BAB II DASAR TEORI
2.1
Umum Teknologi telekomunikasi yang telah berkembang pesat, memberikan
dampak yang besar pada perkembangan teknologi informasi pada masyarakat masa kini. Salah satu solusi untuk mengatasi perkembangan teknologi informasi ini adalah dengan menggunakan teknologi serat optik. Teknologi serat optik merupakan suatu teknologi komunikasi yang menggunakan media cahaya sebagai penyalur informasi. Pada teknologi ini terjadi perubahan informasi yang biasanya berbentuk sinyal listrik menjadi sinyal cahaya yang kemudian disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk diubah kembali menjadi sinyal listrik. Akan tetapi pada saat serat optik dipilih sebagai media transmisi, maka perlu dilakukan suatu perhitungan dan analisis power budget (anggaran daya) sebelum serat optik digunakan dalam sebuah jaringan telekomunikasi agar suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik dan lancar, seperti adanya rugirugi transmisi (loss) pada kabel serat optik yang dapat menurunkan kualitas transmisi. Analisis ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui kualitas suatu jaringan, biaya dan prediksi lamanya usia suatu jaringan telekomunikasi serta untuk mengetahui kelayakan suatu jaringan dalam mengirim informasi. 2.2
Serat Optik Serat optik merupakan helaian optik murni yang sangat tipis (tebalnya
setipis rambut manusia) dan dapat membawa data informasi digital untuk jarak 6
jauh. Helaian tipis ini tersusun dalam bundelan yang dinamakan kabel serat optik dan berfungsi mentransmisikan (mengirim) cahaya, hampir tanpa kerugian. Dimana artinya, cahaya yang berhasil dikirim dari satu tempat ke tempat lain hanya mengalami kehilangan sinyal dalam jumlah yang sangat sedikit. Karena bukan penghantar listrik, kabel kebal terhadap interferensi listrik [1]. Sebuah kabel serat optik dibuat sekecil-kecilnya (mikroskopis) agar tak mudah patah/retak, tentunya dengan perlindungan khusus sehingga besaran wujud kabel akhirnya tetap mudah dipasang. Satu kabel serat optik disebut sebagai core. Untuk satu sambungan/link komunikasi serat optik dibutuhkan dua core, satu sebagai transmitter dan satu lagi sebagai receiver. Variasi kabel yang dijual sangat beragam sesuai kebutuhan, ada kabel 4 core, 6 core, 8 core, 12 core, 16 core, 24 core, 36 core hingga 48 core. Satu core serat optik yang terlihat oleh mata kita adalah masih berupa lapisan pelindungnya (coated), sedangkan kacanya sendiri yang menjadi inti transmisi data berukuran mikroskopis, tak terlihat oleh mata. Bagian-bagian dari serat optik biasanya terdiri dari inti (core) yaitu kaca tipis yang berada di tengah serat yang digunakan sebagai jalan cahaya, pembungkus (cladding) yaitu bagian optikal terluar yang mengelilingi inti yang berfungsi untuk memantulkan cahaya kembali ke inti, serta jaket penyangga (coating) yang berfungsi melindungi serat dari temperatur dan kerusakan.
2.3
Jenis Serat Optik Saat ini ada tiga 3 jenis serat optik yang populer pemanfaatannya pada
sistem komunikasi serat optik yaitu :
7
2.3.1
Serat Optik Single-mode Index Pada single-mode fiber, terlihat pada Gambar 2.1 bahwa indeks bias akan
berubah dengan segera pada batas antara core dan cladding (step index). Bahannya terbuat dari silica glass baik untuk cladding maupun corenya. Diameter core jauh lebih kecil, sekitar 10 µm, dibandingkan dengan diameter cladding , konstruksi demikian dibuat untuk mengurangi atenuasi akibat adanya fading. Single-mode fiber sangat baik digunakan untuk menyalurkan informasi jarak jauh karena di samping atenuasi yang kecil juga mempunyai jangkauan frekuensi yang lebar.
Gambar 2.1 Serat Optik Single-mode index [2].
2.3.2
Serat Optik Multi-mode Graded Index Multi-mode graded index dibuat dengan menggunakan bahan multi
component glass atau dapat juga dibuat dengan silca glass baik untuk core maupun claddingnya. Pada serat optik tipe ini, indeks bias berubah secara perlahan-lahan (graded index multi-mode). Indeks bias inti berubah mengecil perlahan mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan cladding. Semakin kecil indeks bias maka kecepatan rambat cahaya akan semakin tinggi dan akan berakibat dispersi waktu antara berbagai mode cahaya yang merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua mode cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di penerima.
