BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Cahaya Pada subbab ini akan menjelaskan mengenai teori-teori yang berkaitan dengan cahaya, yaitu pemantulan cahaya, pembiasan cahaya, dan indeks bias. Untuk penjelasannya adalah sebagai berikut :
2.1.1 Pemantulan Cahaya Pemantulan cahaya terjadi jika suatu cahaya memantul pada suatu bidang atau jika mengenai suatu benda yang ada. Pemantulan cahaya ini dapat dibedakan menjadi dua yaitu : 1. Pemantulan biasa, adalah pemantulan di mana cahaya yang dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini juga disebut pemantulan teratur. 2. Pemantulan baur, adalah pemantulan yang terjadi apabila cahaya mengenai permukaan yang tidak datar atau tidak rata sehingga pemantulan yang terjadi akan membaur dan tidak teratur. (Gunawan, n.d)
7
8
2.1.1.1 Hukum Pemantulan Cahaya Menurut Snellius, hukum pemantulan cahaya adalah sebagai berikut : 1. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang (i) = sudut pantul (r).
Gambar 2.1 Pemantulan Cahaya
Seperti pada gambar 2.1 menunjukkan adanya sudut i yang merupakan sudut kritis yaitu sudut datang yang akan menyebabkan sudut bias menjadi 90o terhadap garis normal. Apabila sudut datang cahaya lebih besar dari sudut kritis maka cahaya tersebut akan dipantulkan. Sedangkan, jika sudut datang cahaya lebih kecil dari sudut kritis maka cahaya tersebut akan dibiaskan. Efek ini juga disebut sebagai pemantulan internal sempurna. (Gunawan, n.d)
9
Pemantulan internal sempurna terjadi jika : 1. Sinar datang dari medium yang rapat ke medium yang kurang rapat dan sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. 2. Sudut i merupakan sudut kritis yaitu sudut datang yang akan menyebabkan sudut bias menjadi 90o terhadap garis normal. 3. Sudut datang lebih besar dari sudut kritis maka cahaya akan dipantulkan. (Crisp dan Elliot, 2005)
2.1.2 Pembiasan Cahaya Perubahan arah yang dialami oleh permukaan gelombang pada saat melintas miring dari satu medium ke medium lain disebut dengan pembiasan atau refraksi. Pada pembiasan juga terjadi perubahan laju perambatan dan fenomena ini terjadi pada semua jenis gelombang, tetapi yang paling umum adalah pada gelombang cahaya.
Gambar 2.2 Pembiasan Cahaya
10
Untuk pembiasan cahaya, akan terjadi jika suatu cahaya merambat dari suatu medium menuju ke medium yang kerapatannya berbeda. Arah-arah dari pembiasan cahaya dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu : 1. Mendekati garis normal Suatu cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal apabila cahaya merambat dari medium yang kurang rapat menuju ke medium yang lebih rapat. Contohnya adalah jika cahaya merambat dari udara ke dalam air karena udara adalah medium yang kurang rapat dan air adalah medium yang lebih rapat. 2. Menjauhi garis normal Cahaya yang merambat dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat akan menyebabkan cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Contohnya adalah jika cahaya merambat dari dalam air menuju udara karena air adalah medium yang lebih rapat dan udara adalah medium yang kurang rapat.
Pada optika, perubahan arah menurut hukum Snellius dinyatakan dengan n1 sin(i) = n2 sin(r). Di mana i dan r merupakan sudut yang dibentuk oleh berkas radiasi atau sinar datang dan berkas terbias terhadap garis normal (garis khayal tegak lurus bidang batas antara dua medium). Sedangkan n1 dan n2 merupakan indeks bias kedua medium.
11
Gambar 2.3 Pembiasan
Hukum ini juga dikenal sebagai salah satu hukum pembiasan (laws of refraction). Hukum pembiasan yang lain yaitu bahwa sinar datang, sinar bias, dan garis normal pada titik jatuh berada dalam satu bidang. Perubahan arah berasal dari perubahan laju perambatan yang selanjutnya mengakibatkan perubahan panjang gelombang. (Crisp dan Elliot, 2005)
2.1.3 Indeks Bias Kecepatan dari cahaya sangat tergantung pada bahan dari medium di mana cahaya tersebut merambat. Indeks bias pada suatu medium dapat didefinisikan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Indeks bias (n) =
kecepatan cahaya di ruang hampa (c) kecepatan cahaya di dalam bahan (v)
Indeks bias pada suatu medium nilainya tidak pernah lebih kecil dari 1 atau n ≥ 1. Besar dari kecepatan cahaya di ruang hampa adalah sebesar 3 x 108 m/s. Indeks bias bergantung bukan hanya pada macam zat tetapi juga panjang
12
gelombang cahaya. Berikut ini adalah jenis-jenis medium yang ada beserta indeks biasnya :
Tabel 2.1 Nilai Indeks Bias dari Beberapa Medium yang Berbeda
(Katib dan Achmad, 2000)
2.2 Panjang Gelombang Panjang gelombang (wavelength) merupakan jarak antara titik-titik berurutan dengan fase yang sama dalam gelombang. Panjang gelombang ini dinyatakan dalam satuan meter. Dalam sebuah gelombang sinus yang merambat, panjang gelombang adalah jarak antara puncak.
13
Gambar 2.4 Panjang Gelombang
Pada gambar 2.4 sumbu x mewakilkan panjang gelombang itu sendiri, dan I mewakilkan amplitudo. Hubungan sederhana antara panjang gelombang (λ) dan frekuensi (f), adalah λ = c/f, dengan c merupakan cepat rambat cahaya. Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi gelombang. Pada radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya (c), untuk gelombang di udara, ini merupakan kecepatan suara di udara. Hubungannya adalah: λ=c/f
Di mana: λ = panjang gelombang dari sebuah gelombang suara atau gelombang elektromagnetik c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa 3x 108 m/s f = frekuensi gelombang (Isaacs, 1994)
14
2.3 Serat Optik Pada penjelasan sebelumnya kita telah mengenal fenomena optik yaitu pemantulan internal sempurna, yang merupakan pemantulan seberkas cahaya pada permukaan batas antara satu medium dengan medium lain yang indeks biasnya lebih kecil, bila sudut datang ke medium kedua melebihi suatu sudut kritis tertentu. Fenomena inilah yang menjadi dasar perambatan cahaya dalam serat optik, di mana telah dikenal sejak 1854 dan hanya mulai dipraktikan pada tahun 1950-an ketika penggunaan lapisan cladding diketahui memperbaiki karakteristik perambatan cahaya tersebut. Sebelum tahun 1970 penggunaan serat optik pada umumnya hanya digunakan pada bidang kedokteran. Kemudian pada tahun-tahun berikutnya barulah penggunaan serat optik pada bidang komunikasi mulai diaplikasikan. Pada awalnya tidak dimungkinkan penggunaannya pada bidang komunikasi karena besarnya rugirugi yang ada yaitu sekitar 1000 dB/km. Namun situasi berubah pada tahun 1970-an ini ketika penelitian-penelitian dilakukan sehingga rugi-rugi (losses) pada serat optik dapat dikurangi hingga sekitar 20 dB/km. Penelitian lanjut pada tahun 1979 menghasilkan loss hanya sekitar 0.3 dB/km. Kemampuan loss yang rendah pada serat optik ini mengarahkan pada sebuah revolusi teknologi yang menggunakan gelombang cahaya dan yang kemudian memulai era perkembangan komunikasi dengan serat optik. (Agrawal, 2002)
2.3.1 Jenis Serat Optik Dalam website http://www.arcelect.com/fibercable.htm menjelaskan bahwa serat optik terdiri dari beberapa jenis, diantaranya adalah single mode index, multi mode step index dan multi mode graded index. Struktur dasar yang
15
membedakannya adalah inti (core). Berikut ini adalah penjelasan dari ketiga jenis serat optik tersebut :
2.3.1.1 Single Mode Index
Gambar 2.5 Single Mode Index
Single mode ini hanya terdapat satu buah indeks sinar tanpa ada pemantulan yang merambat sepanjang media tersebut, di mana sangat baik digunakan untuk menyalurkan suatu informasi jarak jauh. Single mode mempunyai diameter yang sangat kecil sehingga sinar yang dilewatkan dapat membawa suatu informasi dengan jarak jauh dibandingkan dengan jenis multi mode, tetapi membutuhkan sumber cahaya dengan lebar spectrum yang sempit. Dengan single mode, hanya mengalami sedikit gangguan dalam perjalanan. Biasanya gangguan hanya berasal dari luar berupa gangguan fisik. Single mode bekerja menggunakan core yang berukuran sangat kecil diamaternya sekitar 8-10 mikrometer. Dengan ukuran kecil tersebut maka hanya satu mode sinar saja yang dapat dilewatkan.
