancar dan jarak dapat di tulis menjadi
|W(t)| = 𝑃𝑟𝑎𝑑.𝐺𝑟4𝜋𝑟2 (2.8) Kemudian dengan melihat kemampuan pada antena penerima
Pt = |W(t)|𝐴𝑒𝑟 (2.9) Dengan mengganbungkan persamaan (2.6), persamaan (2.8), dan persamaan (2.9) menjadi
Pt = 𝑃𝑟𝑎𝑑 𝐺𝑡 𝐺𝑟 (4𝜋𝑟𝜆 )2 (2.10) Persamaan ini sering disebut dengan friis transmission formula [2] dan memberikan hubungan antara daya yang di radiasikan oleh antena pemancar dengan daya yang diterima oleh antena penerima. Pathloss Model untuk di ruang bebas dalam satuan desiBell dapat ditulis
Pl(dB) = 10 log𝑃𝑟𝑃𝑡 = −10logGr Gt 𝜆(4𝜋)2𝑟22 (2.11) Untuk mempermudah perhitungan maka dapat di sederhanakan menjadi :
Pr = Pt + Gr + Gt + 20 log4𝜋𝑟𝜆 (2.12)
Dimana :
Pr = Daya yang diterima antena penerima Pt = Daya yang dipancarkan antena pemancar Gr = Gain antena penerima
Gt = Gain antena pemancar
Dalam pelaksanaannya friss transmission model ini di gunakan dengan fungsi frekuensi dan jarak, dengan menghilangkan energi dari pemancar dan gain dari antena penerima dan antena pemancar (asumsi antena isotropic) maka dapat di buat persamaan baru menjadi :
20 log10𝐷 + 20log10 𝐹 − 147.55 (2.13) Dimana :
D = Jarak antara antena penerima dengan pemancar F = Frekuensi yang digunakan
147.55 = konstanta attentuation
Dengan nilai 147.55 adalah sebuah konstanta yang akan berubah sesuai dengan frekuensi yang digunakan dan jarak antara 2 buah antena pemancar dan antena penerima[1].
2.1.2 David B. Green and M. S. Obaidat Pathloss Propagation Model
Pada gelombang elektromagnetik perambatan yang berbeda pada lingkungan yang juga berbeda seperti perubahan di udara, struktur gedung, bahkan alam sekitar membuat model pathloss dapat berubah sewaktu-waktu.
Maka beberapa parameter akan berpengaruh terhadap pathloss ini.
2.1.2.1 Parameter Jarak
Fungsi L adalah fungsi panjang gelombang rayleigh, hal ini bisa di jelaskan pada tempat ketika kontur tanah berubah maka fungsi panjang gelombang juga akan berubah. Hal itu juga akan mempengaruhi jumlah panjang gelombang yang ada akibat perubahan kontur tanah. Lee telah melakukan eksperiment mengenai hal tersebut, sebagai contoh pada frekuensi carrier yang
rendah perubahan kontur tanah akan berakibat adanya perubahan pada jumlah panjang gelombang yaitu lebih besar dari 20λ[2].
Gambar 2.2 Fungsi rayleigh berdasarkan jarak/kontur tanah [2]
Tabel 2.1 σm Versus 2L [2]
2L σm 1σm Spread (dB)
5 0.17 3
10 0.12 2.1 20 0.09 1.56 40 0.06 1
Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Lee (Lee, n.d.), sebuah fungsi perlemahan pada jalur perambatan gelombang elektromagnetik akan selalu bertambah, berdasarkan fungsi jarak antara 2 buah antena adalah sebesar 40 dB/dec (~d4 ) atau 12 dB/oct. hasil fungsi ini telah di verifikasi oleh percobaan pengukuran oleh Lee pada gambar 2.2 dan tabel 2.1 di atas[2], sehingga modelnya akan menjadi :
Pathloss = 40log D (2.14)
Dimana :
D = Jarak antara antena penerima dengan pemancar
2.1.2.2 Parameter ketinggian antena (Fresnel Zone Function)
Biasanya Model free space Pathloss sangat akurat bila digunakan dengan ketinggian antena yang sangat tinggi, namun sistem WLAN biasanya memiliki ketinggian 1-2 meter di atas tanah sehingga tentunya secara loss akan bertambah maupun berkurang sesuai dengan fungsi dari ketinggian antena yang ada.
Fresnel zone adalah sebuah area yang berbentuk lonjong, yang merupakan sebuah area imajiner antara 2 buah antena pemancar maupun antena penerima.
Fresnel zone adalah daerah ellips yang merupakan daerah atau tempat dimana gelombang radio merambat. Fresnel zone biasanya menhasilkan difraksi bagi gelombang elektromagnetik yang merambat sehingga dapat menghasilkan perlemahan bagi sinyal tersebut. Oleh karena itu adalah penting untuk menghitung mengenai masalah fresnel zone ini.