8
Diameter core serat optik ini 30 – 60 µm dan diameter cladding 100 – 150 µm. Atenuasi minimum adalah sebesar 0.70 dB/Km pada panjang gelombang 1180 nm dan lebar pita frekuensi sebesar 150 Mhz sampai dengan 2 Ghz. Oleh karenanya jenis serat optik ini sangat ideal untuk menyalurkan informasi pada jarak menengah dengan menggunakan seumber cahaya LED maupun LD (Laser Diode). Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode graded index dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Serat optik Multi-mode graded index [2].
2.3.3
Serat Optik Multi-mode Step Index Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya
50 – 400 µm dan diameter cladding sebesar 125 – 500 µm. Pada serat optik ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan diameter core yang besar digunakan untuk menikkan efisiensi coupling pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat pengiriman tetap besar, sehingga hanya baik digunakan untuk menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat. Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode step index dapat dilihat pada Gambar 2.3.
9
Gambar 2.3 Serat optik Multi-mode step index [2].
2.4
Jaringan Lokal Akses Fiber (JARLOKAF) Jaringan kabel lokal akses fiber paling sedikitnya terdapat dua perangkat
aktif yang dipasang di Central Office dan yang lainnya dipasang di dekat dan atau di lokasi pelanggan. Berdasarkan lokasi penempatan perangkat aktif yang dipasang di dekat dan atau dilokasi pelanggan maka terdapat beberapa konfigurasi, antara lain sebagai berikut: [3] 1. Fiber To The Building (FTTB) TKO (Titik Konverensi Optik) terletak di dalam gedung dan biasanya terletak pada ruangan telekomunikasi di basement atau tersebar di beberapa lantai, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKG, FTTB dapat dianalogikan dengan daerah catu langsung pada jaringan kabel tembaga. 2. Fiber To The Zone (FTTZ) TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, biasanya berupa cabinet yang ditempatkan di pinggir jalan sebagai mana biasanya RK (Rumah Kabel), terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa kilometer. FTTZ dapat dianalogikan sebagai pengganti RK. 10
3. Fiber To The Curb (FFTC) TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet, di atas tiang maupun di manhole, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa ratus meer saja, FTTC dapat dianologikan sebaai pengganti titik pembagi. 4. Fiber To The Tower (FTTT) TKO terletak di dalam shelter dari pada tower, terminal equipment system GSM/CDMA dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor hingga beberapa meter saja. Jaringan kabel serat optik yang mencatu tower adalah kabel fiber optik drop jika lokasi tower di perkotaan, dan kabel fiber optik distribusi kalau lokasi tower di pinggiran kota. Sehingga FTTT dapat dianalogikan sebagai pengganti ODP (FTTC) atau TB (FTTH). 5. Fiber To The Home (FTTH) TKO terletak di dalam rumah pelanggan, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKR hingga beberapa puluh meter saja. FTTH dapat dianalogikan sebagai pengganti Terminal Blok (TB). Arsitektur jaringan FTTH dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Arsitektur jaringan FTTH [3]. 11
Secara umum jaringan FTTH dapat dibagi menjadi empat segmen catuan kabel, selain perangkat aktif sperti OLT dan ONU atau ONT, yaitu sebagai berikut: 1. Segmen A, yaitu catuan kabel feeder. 2. Segmen B, yaitu catuan daya distribusi. 3. Segmen C, yaitu catuan kabel penanggal atau drop. 4. Segmen D, yaitu catuan kabel rumah atau gedung.