16
2.3.1.2 Multi Mode Step Index
Gambar 2.6 Multi Mode Step Index
Multi mode step index biasa memiliki diameter core sekitar 50400 mikrometer sedangkan cladding-nya 125-500 mikrometer. Serat optik ini disebut ”Step Index” karena indeks bias berubah secara drastis dari kulit ke core serat. Pada selubung serat mempunyai indeks bias yang lebih rendah dari pada indeks bias core serat, akibatnya semua sinar yang memiliki sudut datang lebih besar dari sudut kritis akan dipantulkan oleh lapisan kulit serat. Jadi, pada multi mode step index ini sangat bergantung pada bahan dari core dan cladding. Tetapi jenis ini jarang dipakai dan biasanya hanya dipakai untuk menyalurkan informasi dengan jarak dekat dan kecepatan rendah. Multi mode ini sering terjadi dispersi (pelebaran pulsa cahaya di dalam serat optik akibat perbedaan kecepatan rambat pulsa) tetapi memiliki keuntungan yaitu lebih mudah menyambungkan kabel karena core-nya relatif besar.
17
2.3.1.3 Multi Mode Graded Index
Gambar 2.7 Multi Mode Graded Index
Serat optik ini disebut ”Grade Index” karena terdapat perubahan dalam indeks bias, di mana besarnya indeks bias core mengecil ke arah perbatasan core dengan selubungnya. Menurunnya indeks bias core ke arah batas core dengan selubung menyebabkan terjadinya pembiasan pada core. Hal ini menyebabkan perambatan berkas cahayanya akan melengkung sedangkan kecepatan propagasi antara berkas cahaya yang datang dengan sudut datang yang lebih besar akan lebih cepat dibandingkan dengan berkas cahaya yang datang dengan sudut datang yang lebih kecil. Multi mode graded index ini harganya relatif lebih mahal karena proses pembuatannya lebih sulit dibandingkan multi mode step index. Dispersi yang dihasilkan minimum, sehingga baik jika dipakai untuk jarak yang sedang.
2.3.2 Kelebihan dan Kekurangan Serat Optik Ada beberapa kelebihan dari serat optik, yaitu sebagai berikut :
18
1. Mempunyai bandwidth yang lebar sehingga mampu membawa informasi dengan kapasitas yang besar. 2. Transmission loss (rugi transmisi) yang rendah. 3. Ukuran fisik yang kecil dan ringan memudahkan dalam penanganan dan instalasi. 4. Kebal
terhadap
interferensi,
misalnya
gangguan
noise,
gangguan
elektromagnetik, dan gangguan akibat frekuensi radio 5. Terhindar dari efek elektrik, karena merupakan komponen pasif atau komponen tanpa menggunakan listrik.
Sedangkan kelemahan dari serat optik adalah sebagai berikut : 1. Tidak dapat dialiri arus listrik sehingga tidak dapat memberikan catuan pada pemasang repeater. 2. Penyambungan serat optik menggunakan teknik dan ketelitian yang tinggi 3. Intensitas cahaya yang dipancarkan oleh transmitter dapat merusak retina mata secara permanen, jika kurang hati – hati saat instalasi. (Sudaryanto, 2009)
2.3.3 Rugi-rugi pada Serat Optik Pada umumnya penggunaan media transmisi yang menggunakan suatu medium perantara seperti melalui kabel ataupun tanpa kabel memiliki rugi-rugi yang dapat mempengaruhi penurunan daya dari sistem yang dirancang. Sehingga ada beberapa aspek penting yang menjadi bahan pertimbangan dalam merancang suatu sistem jaringan. Salah satunya adalah pada penggunaan serat
19
optik sebagai media transmisi yang juga memiliki rugi-rugi transmisi tertentu yang dikenal dengan istilah atenuasi (redaman). Rugi-rugi transmisi pada serat optik ini adalah salah satu karakteristik penting yang mana pengaruhnya menghasilkan penurunan daya dari sistem. Secara umum rugi-rugi tersebut dapat disebabkan oleh faktor internal seperti bahan penyusun dan kondisi serat optik tersebut ataupun karena faktor eksternal seperti gangguan maupun komponen tambahan pada sistem jaringan serat optik tersebut. Hal ini dapat dipertimbangkan dari pemasangan serta banyaknya
komponen-komponen
pendukung
yang
dibutuhkan
dalam
perancangan jaringan seperti connector, splice, ataupun komponen-komponen pendukung lainnya yang disambungkan pada saluran transmisi. Rugi-rugi pada serat optik tersebut merupakan peredaman atau atenuasi cahaya (penurunan rata-rata daya optik) yang ditransmisikan mulai dari pemancar sampai jarak tertentu. Atenuasi (redaman) dari serat optik ini dinyatakan dalam satuan decibel (dB). Decibel (dB) merupakan satuan relatif yang menyatakan level daya atau tegangan yang dilogaritmakan. Satuannya ada yang absolut dan ada yang relatif. Pada satuan absolute, yaitu sebagai berikut : •
dBm menyatakan tingkat daya terhadap referensi daya 1 miliwatt. Daya (dBm) = 10 log P (mwatt)/1 mwatt. Level tegangan pada satuan ini umum digunakan pada komponen-komponen sistem optik, misalnya sumber optik dan penerima optik.
20
•
dBw menyatakan tingkat daya terhadap daya terhadap referensi daya 1 watt. Daya (dBw) = 10 log P(watt)/1 watt. Atenuasi (redaman) ini disebabkan oleh beberapa faktor utama yaitu
penyerapan (absorption), hamburan (scattering) dan pembekokan (bending) serta faktor-faktor lain seperti rugi-rugi pada core dan cladding, rugi-rugi pada connector dan splice, serta coupling losses. Pada bahan pembuat serat optik seperti kaca yang umumnya terbentuk dari silikon-dioksida (SiO2) memiliki variasi indeks bias yang diperoleh dengan cara menambahkan atau mencampur bahan lain (adiktif) seperti titanium, thallium, germanium ataupun boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan diperoleh atenuasi (redaman) sekecil mungkin. Atenuasi (redaman) ini menyebabkan pelemahan daya sehingga amplitudo gelombang yang sampai pada receiver menjadi lebih kecil dibandingkan dengan amplitudo yang dikirimkan oleh transmitter.
Gambar 2.8 Illustrasi Grafik Perbandingan Atenuasi dengan Amplitudo Gelombang
21
Sebagai contoh misalkan pada suatu transmisi serat optik ditransmit cahaya dengan power P(0) dari transmitter, maka pada jarak 1 km, sinyal tersebut akan mengalami degradasi atau penurunan power menjadi P(1). Pelemahan sinyal ini dinyatakan dengan satuan dB/km dan dilambangkan dengan α. Perumusannya secara sistematis dapat menggunakan persamaan.
Keterangan : P (0) = daya dari transmitter (mW) P (1) = daya yang diterima (mW) l
= jarak (km)
α
= loss (dB/km)
(Keiser, 2000)
2.3.3.1 Penyerapan (Absorption) Rugi-rugi ini berasal dari penyerapan cahaya oleh serat optik, di mana cahaya diserap dan diubah menjadi panas. Pada area tertentu, kaca dapat menyerapi sebagian besar cahaya sehingga untuk mengatasi hal tersebut digunakan kaca yang benar-benar murni. Walaupun pelemahan secara umum dirasakan kecil namun jika dengan dilihat dari faktor lain yaitu jarak yang jauh maka tetap akan besar pengaruhnya. Faktor-faktor yang menimbulkan rugi penyerapan pada serat optik antara lain penyerapan ultraviolet, penyerapan infra merah, dan penyerapan resonansi ion-ion.
22
•
Penyerapan Ultraviolet Hal ini disebabkan oleh adanya gerakan elektron yang kuat pada elektron
valensi
dari
bahan
silika
(kaca).
Hal
tersebut
menimbulkan rugi-rugi transmisi pada serat optik. •
Penyerapan Infra merah Hal ini disebabkan oleh adanya getaran ikatan kimia di mana hasil dari penyerapan photon-photon cahaya oleh atom-atom molekul core kaca yang menyebabkan photon bergetar secara acak dan menyebabkan panas.
•
Penyerapan resonansi ion Hal ini disebabkan saat proses pembuatan kaca serat optik tersebut yang berasal dari ion-ion OH- yang terdapat pada molekul air dan terperangkap pada kaca. Tidak hanya ion OH-, penyerapan juga dapat disebabkan oleh ion-ion logam seperti besi, tembaga, ataupun khromium. Semakin lama usia suatu serat optik maka bisa diperkirakan akan semakin banyak ion OH- di dalamnya yang menyebabkan kualitas serat optik menurun.
(Keiser, 2000)
2.3.3.2 Hamburan (Light Scattering) Rugi-rugi ini berasal dari variasi mikroskopik pada kepadatan material. Pada dasarnya, serat optik terbentuk dari beberapa molekul. Keberadaan molekul pada serat optik ini memiliki kepadatan molekul
23
yang lebih padat pada suatu area dibanding dengan area lainnya. Adanya perbedaan ini menimbulkan variasi indeks bias pada serat optik dalam jarak tertentu yang relatif kecil dibandingkan dengan panjang gelombang. Variasi indeks bias ini menyebabkan hamburan Rayleigh dari cahaya tersebut. Karena adanya berkas cahaya yang mengenai suatu materi dalam serat optik tersebut yang kemudian menghamburkan atau memancarkan berkas-berkas cahaya tersebut ke segala arah. (Keiser, 2000).