Gambar 2.3 Fresnel Zone
Secara matematis untuk fresnel zone adalah:
Fn = √𝑛𝜆𝑑1𝑑2𝑑1+𝑑2 (2.15) Dimana :
Fn = Fresnel Zone radius dalam meter
d1 = Radius jari-jari dari antena 1 dengan sumbu Fresnel Zone d2 = Radius jari-jari dari antena 2 dengan sumbu Fresnel Zone
= Panjang gelombang elektromagnetik dalam meter
Sehingga untuk mencari nilai r pada ellips fresnel zone Pada gambar 2.3 terlihat :
r = 12√𝜆𝑑 (2.16) Dimana :
r = Radius ellips fresnel Zone
d = Jarak P2 antar peralatan dalam meter
= Panjang gelombang elektromagnetik untuk 2.4 GHz adalah 0.1224 meter
Perkiraan yang cukup baik dari pengaruh ketinggian antena dengan jarak fresnel zone dari tanah dapat dihitung dari persamaan berikut:
D = 4ℎ1ℎ2𝜆 (2.17) Dimana:
D = Jarak antena dengan tanah dalam meter
h1,h2 = adalah ketinggian antena Pemancar dan antena Penerima dalam meter di atas tanah
Pada tabel dibawah menunjukan tinggi menunjukkan hubungan antara ketinggian antena dengan fresnel zone. Ketinggian antena yang dimaksud adalah ketinggian rata-rata yang umum digunakan pada antena WiFi maupun Ad-Hoc WLAN.
Tabel 2.2 Tinggi antena Versus Fresnel Zone[3]
No
Tinggi Antena (Meter)
Jarak (Meter)
1 1 33
2 1.5 73
3 2 131
4 2.5 204
Ketika ellipsoid (r) pada fresnel zone mengenai tanah maka daya yang diterima adalah kerugian yang berbanding terbalik dengan seperempat daya yang diterimanya :
Loss = 𝑅14 (2.18) Fungsi tersebut adalah sebagai fungsi jarak sebagai ganti dari hukum kuadrat untuk energi yang hilang :
Loss = 𝑅12 (2.19) Fungsi ini harus di pertimbangan untuk diperhitungkan pada saat mengembangkan model propagasi WLAN. Sehingga berdasarkan percobaan Lee mengusulkan persamaan untuk propagasi rambatan gelombang radio dengan memperhitungkan antena yang dekat dengan tanah namun juga sebuah fungsi yang terlepas dari fungsi frekuensi yaitu :
Pathloss = 20log ht hr (2.20) Dimana:
ht dan hr = Tinggi antena Tx & antena Rx dari tanah (Meter)
Model yang diajukan oleh Green dan Obaidat mengambil fungsi frekuensi dari Free Space Pathloss, namun kemudian mengganti fungsi jarak dan fungsi yang lain yang tidak cocok dan digantikannya dengan fungsi dari tinggi antena. Dengan mengambil persamaan 13, 14, dan 20 Sehingga persamaan yang baru akan menjadi :
Pathloss = 40log D + 20log f + 20log ht hr (2.21)
Dimana:
ht dan hr = Tinggi antena Tx & antena Rx dari tanah (Meter) D = Jarak antena dengan tanah dalam (meter)
f = Frekuensi yang digunakan (GHz)
Dengan menggunakan formulasi yang baru ini kemudian Green dan Obaidat melakukan percobaan pengukuran di kota Eatontown dan Tinton Falls, New Jersey, USA[3]. Hasilnya dapat terlihat dari tabel 2.3.
Tabel 2.3 Green Obaidat Model Versus Pathloss model lain[3]
No Model
Simulation (dB)
Measurement (dB)
Deviasi (dB)
1 Green-Obaidat 104.5 104.77 -0.27
2 Lee 96.93 104.77 -7.84
3 Free Space 94.49 104.77 -10.28
4 Hata 83.34 104.77 -21.43
5 Cost 231 143.49 104.77 38.72
Dari hasil simulasi dan pengukuran di atas terlihat bahwa pathloss dengan model Green-Obaidat berhasil menunjukan performansi terbaik bila di bandingkan dengan pathloss lainnya, bahkan terhadap pathloss yang paling populer yaitu Cost-231[3].
2.2 Wireless Fidelity (WiFi)
Wi-Fi atau WiFi adalah teknologi yang memungkinkan perangkat elektronik untuk terhubung ke jaringan tanpa LAN (WLAN), biasanya menggunakan frekuensi gelombang radio 2,4 gigahertz (panjang gelombang 12 cm). Sebuah WLAN biasanya terlindungi oleh sebuah password, tetapi ada juga yang terbuka, sehingga memungkinkan perangkat yang berada di dalam jangkauan WLAN tersebut untuk mengakses sumber daya dalam dari jaringan WLAN. Aliansi Wi-Fi mendefinisikan Wi-Fi sebagai "jaringan lokal nirkabel"
(WLAN) berdasarkan standarisasi Institute of Electrical and Electronics Engineers ' (IEEE) 802.11.