2.5
Konsep Dasar Fiber To The Home (FTTH) FTTH dapat didefinisikan sebagai arsitektur jaringan optik mulai dari
sentral office (STO) hingga ke perangkat pelanggan. Dalam jaringan akses fiber FTTH terdapat segmen-segmen catuan, antara lain: catuan kabel feeder, catuan kabel distribusi, catuan kabel drop dan catuan kabel indoor, serta pelanggan aktif yaitu OLT dan ONU/ONT seperti terlihat pada Gambar 2.4. Spesifikasi loss maksimum pada jaringan Fiber To The Home (FTTH) dapat dilihat pada Tabel 2.1 [4]. Tabel 2.1 Loss Maksimum pada FTTH. No. 1 2
Network Element Kabel Splicing
3
Connector Loss
4 5 6 7 8
Splitter 1:2 Splitter 1:4 Splitter 1:8 Splitter 1:16 Splitter 1:32
Ukuran 0,35 dB/km 0,1 dB 0,25 dB (Refer IEC 61300-3-34 Grade B attenuation) 3,70 dB 7,25 dB 10,38 dB 14,10 dB 17,45 dB
12
2.6
PON (Passive Optical Network) PON adalah bentuk khusus dari FTTH yang mengandung perangkat optik
pasif dalam jaringan distribusi optik. Perangkat optik pasif yang dipakai adalah konektor, passive splitter dan kabel optik. Dengan passive splitter kabel optik dapat dipecah menjadi beberapa kabel optik lagi, dengan kualitas informasi yang sama tanpa adanya fungsi addressing dan filtering, namun terjadi redaman. Dalam PON terdapat tiga komponen utama, yaitu : 1.OLT (Optical Line Termination). 2.ODN (Optical Distribution Network). 3.ONU (Optical Network Unit). Keluaran dari OLT ditransmisikan melalui ODN yang menyediakan alatalat transmisi optik mulai dari OLT sampai pelanggan. ONU menyediakan interface pada sisi pelanggan dari DS (Distribution Point) dan dihubungkan dengan ODN. Teknologi PON pada dasarnya adalah teknologi untuk hubungan point to multipoint dan topologi ini sesuai untuk melayani kelompok pelanggan yang letaknya terpisah, dengan hanya menambah perangkat ONU di lokasi pelanggan. Metode akses yang digunakan
pada
PON
salah
satunya
adalah
TDM
(Time
Division
Multiplexing)/TDMA (Time Division Multiplexing Access). Pada arah downstream, sinyal TDM dari PLT memuat semua informasi pelanggan dalam slot yang ditentukan dan disebarkan ke semua ONU yang terhubung oleh OLT. Tiap ONU hanya mengakses pada slot yang telah ditentukan utuk transmisi, karena semua informasi downstream disebarkan ke semua ONU, seperti pengaman sinyal, dengan encryption. Sinyal optik upstream dari setiap ONU ditransmisikan secara bersamaan dengan metode TDMA untuk menghindari 13
collision, karena jarak antara OLT dan semua ONU berbeda-beda. Sedangkan panjang gelombang yang digunakan untuk downstream dan upstream pada daerah 1310 nm dan 1490 nm sesuai dengan rekomendasi ITU-T G 984 [2]. Karena kemampuan teknologi PON untuk mengirim dengan bandwidth yang lebih tinggi dan jarak yang jauh, sekitar 20 – 30 Km, bahkan dengan gelombang tertentu bisa menembus jarak 50 Km, PON biasanya digunakan untuk jaringan metro atau untuk mobile backhaul yaitu koneksi antar core network atau base station dengan core network. Posisi PON di jaringan akses ini dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Posisi PON di jaringan akses [5].
Jaringan PON memiliki beberapa tipe dan yang terkenal adalah APON/BPON, EPON atau GEPON dan GPON. Dimana dalam Tugas Akhir ini membahas tentang GPON.
2.7
GPON (Gigabit Passive Optical Network) GPON merupakan teknologi yang didukung oleh jaringan akses serat
optik dan memiliki kapasitas bandwidth besar, kecepatan akses lebih cepat, serta 14
dapat melayani tiga layanan (triple play) berupa data, suara, video. Bila sebelumnya pelanggan dalam menggunakan internet membutuhkan modem, melakukan panggilan telepon atau IPTV dengan peralatan berbeda, maka penerapan GPON menyebabkan pelanggan bisa menggunakan layanan tersebut hanya pada satu alat bernama ONU (Optical Network Unit). Namun, dalam proses transmisi melalui serat optik tidak menutup kemungkinan terjadinya degradasi sinyal yang disebabkan karena redaman dan dispersi sehingga dapat mengganggu proses transmisi [6].
2.7.1
Prinsip Kerja GPON Prinsip kerja GPON itu sendiri ketika data atau sinyal dikirimkan dari OLT,
maka ada bagian yang bernama splitter yang berfungsi untuk membuat serat optik tunggal dapat mengirim ke beberapa ONU, untuk ONU sendiri akan memberikan data-data dan sinyal yang diinginkan pengguna. Passive splitter merupakan optical fiber coupler sederhana yang membagi sinyal optik menjadi beberapa path (multiple path) atau sinyal – sinyal kombinasi dalam satu jalur. Splitter juga berfungsi sebagai perute dan pengkombinasi berbagai sinyal optik. Pada prinsipnya, PON adalah sistem point to multipoint, dari serat optik tunggal ke arsitektur jaringan. Untuk sistem kerja dari teknologi GPON dapat dilihat sebagai berikut [5]:
15
a.
Metode