2.3.3.3 Pembengkokan (Bending) Pada saat melakukan pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut. Misalnya adalah kondisi lapangan atau daerah yang berkelok-kelok dan tidak menentu sehingga mengharuskan kabel dipasang dengan pembelokan. Selain itu, tekanan secara fisik dari lingkungan maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam mengubah kondisi fisik serat optik. Perubahan fisik ini biasa disebut dengan bending dan terdiri dari dua jenis, yaitu sebagai berikut : •
Pembengkokan makro Pembengkokan makro adalah pembengkokan kabel serat optik dengan radius pembengkokan yang mempengaruhi banyaknya pelemahan sinyal yang berpropagasi dalam core. Adanya pembengkokan dengan radius pembengkokan lebih besar dari
24
radius core serat optik, dengan kata lain yaitu sudut datang sinar atau cahaya lebih kecil dari pada sudut kritis sehingga sinar tidak dipantulkan sempurna tapi dibiaskan, mengakibatkan sebagian sinyal hilang terutama dalam pembengkokan serat optik.
Gambar 2.9 Rugi-rugi Pembengkokan Makro
Gambar 2.10 Rugi-rugi karena Pelengkungan
Untuk mengurangi rugi-rugi karena pembengkokan maka nilai Numerical Aperture dibuat besar. Numerical Aperture (NA) adalah ukuran atau besarnya sinus sudut pancaran maksimum dari sumber optik yang merambat pada inti serat yang cahayanya masih dapat dipantulkan secara total, di mana nilai NA juga dipengaruhi oleh indeks bias core dan cladding.
25
Gambar 2.11 Numerical Aperture
Besarnya nilai NA diperoleh dengan rumus :
NA = sin θ maks = (n12 − n22 ) di mana : NA
= Numerical Aperture
θ
= sudut cahaya yang masuk dalam serat optik
n1
= indeks bias core
n2
= indeks bias cladding
(Keiser, 2000)
•
Pembengkokan mikro Pembengkokan mikro berasal dari keadaan kabel yang tidak sempurna akibat berbagai pengaruh eksternal, seperti tekanan dari luar, ataupun ketidaksempurnaan bentuk core di dalam kabel serat optik tersebut. Adanya perubahan radius core berakibat sama seperti halnya pembengkokan mikro di mana sinyal yang berpropagasi akan hilang pada saat berpropagasi.
26
Gambar 2.12 Pembengkokan Mikro
Pembekokan mikro yang diakibatkan oleh tekanan dari luar kabel diantisipasi dengan mempergunakan pembungkus yang lebih kuat dan tidak sensitif terhadap pengaruh eksternal. (Keiser, 2000).
2.3.3.4 Rugi-Rugi pada Core dan Cladding Telah diketahui sebelumnya bahwa struktur serat optik terdiri dari 3 lapisan yaitu inti (core), cladding, dan pembungkus di mana setiap bagian serat optik tersebut dibuat dari berbagai macam material yang berbeda. Walaupun core dan cladding memiliki bahan penyusun dasar yang sama, namun core memiliki indeks bias yang lebih besar dari cladding dengan adanya bahan adiktif yang ditambahkan dalam material penyusun core. Pengaruh bahan penyusun inilah yang juga berpengaruh pada atenuasi (redaman) yang terjadi, meskipun atenuasi (redaman) tersebut pada kondisi nyatanya tidak terlalu diperhatikan, namun tetap dilihat sebagai salah satu faktor terjadinya rugi-rugi. (Keiser, 2000).
27
2.3.3.5 Rugi-rugi pada Connector dan Splice Pada saluran transmisi serat optik dipastikan banyak komponenkomponen yang diperlukan dan tersambung satu sama lain. Salah satu komponen tersebut adalah connector serat optik. Connector ini dapat dibagi menjadi dua, yaitu connector yang menghubungkan dua kabel serat optik (biasa dikenal dengan coupler) dan connector yang dengan terhubung langsung dengan kabel serat optik. Connector dalam hal ini bersifat tidak permanen sehingga dapat diganti sesuai dengan sambungan serat optik yang dibutuhkan. Hal kedua adalah splice yang merupakan penyambungan antar kabel serat optik dan sifat sambungan tersebut permanen di mana dua buah serat optik di-fusion untuk disambungkan. Connector dan splice memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap rugi-rugi pada transmisi serat optik. Jika dilihat dari penggunaan
connector,
rugi-rugi
ini
dapat
timbul
karena
dimungkinkannya adanya batas atau celah berupa udara antara dua serat optik yang disambung dengan menggunakan connector tersebut atau disebut dengan fresnel reflection. Hal ini menyebabkan perbedaan indeks bias, meskipun kedua serat optik memiliki indeks bias yang sama namun tetap akan ada daya yang dipantulkan kembali ke arah kabel serat optik pengirim karena ada perbedaan indeks antara core dari serat optik dengan udara. Jika dilihat pada proses splicing terdapat ketidaksempurnaan pada proses fusion sehingga dapat terjadi fusion failure ataupun loss
28
yang terlalu besar. Hal ini dapat terjadi karena dimensi serat optik yang demikian kecil sehingga penyambungan menjadi tidak tepat sehingga sinar dari bahan serat optik ke serat optik lainnya tidak dapat dirambatkan
seluruhnya.
Ada
beberapa
kesalahan
dalam
penyambungan yang dapat menimbulkan rugi-rugi splicing serat optik atau disebut dengan insertion loss, yaitu: •
Sambungan kedua serat optik membentuk sudut.
•
Kedua sumbu berimpit namun masih ada celah diantara keduanya.
•
Ada perbedaan ukuran antara kedua serat optik yang disambung.
Untuk mengukur besarnya rugi-rugi karena sambungan digunakan rumus sebagai berikut : Loss (dB) = 10 Log (P out / P in) Di mana : P out = daya sesudah sambungan (mW) P in
= daya sebelum sambungan (mW)
(Keiser, 2000)
2.3.3.6 Coupling Loss Pada serat optik terdapat rugi-rugi yang timbul karena pemasangan atau penyambungan. Hal ini dapat terjadi karena energi yang diradiasikan oleh sumber optik dapat dimasukkan ke dalam serat optik. Coupling loss dapat terjadi pada tiga tipe sambungan optik,
29
yaitu sambungan light source-to-fiber, sambungan fiber-to-fiber, dan sambungan fiber-to-source. Rugi-rugi sambungan lebih sering disebabkan pada salah satu masalah penyambungan yang dapat terjadi pada saluran (lateral misalignment), longitudinal misalgnment, dan (sudut) angular misalignment.
Gambar 2.13 Masalah-masalah Penyambungan Serat Optik (Keiser, 2000)
30
2.3.4 Connector Serat Optik
Gambar 2.14 Connector Serat Optik
Dalam website http://www.fiberoptics4sale.com/Merchant2/fiber-opticconnectors.php menjelaskan mengenai connector kabel serat optik di mana terdiri dari beberapa tipe, yaitu tipe ST (Straight Tip), tipe SC (Subscriber Connectors), tipe FC (Ferrule Connector), tipe LC (Lucent Connector/Little Connector/Local Connector), dan tipe SMA (SubMiniature). Connector serat optik tipe ST dan tipe SC adalah tipe yang paling banyak digunakan untuk koneksi pada Optical Termination Box (OTB). Connector serat optik adalah komponen penting yang digunakan dalam jaringan serat optik. Connector serat optik ini juga merupakan bagian utama dalam patch panel dan pigtail serat optik. Untuk connector serat optik, ada connector untuk serat optik single mode dan konektor untuk serat optik multi mode. Connector serat optik untuk single mode bisa dengan PC (Polished Connectors), UPC (Ultra-Polished Connectors), atau APC (Angle-Polished Connectors), sedangkan connector serat optik untuk multi mode hanya bisa dengan PC (Polished Connectors) atau UPC (Ultra-Polished Connectors).
31
PC, UPC, atau APC lebih kepada bagaimana mengasah ferrule dari connector serat optik. Jika dilihat, connector multi mode biasanya dengan boot hitam atau warna krem. Untuk single mode PC dan UPC biasanya berwarna biru atau hitam, sedangkan single mode APC berwarna hijau. Insertion loss merupakan data teknis penting dari connector serat optik, di mana semakin kecil semakin baik. Insertion loss dari APC lebih kecil dari UPC, dan insertion loss UPC lebih kecil dari PC.