2.2.1 Standarisasi IEEE 802.11
Standar IEEE 802.11 salah satunya adalah Media Access Control (MAC) dan lapisan fisik (PHY). Spesifikasi untuk komunikasi komputer nirkabel berada di jaringan lokal (WLAN) pada pita frekuensi 2,4, 3,6, 5, dan 60 GHz. Standar ini dibuat oleh Komite Standar LAN / MAN IEEE (IEEE 802.11). Versi dasar dari standar ini dirilis pada tahun 1997, dan memiliki dan sekarang banyak perubahan yang lainnya.
Gambar 2.4 Linksys WRT54G dengan standarisasi 802.11b/g
Untuk menyambung ke LAN via Wi-Fi, komputer harus dilengkapi dengan kontroler antarmuka jaringan nirkabel. Teknologi Wi-Fi dapat digunakan untuk menyediakan akses internet ke perangkat yang berada dalam jangkauan jaringan nirkabel yang terhubung ke Internet. Cakupan dari satu atau lebih yang saling berhubungan jalur akses (hotspot) dapat diperluas dari daerah menjadi besar. Cakupan di wilayah yang lebih besar mungkin memerlukan sekelompok jalur akses dengan tumpang tindih cakupan. Misalnya, masyarakat teknologi Wi- Fi luar ruangan telah berhasil digunakan di jaringan mesh nirkabel di London, UK. Contoh internasional FON.
Wi-Fi juga memungkinkan komunikasi langsung dari satu komputer ke komputer lain tanpa perantara jalur akses. Hal ini disebut transmisi ad-hoc. Mode ini nirkabel ad-hoc jaringan telah terbukti populer dengan konsol game genggam multiplayer, seperti Nintendo DS, PlayStation Portable, kamera digital, dan perangkat elektronik konsumen lainnya. Beberapa perangkat juga dapat berbagi koneksi internet mereka menggunakan ad-hoc, menjadi hotspot atau "router virtual". Wi-Fi Alliance mempromosikan spesifikasi Wi-Fi Direct untuk transfer file. Wi-Fi Direct diluncurkan pada Oktober 2010. modus lain dari komunikasi langsung melalui Wi-Fi adalah Tunneling Direct Link Setup (TDLS), yang memungkinkan dua perangkat pada jaringan Wi-Fi yang sama untuk berkomunikasi secara langsung, bukan melalui jalur akses.
2.2.2 Interference
Interference dapat menyebabkan koneksi Wi-Fi dapat terganggu atau turunnya kecepatan internet pada perangkat lain di wilayah yang sama dengan
frekuensi yang sama. Banyaknya perangkat access point 2,4 GHz 802.11b dan 802.11g pada saluran yang sama akan menjadi pengganggu bagi access point yang lain atau jumlah berlebihan juga akan menghasilkan hal yang sama. Hal ini disebabkan oleh tumpang tindih saluran di spektrum frekuensi 802.11g / b. hal tersebut juga akan mengakibatkan penurunan rasio signal-to-noise (SNR) antara access point. Hal ini dapat menjadi masalah di daerah tingkat kepadatan populasi yang tinggi, seperti kompleks apartemen atau gedung perkantoran besar dengan banyak access point Wi-Fi.
Terdapat perangkat lainnya yang menggunakan pita frekuensi 2,4 GHz, seperti oven microwave, perangkat ISM band lainnya, kamera keamanan CCTV, perangkat ZigBee, perangkat Bluetooth, pengirim video, telepon nirkabel, monitor bayi, dan di beberapa Negara lainnya yang semuanya dapat menyebabkan gangguan tambahan yang signifikan. Ini juga merupakan masalah adanya universitas, perusahaan, ataupun yang lainnya yang berusaha untuk menyediakan cakupan area yang luas.
2.2.3 Keamanan
Salah satu cara untuk mencegah pengguna yang tidak sah yaitu dengan menonaktifkan broadcast SSID. Walaupun hal itu efektif terhadap pengguna biasa, namun hal tersebut tidak efektif sebagai metode keamanan karena SSID disiarkan di jelas dalam menanggapi permintaan client SSID. Cara lain adalah dengan hanya memungkinkan komputer yang telah diketahui alamat MACnya yang bergabung dengan jaringan.
Enkripsi Wired Equivalent Privacy (WEP) dirancang untuk melindungi jaringan terhadap spoofing tapi hal tersebut tidak lagi dianggap aman. Perangkat seperti AirSnort atau Aircrack dapat dengan mudah mencari kunci enkripsi WEP.
Karena kelemahan WEP ini maka aliansi Wi-Fi menyetujui kunci keamanan baru Wi-Fi Protected Access (WPA) yang menggunakan TKIP. WPA secara khusus dirancang untuk tetap dapat bekerja meskipun dengan peralatan yang lebih tua, namun biasanya harus melalui upgrade firmware. Meskipun lebih aman daripada WEP, WPA telah dikenal kerentanan.
WPA2 di buat lebih aman dengan menggunakan Advanced Encryption Standard diperkenalkan pada tahun 2004 dan didukung oleh sebagian besar perangkat Wi-Fi yang baru. WPA2 sepenuhnya kompatibel dengan WPA. Sebuah fitur baru yang ditambahkan ke Wi-Fi pada tahun 2007, disebut Wi-Fi Protected Setup.