2.3.4.1 Connector SC (Subscriber Connector / Square Connector / Standard Connector)
Gambar 2.15 Connector SC
Gambar 2.16 Coupler SC (kiri) dan Connector SC Duplex (kanan)
Connector serat optik SC dengan struktur push-pull adalah salah satu connector yang sering atau biasa digunakan dan cocok untuk jenis serat optik single mode. Connector SC ini low cost karena
32
menggunakan plastic housing, selain itu memiliki akurasi yang baik, dan banyak digunakan dalam instalasi dengan jumlah yang besar.
2.3.4.2 Connector LC
Gambar 2.17 Connector LC Simplex dan Duplex
Gambar 2.18 Coupler LC Simplex dan Duplex
Connector serat optik LC berjenis push-pull. Ukuran ferrule dan sleeve-nya yang digunakan connector LC dan adaptor LC adalah setengah SC dan FC, yaitu 1.25 mm. Connector LC biasanya digunakan pada jaringan serat optik single mode dan juga multi mode.
33
2.3.4.3 Connector ST
Gambar 2.19 Connector ST (kiri) dan Coupler ST (kanan) Connector serat optik ST menggunakan housing metal tetapi tidak berstruktur skrup, berjenis push-pull. Connector ST biasa digunakan untuk 10Base-F yang ferrule-nya terbuka keluar, sedangkan SC digunakan untuk 10Base-F dan ferrule dirancang dalam housing.
2.3.5
Penyambungan Antar Connector 2.3.5.1 Penyambungan Mekanik
Gambar 2.20 Penyambungan pada Connector FC
Pada connector serat optik, mekanisme penyambungan antar kabel melalui connector-nya tidak seperti yang diaplikasikan pada connector kabel elektronik yang terdapat slot atau connector khusus,
34
namun dengan menggunakan coupler antar dua connector. Pada penggunaannya
coupler
tersebut
hanya
disambungkan
antar
connector dapat berupa mekanisme colok atau menekan connector serta memutar dan mengunci rapat sambungan. Contoh coupler tersebut dapat dilihat pada gambar penyambungan FC connector di atas.
2.3.5.2 Splicing Dalam website http://www.fiberoptics4sale.com/Merchant2/ fiber_optic_cable_termination.php menjelaskan bahwa Splicing adalah penyambungan dua serat optik tanpa penggunaan connector apapun, yang mana metode splicing terdapat dua metode, yaitu mekanikal splicing dan fusion splicing.
Gambar 2.21 Metode Mekanikal splicing
Mekanikal penyambungan
splicing dua
kabel
merupakan serat
metode
optik
yang
dilakukan
mana dengan
mensejajarkan dua kabel serat optik serta menempatkan atau menyanggah dengan suatu bantalan/selubung (alignment sleeve)
35
yang dilakukan secara mekanikal. Dengan pensejajaran ini, maka gelombang cahaya dapat diteruskan dari satu kabel serat optik ke kabel serat optik lain. Kelebihan dari mekanikal splicing ini adalah tidak membutuhkan listrik untuk proses splicing-nya karena penyambungan secara mekanikal.
Gambar 2.22 Metode Fusion Splicing
Metode fusion splicing menggunakan alat khusus di mana kedua ujung kaca serat optik yang sudah dikupas bagian claddingnya yang selanjutnya dipotong bagian ujung agar rata kemudian dibersihkan dengan alkohol yang bertujuan membersihkan debu dan partikel kecil lainnya yang dapat menghabat proses pemanasan serta dapat mengagalkan proses penyambungan. Selanjutnya kedua fiber dipadukan secara presisi, kemudian dibakar (fuse) pada suhu tertentu dengan menggunakan fuser serat optik sehingga kaca meleleh, menyatu dan tersambung secara permanen. Setelah tersambung bagian yang terkupas ditutup kembali dengan selubung yang diberi penyangga lalu dipanaskan. Faktor yang dapat menimbulkan splice loss misalnya seperti proses pemotongan yang berdapat pada sudut
36
potong serat optik serta proses pembersihan dari partikel seperti debu. Loss yang terjadi dengan metode ini sangat kecil dibandingkan dengan metode mekanikal yaitu sebesar 0.01 dB – 0.03 dB.
2.4 Unjuk Kerja Sistem Komunikasi Serat Optik Untuk mengetahui unjuk kerja sistem komunikasi serat optik ada beberapa hal yang harus diketahui yaitu : 2.4.1 Perhitungan Optical Power Budget Menurut Syauki (n.d:6) dalam perancangan jaringan, untuk memenuhi performa yang diinginkan maka dilakukan perhitungan anggaran daya optikal (optical power budget) yang digunakan untuk menentukan optical power sampai pada jarak terjauh tanpa penguat daya. Dengan diketahuinya daya kirim transmitter dan daya terima receiver maka kita harus mengetahui optical power budget sampai pada jarak terjauh dan dapat mengetahui saat kapan penggunaan penguat dan receiver dapat menerima data dengan baik. Oleh karena itu, digunakan persamaan sebagai berikut:
Pt(dBm) - Pr (dBm) = Ltot (dB) + Margin (dB) Di mana : -
Pt = daya kirim transmitter
-
Pr = daya terima receiver
-
Ltot = redaman total yang didapat dari persamaan redaman
-
Margin = sebagai cadangan daya yang terdiri dari ageing margin, splicing margin dan level margin
37
Persamaan redaman:
L Ltot = (αf .L ) + − 1.αs + 2 Lc 3 Di mana : -
Ltot = redaman total
-
αf = loss serat optik (dB/Km)
-
αs = loss splice (dB/splice)
-
Lc = loss connector
-
L = jarak (km)
2.4.2 Komponen Utama Sistem Komunikasi Serat Optik Sistem komunikasi serat optik terdiri dari 3 komponen utama yaitu: 1. Transmitter berupa Laser Diode ( LD ) dan Light Emmiting Diode (LED). 2. Media transmisi berupa fiber optik. 3. Receiver yang merupakan detektor penerima digunakan PIN dan APD. Penjelasannya adalah sebagai berikut :
2.4.2.1 Transmitter Dalam
website
http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.
net/TIK/serat_optik/materi2.html
menjelaskan
bahwa
transmitter
adalah alat yang mengkonversi sinyal listrik menjadi sinyal cahaya sehingga informasi dapat dikirimkan dengan media serat optik. Transmitter ini terdiri dari dua bagian yaitu :
38
1. Rangkaian elektrik, yang berfungsi untuk mengkonversi sinyal analog
menjadi
sinyal
digital,
selanjutnya
data
tersebut
ditumpangkan kedalam sinyal gelombang optik yang telah termodulasi. 2. Sumber gelombang optik, berupa sinar Laser Diode (LD) dan Light Emmiting Diode (LED). Pemakaiannya disesuaikan dengan sistem komunikasi yang diperlukan.
Laser Diode (LD) Laser Diode dapat digunakan untuk sistem komunikasi optik yang sangat jauh seperti Sistem Komunikasi Kabel Laut (SKKL) dan Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO), karena mempunyai karakteristik yang handal yaitu dapat memancarkan daya dengan intensitas yang tinggi, stabil, hampir monokromatis, terfokus, dan merambat dengan kecepatan sangat
tinggi,
sehingga
dapat
menempuh
jarak
sangat
jauh.
Pembuatannya sangat sukar karena memerlukan spesifikasi tertentu sehingga harganya pun mahal. Laser Diode ini tidak ekonomis dan tidak efisien jika digunakan untuk sistem komunikasi jarak dekat dan pada trafik kurang padat.
Light Emmiting Diode (LED) LED digunakan untuk sistem komunikasi jarak sedang dan dekat agar sistem dapat ekonomis dan efektif. Karena LED lebih mudah pembuatanya, maka harganya pun relatif lebih murah.
39
2.4.2.2 Receiver Dalam website http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi. net/TIK/serat_optik/materi2.html menjelaskan bahwa receiver adalah alat yang mengkonversi sinyal cahaya yang dikirimkan oleh transmitter dengan media serat optik menjadi sinyal listrik. Receiver ini terdiri dari 2 bagian, yaitu detektor penerima dan rangkaian elektrik 1. Detektor penerima Detektor penerima ini berfungsi untuk menangkap cahaya berupa gelombang optik pembawa informasi, misalnya PIN diode atau APD (Avalance Photo Diode) di mana pemilihannya tergantung keperluan sistem komunikasinya. Untuk melakukan komunikasi jarak pendek akan lebih efisien jika menggunakan detektor PIN diode, karena PIN diode sangat baik digunakan untuk bit rate rendah dan sensitifitasnya tinggi untuk LED. Untuk melakukan komunikasi jarak jauh digunakan detektor APD yang mampu bekerja pada panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm serta 1550 nm dengan kualitas yang baik. Sumber cahaya LD terlihat memiliki daya lebih besar, stabil, konstan pada bit rate berapapun, sedangkan sumber cahaya LED mempunyai daya pancar yang lebih kecil dan pada bit rate 100 Mbps dayanya mulai menurun. 2. Rangkaian
elektrik,
berfungsi
untuk
mengkonversi
cahaya
pembawa informasi yang dibawa dengan melakukan regenerasi
40
timing, regenerasi pulse, serta konversi sinyal cahaya (digital) ke sinyal listrik.
2.4.3 Wavelength Division Multiplexing (WDM)
Gambar 2.23 Proses Kerja Wavelength Division Multiplexing
Wavelength Division Multiplexing (WDM) dalam komunikasi serat optik merupakan suatu teknologi yang memungkinkan sejumlah sinyal informasi yang berbeda ditansmisikan melalui sebuah serat optik tunggal dalam waktu
yang
bersamaan sehingga memungkinkan
komunikasi
bidirectional (upstream dan downstream). Hal ini dapat dilakukan karena teknik ini menggunakan panjang-panjang gelombang (warna) sinar laser yang berbeda sebagai kanal-kanal informasi untuk setiap transmisinya dan panjang gelombang ini dapat diterapkan pada serat optik jenis single mode atau pun multi mode. Teknik multiplexing ini memungkinkan untuk mengembangkan kapasitas jaringan serat optik tanpa menambah jaringan serat optik. (Stallings, 2007)
41
2.5 PON Pada masa sekarang di mana teknologi semakin berkembang, terus-menerus terjadi lonjakan permintaan terhadap bandwidth. Hal tersebut dimotori oleh pertumbuhan yang pesat pada sektor seperti layanan Video-On-Demand (VOD) dan munculnya downloading,
aplikasi-aplikasi dan
seperti
sebagainya.
Di
online mana
gaming,
sistem
sektor-sektor
peer-to-peer
tersebutlah
yang
menghidupkan kembali industri komunikasi optik. Setelah lebih dari dua dekade dilakukan penelitian aktif, sistem akses optik broadband berbasiskan Passive Optical Network (PON) ini pada akhirnya menyediakan solusi dan sebagai tahap generasi selanjutnya dalam akses broadband pada masa kini. Passive Optical Network (PON) sendiri merupakan teknologi komunikasi optik untuk akses jaringan, di mana berbasis hanya pada elemen atau komponen pasif seperti splitter. PON ini merupakan arsitektur dengan jaringan point-to-multipoint karena pada satu serat optik mampu untuk melayani banyak pelanggan (client) atau pengguna (user), biasanya 16 sampai 128 pengguna. Pada PON, medium tranmisi dilakukan secara bersama dan arus trafik dari stasiun-statiun yang berbeda dimultiplex-kan. Dilihat dari jarak dan transmisi bandwidth, PON lebih meningkat jika dibandingkan DSL yang masih menggunakan kabel tembaga. Pada mulanya riset tentang PON ini dimulai pada tahun 1980-an. Di mana pencapaian penting pertama yang distandarisasikan pada tahun 1995 adalah FullService Access Network (FSAN), yang kemudian terbentuk dan menyediakan sebuah spesifikasi sistem untuk ATM PON (APON). Kemudian pada tahun 1997, ITU-T merilis G.983.1 berdasarkan pada spesifikasi FSAN. Pada saat ini APON lebih dikenal dengan sebutan Broadband PON (BPON) untuk menekankan bahwa,
42
meskipun berbasis ATM, setiap layanan broadband dapat diperoleh dengan teknologi ini. Sejak perilisan G.984.x untuk Gigabit PON (GPON) pada 2003, APON/BPON dianggap sebagai teknologi pendahulunya. GPON menyediakan multigigabit bandwidth dengan biaya rendah daripada BPON, dengan keunggulan lain yaitu menyalurkan data yang terpaket lebih efisien dengan GPON encapsulation mode (GEM). Sebuah pendekatan alternatif lain menghasilkan Ethernet PON (EPON), dirilis pada tahun 2004 sebagai bagian dari standar IEEE 802.3ah untuk Ethernet pada akses jaringan.
Gambar 2.24 Perbandingan Teknologi PON
Passive Optical Network (PON) memiliki perbedaan dari teknologi shared access pada media transmisi lainnya, jika dilihat dari sifat-sifat fisik splitter optik pasifnya yang melakukan pendistribusian sinyal optik serta port dan connector pada splitter optik. Teknologi Passive Optical Network memberikan keuntungan dari besarnya bandwidth serta cakupannya jika dibandingkan dengan DSL serta efektif dan lebih mudah untuk diurus daripada aktif Ethernet.
43
•
PON lebih transparan karena distribusi jaringan secara optik bekerja hanya pada perangkat-perangkat layer 1. Hampir semua jenis layanan dapat dibangun di atas PON, paket, TDM, WDM, ataupun analog. Transparansi ini memudahkan migrasi ke teknologi baru tanpa perlu mengganti elemen jaringan
yang ada.
Sebagai contoh, proses migrasi WDM-PON
memerlukan penggantian peralatan, tetapi tidak pada distribusi jaringan optiknya. •
Arsitektur PON point-to-multipoint pada jalur downstream memberikan kemudahan pada layanan broadcast seperti TV. Layanan broadcast dapat khusus diberikan secara terpisah dalam hal panjang gelombangnya dari layanan data secara unicast dan multicast.
•
Terdapat banyak topologi jaringan dapat diterapkan pada teknologi PON seperti topologi star. Beberapa skema 1:N passive splitter dapat saling dihubungkan yang kemudian terbentuk topologi tree. Penggunaan splitter 1:2 dan sambungan connector juga dapat menghasilkan topologi ring dan bus.
44
Gambar 2.25 Topologi pada PON: (a) star; (b) tree; (c) bus; (d) ring (Hens dan Caballero, 2008)
2.5.1 Broadband PON (BPON) Broadband PON atau BPON merupakan versi pertama dari PON yang termasuk ke dalam standar internasional pada pertengahan tahun 1990. Pada saat tersebut merupakan pilihan yang logis memilih ATM encapsulation untuk BPON (APON, di mana telah diketahui sebelumnya). Pada saat ini BPON menyediakan kecepatan upstream sampai dengan 155.52 Mbit/s, dan kecepatan downstream sampai dengan 622.08 Mbit/s dengan cakupan sampai dengan 20 km. BPON sendiri dapat melayani sampai dengan 32 ONUs.
45
Gambar 2.26 Pemakaian Bandwidth Optik oleh BPON dengan Panjang Gelombang Berbasis Duplexing Untuk Upstream dan Downstream (Hens dan Caballero, 2008)
2.5.2 Gigabit PON (GPON) Masih standarisasi dari ITU-T dengan versi G.984 BPON dikembangkan menjadi GPON. Perkembangan yang dilakukan yaitu pada total bandwidth, efisiensi penggunaannya, mendukung bit rate yang lebih tinggi, dan perbaikan dalam keamanan. Secara spesifiknya, GPON menyediakan 1244.16 / 1244.16, 1244.16 / 2488.32 dan 2488.32 / 2488.32 Mbit/s transmisi interface. GPON tidak dapat saling dioperasikan dengan BPON, walaupun line rate-nya sama. Dengan metode enkapsulasi GPON membuat data yang dikirim lebih efisien dalam paketnya dengan frame segmentation. Kapasitas bandwidth pada GPON mencapai 2.488 Gbps untuk downstream, sedangkan upstream mencapai 1.244 Gbps. (Hens dan Caballero, 2008)
46
2.5.3 Ethernet PON (EPON) Ethernet PON atau EPON merupakan alternatif IEEE untuk PON. Versi pertama EPON dirilis pada tahun 2004, di mana membuat teknologi ini merupakan versi terbaru dari PON. EPON berbasiskan pada Ethernet, yang merupakan teknologi jaringan paling sukses yang dispesifikasikan oleh IEEE. Pada EPON terdapat dua interface alternatif, yaitu yang dikenal dengan 1000BASE-PX10 dan 1000BASE-PX20, di mana 1000BASE-PX10 memiliki cakupan minimum sekitar 10 km dan 1000BASE-PX20 memiliki cakupan minimum sekitar 20 km. Pada umumnya jumlah Optical Network Unit (ONU) yang dapat terhubung sekitar 16 ONU, di mana dimungkinkan juga penerapan alternatif splitting rasio. Terdapat hubungan timbal balik antara cakupan dan splitting rasio yang dikarenakan optical loss bertambah seiring penambahan jarak dan percabangan jalur. Sehingga jumlah Optical Network Unit (ONU) dapat lebih namun dengan jarak antara Optical Network Unit (ONU) dan Optical Line Terminal (OLT) lebih pendek. (Hens dan Caballero, 2008)
2.5.4 Gigabit Ethernet PON (GEPON) Masih standarisasi IEEE 802.3ah atau EFM GEPON ini merupakan perkembangan dari EPON, terlihat dari namanya yaitu Gigabit, kapasitas layanannya yang membuatnya berbeda dari EPON. Teknologi jaringan serat optik ini cocok untuk diaplikasikan pada FTTH dan FTTB karena merupakan jaringan FO point-to-multipont, di mana sebuah serat optik digunakan untuk melayani beberapa pelanggan.
47
GEPON dirancang untuk keperluan telekomunikasi atau pun jalur data. Kelebihan dari GEPON antara lain mudah diintegrasikan, fleksibel, mudah diatur, dan menyediakan fungsi QoS. Selain itu, GEPON juga dapat menggantikan teknologi DSL yang sebelumnya telah ada karena GEPON dapat menyediakan bandwidth yang tinggi (sampai dengan 1Gbps) dan juga melayani beberapa kebutuhan dalam waktu yang sama. GEPON menyediakan konektifitas untuk semua tipe komunikasi IP atau paket Ethernet karena memakai sebuah jaringan layer 2 yang menggunakan IP untuk membawa voice, data, dan video. GEPON menyediakan komunikasi yang aman karena terdapat enkripsi pada kedua ujungnya (upstream dan downstream), sehingga kebocoran informasi dapat diminimalisasi. Penggunaan standar GEPON tidak ada batasan terhadap jumlah Optical Network Unit (ONU) yang digunakan pada sisi pelanggan. Jumlah Optical Network Unit (ONU) yang banyak dan kecepatan jaringan yang tinggi ini dapat diaplikasikan pada sistem FTTH, seperti akses IP-telephone, data broadband, dan IPTV. GEPON merupakan kombinasi yang tepat antara teknologi Ethernet dan teknologi Passive Optical Network. Dengan teknologi GEPON, komponen aktif serat optik yang digunakan antara Optical Line Terminal (OLT) dan Optical Network Unit (ONU) dapat dikurangi, sehingga dapat mengurangi biaya yang dikeluarkan dan memudahkan dalam pemeliharaan. (Hens dan Caballero, 2008)
48
2.5.5 Komponen Utama pada PON Passive Optical Network atau PON mempunyai beberapa komponen utama sehingga jaringan serat optik dapat didistribusikan pada para pelanggan. Komponen tersebut adalah sebagai berikut :
2.5.5.1 OLT (Optical Line Terminal)
Gambar 2.27 Optical Line Terminal
OLT atau Optical Line Terminal (tranismitter) merupakan komponen yang akan mendistribusikan sinyal cahaya menggunakan media serat optik menuju ke Optical Network Unit (ONU). OLT biasanya berada pada kantor pusat operator jaringan telekomunikasi sehingga dengan alat ini baik data, voice, maupun video akan dikirimkan secara langsung dengan menggunakan serat optik. (PT Infokom Internusa,n.d)
49
2.5.5.2 ONU (Optical Network Unit)
Gambar 2.28 Optical Network Unit
ONU atau Optical Network Unit (receiver) merupakan alat yang dipasang pada sisi pelanggan atau disebut sebagai end-user. ONU akan mendapatkan sinyal cahaya yang telah didistribusikan oleh Optical Line Terminal (OLT) dan akan mengubah sinyal cahaya tersebut menjadi sinyal analog, kemudian sinyal tersebut akan di-demultiplexing sehingga pelanggan dapat menerima layanan seperti voice, video dan data dengan menggunakan kabel tembaga. (PT Infokom Internusa,n.d)
2.5.5.3 Serat Optik
Gambar 2.29 Serat Optik
50
Serat optik merupakan saluran transmisi yang hanya menerima sinyal cahaya dan komponen ini tidak membutuhkan listrik atau disebut sebagai pasif komponen. Serat optik memiliki dua tipe yaitu serat optik untuk indoor dan outdoor. Serat optik indoor maupun outdoor mempunyai bagian yang hampir sama yaitu terdapat core dan cladding. Core adalah tempat cahaya akan masuk ke dalam serat optik. Di mana core merupakan bagian inti dari serat optik yang terbuat dari kaca tipis, jadi core akan selalu dilewati oleh cahaya. Indeks bias core harus lebih besar dari indeks bias cladding agar tidak ada cahaya yang dibiaskan keluar. Core ini memiliki diameter yang berbeda-beda tergantung pada serat optik dan cladding merupakan bagian yang mempunyai peranan melapisi core agar cahaya tidak dibiaskan ke luar dan tetap dipantulkan di dalam core. Cladding bisa dianggap sebagai lapisan selimut karena mengelilingi core. Cladding harus memiliki indeks bias yang kecil agar cahaya di dalam core selalu dipantulkan, jadi cladding dapat memantulkan sinar kembali ke dalam core. (PT Infokom Internusa,n.d)
2.5.5.4 Optical Splitter
Gambar 2.30 Optical Splitter
51
Optical splitter merupakan komponen pasif karena dapat berjalan tanpa menggunakan listrik. Fungsi utama dari optical splitter ini adalah membagi dari satu jalur menjadi beberapa jalur yang akan didistribusi. Sehingga jaringan serat optik dapat melayani banyak pelanggan. Optical splitter mempunyai dua jenis yaitu symmetrical splitter dan asymmetrical splitter. (PT Infokom Internusa,n.d) •
Symmetrical Splitter Symmetrical splitter terdapat 5 buat tipe yaitu 1x2, 1x4, 1x8, 1x16 dan 1x32. Dengan menggunakan splitter ini dapat membagi dari satu jalur menjadi dua jalur hingga 32 jalur. Semakin banyak jalur maka semakin besar loss yang didapat. Berikut ini adalah tabel splitter loss. Tabel 2.2 Insertion Loss pada Symmetrical splitter
(PT Infokom Internusa, n.d) •
Asymmetrical splitter Berbeda dengan symmetrical splitter, pada asymmetrical splitter hanya mempunyai dua jalur untuk keluarannya. Setiap jalur keluaran dari splitter ini mempunyai rasio yang berbeda, sehingga splitter ini digunakan pada lokasi pelanggan yang berbeda-beda
52
jaraknya. Splitter ini dapat menghemat optical power yang akan diteruskan ke pelanggan berikutnya. Berikut ini adalah insertion loss pada tiap splitter: Tabel 2.3 Insertion Loss pada Asymmetrical Splitter
(PT Infokom Internusa, n.d)
2.6 FTTX Mengacu pada e-paper dari ZTE Corporation (n.d) bahwa FTTX atau Fiber to the X merupakan istilah yang digunakan untuk beberapa arsitektur jaringan serat optik pada dunia telekomunikasi. Dengan menggunakan serat optik ini akan menjawab masalah keterbatasannya bandwidth dengan menggunakan jaringan kabel tembaga. Beberapa arsitektur jaringan serat optik yang ada adalah sebagai berikut:
53
2.6.1 FTTH ( Fiber To The Home)
Gambar 2.31 Fiber To The Home
Fiber To The Home merupakan arsitektur jaringan serat optik yang disalurkan hingga ke rumah-rumah. Di mana Optical Network Unit (ONU) dipasang dan ditempatkan di rumah-rumah dan untuk mengirimkan data-data ke ONU tiap – tiap rumah maka digunakan splitter. Layanan yang sering digunakan pada arsitektur ini adalah VoIP, IPTV dan internet.
54
2.6.2 FTTB (Fiber To The Building)
Gambar 2.32 Fiber To The Building
FTTB atau Fiber To The Building adalah arsitektur di mana serat optik akan didistribusikan hingga ke gedung-gedung komersial. Biasanya ONU akan diletakkan pada ruangan telekomunikasi basement yang kemudian akan dihubungkan ke tempat pelanggan dengan menggunakan kabel tembaga indoor. Penggunaan splitter di sini digunakan untuk melayani beberapa client di beberapa lantai yang berbeda.
55
2.6.3 FTTC (Fiber To The Curb)
Gambar 2.33 Fiber To The Curb
Arsitektur Fiber To The Curb ini adalah arsitektur yang membawa akses serat optik sampai ke suatu curb di mana setiap curb tersebut berisi beberapa pelanggan, biasanya dari 8 hingga 24 pelanggan. Splitter akan dipasang di luar gedung atau di luar curb yang ada dan untuk ONU akan dipasang di dalam curb sehingga dapat melayani pelanggan yang ada.
2.6.4 FTTN/FTTCab (Fiber To The Node/Neighborhood)
Gambar 2.34 Fiber To The Node/Neighborhood
56
FTTN adalah salah satu arsitektur jaringan serat optik yang dibuat hingga pada node tertentu yang biasanya berupa kabinet berlokasi di pinggir jalan. Perbedaan nya dengan FTTC yaitu jarak antara titik pendistribusian dengan pelanggan pada FTTN lebih jauh dibandingkan FTTC, dan pelanggan yang dapat dilayani lebih banyak.
2.7 Video Streaming Streaming adalah sebuah teknologi untuk memainkan file video atau audio baik secara langsung maupun pre-recorded dari sebuah server. Dengan kata lain, file video atau audio yang terletak pada sebuah server dapat secara langsung dijalankan pada komputer client sesaat setelah ada permintaan, sehingga proses download video atau audio yang menghabiskan waktu cukup lama dapat dihindari. Saat file video atau audio di-stream, maka akan terbentuk sebuah buffer di komputer client dan data video atau audio tersebut akan mulai di-download ke dalam buffer yang telah terbentuk pada komputer atau mesin client. Dalam waktu sepersekian detik, buffer telah terisi penuh dan secara otomatis data video atau audio akan dijalankan oleh sistem. Sistem akan membaca informasi dari buffer sambil tetap melakukan proses download data, sehingga proses streaming tetap berlangsung ke komputer client. (Septima, 2009) Konsep dasar dari video streaming adalah membagi paket video ke dalam beberapa bagian, kemudian mentransmisikan paket tersebut dan pada client dapat men-decode serta memainkan potongan paket file video tanpa harus menunggu seluruh file terkirim ke komputer penerima. Secara garis besar konsep dasar tersebut dibagi ke dalam tiga tahap, yaitu :
57
1. Mempartisi atau membagi data video yang telah terkompresi ke dalam paket-paket data 2. Pengiriman paket-paket data video 3. Pihak client men-decode dan menjalankan video, walaupun paket yang berikutnya masih dalam proses pengiriman ke komputer client. (Akbar, 2010)
Bisa dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.35 Proses Streaming
Video streaming ini juga memiliki dua jenis layanan, yaitu On-Demand dan Live. Untuk layanan On-Demand, streaming dilakukan dengan menyiarkan file media yang telah disimpan atau direkam sebelumnya. Sedangkan layanan Live dilakukan secara langsung, dalam artian kejadian sedang berlangsung saat itu juga (real time), misalnya video conference. Media streaming memiliki beberapa manfaat diluar dari yang sudah terlihat pada kinerjanya, yaitu sebagai berikut :
58
•
Cost-effective method of communication, yaitu organisasi atau perusahan bisa menyimpan uang dari berkurangnya biaya untuk media distribusi.
•
Faster time to market, yaitu dengan memproduksi video atau audio yang ditempatkan pada streaming server bisa lebih cepat untuk dipasarkan, daripada harus menggunakan media fisik (misalnya CD atau kaset)
•
Create more options for communications, dalam hal ini media streaming merespon keinginan penonton untuk menyediakan channel dari media yang berbeda dan sebagai media komunikasi yang memberikan kesempatan bagus untuk mendekati penonton
•
Tracking and profiling, yaitu ketika meng-klik link dari media streaming, informasi tentang yang di-klik tadi akan disimpan pada log server media streaming.
(Follansbee, 2004)
2.8 IP Multicast Beberapa aplikasi membutuhkan data yang dikirim dari pengirim ke beberapa penerima sekaligus. Sebagai contoh dari aplikasi ini berhubungan dengan media seperti audio dan video broadcast, info harga saham secara real-time dan aplikasi teleconference. Sebuah jasa di mana data dikirim dari suatu pengirim ke banyak penerima ini disebut dengan komunikasi multipoint atau multicast, dan aplikasi yang memerlukan multicast delivery service disebut dengan multicast applications.
59
Gambar 2.36 Perbandingan Konsep Unicast, Broadcast, dan Multicast
Pada gambar 2.42 di atas secara sederhana membandingkan konsep multicast dengan jenis komunikasi lainya. Pada unicast atau komunikasi point-to-point, data dikirim ke satu host penerima, pada broadcast atau komunikasi one-to-all data ditransmisikan kesemua host penerima dalam satu lingkup tertentu. Sebagai contoh dalam satu jaringan LAN, maka semua host penerima berada dalam lingkup LAN tersebut. Multicast secara umum dapat dikatakan paduan dari unicast dan broadcast. Pada multicast, data ditransmisikan ke sekelompok host penerima yang sebelumnya telah ditentukan untuk dapat menerima data tersebut, atau disebut dengan multicast group atau host group. Pada prinsipnya. konsep multicast ini dapat diimplementasikan pada jaringan baik yang menggunakan unicast atau broadcast. Namun kedua solusi tersebut memiliki kekurangan. Pada solusi unicast ke multicast, pengirim mentransmisikan satu salinan data secara terpisah untuk masing-masing host dalam grup multicast. Hal ini memungkinkan untuk grup multicast yang ukurannya kecil, tetapi ketika jumlah host relatif besar, proses transmisi data yang sama secara beberapa kali memboroskan banyak sumber daya sehingga tidak efisien. Sedangkan pada solusi broadcast ke multicast, data dikirim ke semua host dalam sebuah jaringan, misalnya
60
host akan akan memutuskan data jika penerima bukan merupakan anggota dari grup multicast. Solusi ini dapat efektif bekerja ketika host dari grup multicast terletak pada jarigan LAN yang sama dan LAN mendukung transmisi secara broadcast. Membuat pengiriman multicast secara efisien dalam jaringan paket switching memerlukan seluruh rangkaian protokol baru dan mekanisme pada lapisan jaringan. Pertama, alamat multicast harus tersedia yang dapat menunjuk grup multicast sebagai yang dituju dari datagram. Kedua, harus ada mekanisme yang memungkinkan host untuk bergabung dan meninggalkan grup multicast. Ketiga, adanya kebutuhan untuk protokol routing multicast untuk mengatur jalurnya, disebut distribution tree, dari pengirim kepada anggota dari grup multicast. Hal-hal yang berkaitan dengan pengaturan distribution tree multicast disebut sebagai routing multicast.
Gambar 2.37 Pengiriman Secara Multicast dalam Jaringan IP
61
IP multicast melibatkan baik host dan router. Dalam IPv4 support IP multicast bersifat opsional, tetapi hampir semua host dan router men-support multicast. Host yang merupakan anggota dari grup multicast saling bertukar Internet Group Management Protocol (IGMP) messages dengan router. Router melakukan dua proses utama dalam IP multicast, yaitu multicast routing dan multicast forwarding. Multicast routing membuat distribution tree untuk suatu grup multicast dengan mengatur isi dari tabel routing multicast. Dalam multicast, tabel routing dapat terdaftar beberapa alamat hop berikutnya untuk entri tabel routing. Seperti dalam unicast, forwarding mengacu pada pengolahan datagram yang masuk, lookup tabel routing, dan transmisi pada interface keluar. Ketika sebuah paket multicast tiba di router, router melakukan lookup di tabel routing multicast untuk entri yang cocok. Router meneruskan satu salinan paket ke setiap alamat hop berikutnya dalam pencocokan entri tabel routing. (Communication Group, n.d) Pengalamatan IP multicast ditentukan pada alamat IP kelas D oleh Internet Assigned Number Authority (IANA). Pengalamatan ini dinotasikan dengan prefix biner 1110 pada empat bit di oktet pertama. Rentang alamat untuk IP multicast mulai dari 224.0.0.0 sampai dengan 239.255.255.255, bisa dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.38 Alamat Kelas D (Williamson, 2000)
62
Salah satu fitur yang menonjol dari IP multicast adalah penggunaan kelompok alamat IP bukan alamat IP tujuan. Sebuah kelompok multicast terdiri dari nomor host yang berpartisipasi dan teridentifikasi dalam alamat kelompok, di mana partisipannya bisa dari lokasi geografis yang berbeda. Alamat IP multicast berbeda dengan alamat IP unicast yang membagi field alamatnya dalam tiga sub-field (network ID, subnet ID, dan host ID), tetapi beberapa segmen dari kelas D adalah well-known atau reserved. Misalnya alamat dari 224.0.0.0 sampai 224.0.0.225 digunakan untuk mengontrol jaringan lokal, alamat 224.0.1.0 sampai 224.0.1.255 digunakan untuk mengontrol internetwork. (Panwar, Mao, Ryo dan Li, 2004)
Tabel 2.4 Link Local Alamat Multicast
63
Penggunaan atau aplikasi dari IP multicast saat ini berkembang pesat dalam perusahaan-perusahaan berbasis jaringan. Microsoft NetShow dan NetMeeting merupakan aplikasi yang biasa digunakan untuk melakukan voice atau video streaming. Protokol yang biasa digunakan untuk multicast antara client dan server adalah IGMP (Internet Group Management Protocol). Dengan IGMP ini, multicast yang tersedia berada pada subnet dengan client yang terkonfigurasi. (Palmatier, Lyons, dan Thurston, 2001)
64
2.9 VLAN (Virtual Local Area Network)
Gambar 2.39 VLAN
VLAN atau Virtual Local Area Network merupakan pengembangan dari LAN di mana VLAN merupakan kelompok perangkat yang terletak pada LAN tetapi sudah dikonfigurasi menggunakan perangkat lunak manajemen sehingga perangkat tersebut dapat berkomunikasi tanpa harus menuruti lokasi fisik dari perangkat karena VLAN didasarkan pada logikal bukan didasarkan pada koneksi fisikal. VLAN dapat dibuat dengan pengelompokkan berdasarkan keinginan kita seperti departemen dan sebagainya tanpa terpengaruh oleh lokasi fisik dari perangkat. Dengan penggunaan VLAN dapat meningkatkan kinerja jaringan secara keseluruhan dan penggunaan VLAN dapat dengan mudah jika terjadi perubahan, pemindahan atau penambahan suatu perangkat karena VLAN bersifat yang logikal. VLAN diciptakan melalui konfigurasi dari perangkat switch dan paket broadcast tidak akan mendapat VLAN lainnya karena tiap VLAN merupakan broadcast domainnya tersendiri. Broadcast
65
domain merupakan pengelompokkan layer 3, sehingga diperlukan perangkat router untuk mem-forward traffic antar VLAN. (cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011)
2.9.1 Cara Kerja VLAN VLAN diklasifikasi dapat menggunakan MAC address-based, port-based dan protokol-based. Untuk MAC address-based mengklasifikasi VLAN berdasarkan MAC address, untuk port-based di mana VLAN dibagi berdasarkan port sedangkan untuk protocol-based berdasarkan protokol layer 3 yaitu IP address. Semua informasi yang mengandung tagging VLAN akan disimpan dalam suatu database jika tag-nya berdasarkan port yang digunakan maka database harus mengindikasi port-port yang digunakan oleh VLAN untuk mengindikasi port tersebut maka digunakan perangkat switch yang manageable sehingga dengan perangkat inilah dapat melakukan konfigurasi suatu VLAN dan menyimpan semua informasi-informasi tersebut. Secara garis besar VLAN dibagi atas end-to-end VLAN dan geografis VLAN.
Jaringan end-to-end VLAN mempunyai karakteristik sebagai berikut : •
Keanggotaan VLAN suatu pengguna tergantung dari departemen itu sendiri.
•
Setiap VLAN mempunyai set keamanan yang sama untuk tiap pengguna.
•
Keanggotaan VLAN tidak berubah-ubah walaupun pengguna berpindah lokasi secara geografis.
66
•
Semua anggota VLAN mempunyai pola traffic flow 80/20 (80% traffic berada pada VLAN lokal dan 20% keluar dari VLAN lokal yang sama).
Jaringan geografis VLAN mempunyai karakteristik sebagai berikut : •
Keanggotaan VLAN berdasarkan lokasi pengguna.
•
Biasanya mempunyai traffic flow 20/80 (20% traffic berada pada VLAN lokal dan 80% keluar dari VLAN lokal).
(cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011)
2.9.2 Keuntungan dari VLAN Manfaat utama dari penggunaan VLAN pada suatu jaringan adalah sebagai berikut (cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011) : 1. Security Dengan pengelompokan VLAN dapat membatasi pengguna yang bisa mengakses suatu data sehingga dapat memungkinkan terkontrolnya keamanan data dalam tiap-tiap departemen. 2. Cost reduction Dapat mengurangi biaya yang akan dikeluarkan jika terdapat penambahan jaringan dan lebih efisien dalam pemakaian bandwidth dan uplinks. 3. Higher performance Memisahkan jaringan layer 2 ke dalam berbagai logical workgroups (broadcast domains) yang dapat mengurangi traffic data yang tidak diperlukan dan meningkatkan performa jaringan. 4. Broadcast strom mitigation
67
Dengan penerapan VLAN maka dapat mengurangi jumlah perangkat yang turut serta dalam sebuah broadcast strom.
5. Improved IT staff effeciency VLAN membuat lebih mudah untuk mengelola suatu jaringan dan konfigurasi VLAN dapat langsung tersebar apabila ada sebuah switch baru yang terhubung ke dalam jaringan tersebut sehingga hal tersebut dapat memudahkan IT staff dalam mengindentifikasikan fungsi dari VLAN dengan pemberian nama yang sesuai pada VLAN 6. Simpler project or application management Dengan pemanfaatan VLAN ini tidak dibatasi oleh letak geografis sehingga tiap departemen dapat berkomunikasi walaupun jarak yang jauh dengan VLAN ID yang sama. Sehingga dapat dengan mudah mengelola seuatu proyek atau pekerja.
2.9.3 VLAN ID Range VLAN akses dibagi menjadi dua yaitu normal range VLANs dan extended range VLANs (cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011). Normal Range VLAN : •
Digunakan dalam bisnis kecil dan menengah dan jaringan perusahaan
•
VLAN ID antara 1 sampai dengan 1005
•
Untuk VLAN ID 1002 -1005 telah digunakan untuk token ring dan FDDI VLANs
68
•
VLAN ID 1 dan 1002 hingga 1005 akan otomatis dibuat dan tidak dapat dihapus.
•
Konfigurasi yang disimpan dalam file database VLAN, yang disebut vlan.dat. File vlan.dat terletak di memori flash dari switch.
Extended Range VLANs : •
Menyediakan layanan untuk memperluas infrastruktur ke sejumlah pelanggan dan beberapa perusahaan global dapat memperpanjang VLAN ID
•
VLAN ID antara 1006 sampai dengan hingga 4094
•
Disimpan di dalam running configuration file.
•
VTP tidak mempelajari extended range VLANs
2.9.4 Tipe VLANs Berikut ini adalah beberapa terminologi di dalam VLAN yaitu VLAN data, native VLAN, VLAN manajemen, dan VLAN voice. (cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011). 1.
VLAN Data VLAN data merupakan VLAN yang dikonfigurasikan untuk membawa data-data yang dipakai oleh pengguna yang akan dipisahkan dengan traffic data, suara, ataupun dengan manajemen switch. VLAN data sering kali disebut sebagai User VLAN.
69
2.
VLAN Default Semua port pada switch pada umumnya menjadi anggota VLAN default yaitu VLAN 1 di mana tidak dapat diberi nama maupun dihapus sehingga semua port pada switch tersebut merupakan bagian dari broadcast domain yang sama.
3.
Native VLAN Native VLAN dikeluarkan untuk port trunking 802.1Q di mana port trunking 802.1Q tersebut mendukung traffic jaringan yang data dari banyak VLAN (tagged traffic) sama baiknya dengan yang data dari sebuah VLAN (untagged traffic). Untuk port trunking 802.1Q ini menempatkan untagged traffic pada native VLAN. Native VLANs ditetapkan dalam spesifikasi IEEE 802.1Q untuk menjaga kompatibilitas
4.
VLAN Manajemen VLAN manajemen merupakan VLAN yang dikonfigurasi untuk mengatur perangkat switch. Secara default, VLAN 1 akan bekerja sebagai VLAN manajemen dan kita dapat memberikan IP address dan subnet mask pada VLAN manajemen sehingga perangkat switch tersebut dapat dikonfigurasi atau dikelola melalui HTTP maupun Telnet.
5.
VLAN Voice VLAN ini dapat mendukung Voice over IP atau VoIP di mana VLAN yang ditugaskan khusus untuk komunikasi data suara. Untuk traffic VoIP membutukan yaitu bandwidth untuk memastikan kualitas suara, kemampuan untuk diteruskan pada jaringan yang padat dan delay kurang dari 150 ms untuk melewati jaringan.
70
2.9.5 VLAN Trunking
Gambar 2.40 VLAN Trunking
Trunking adalah sebuah hubungan (link) point-to-point antara satu atau lebih Ethernet switch interface dengan device lainnya. Dengan adanya trunking dapat menghemat port yang dipakai ketika sebuah link antara dua device yang mengimplementasikan VLAN yang telah dibuat. Trunking ini menggunakan protocol IEEE 802.1Q agar dapat saling berkomunikasi pada interface gigabit Ethernet dan fast Ethernet sehingga dengan VLAN trunking dapat memungkinkan pertukaran data dalam seluruh jaringan. Sebuah VLAN trunking bukan memiliki suatu VLAN tertentu melainkan merupakan saluran untuk VLAN antara switch maupun router. Trunking protocol dikembangkan untuk mengatur perpindahan frame dari suatu VLAN yang berbeda pada sebuah link fisik tunggal secara efektif. Ada dua tipe mekanisme trunking yaitu sebagai berikut:
71
1. Frame Filtering Pada frame filtering ini sebuah tabel filtering dibangun untuk tiap perangkat switch di mana switch tersebut saling berbagai informasi tabel address. Saat switch menerima sebuah paket frame maka switch akan melakukan perbandingan alamat frame yang diterima dengan alamat yang ada pada tabel filtering. Perangkat switch hanya bekerja sampai pada layer 2 dan hanya menggunakan informasi header dari Ethernet frame untuk meneruskan paket dan didalam paket tersebut tidak terdapat informasi mengenai dari VLAN mana paket tersebut berasal.
2. Frame Tagging Pada frame tagging telah menggunakan standar mekanisme trunking oleh IEEE di mana trunking protocol yang menggunakan frame tagging akan
mempercepat
pengiriman
frame dan
mempermudah
dalam
pengaturan. Link fisik yang unik antara dua perangkat switch mampu membawa traffic untuk semua VLAN. Untuk mencapai hal ini, maka setiap
frame
yang
dikirim
pada
link
diberikan
tag
untuk
mengidentifikasikan frame tersebut milik VLAN yang mana. Untuk frame tagging pada VLAN akan secara khusus dikembangkan untuk komunikasi pada switched network. Frame tagging akan menempatkan identifier pada header tiap framenya (cnap.binus.ac.id - CCNA 3 v4.0, 2011)
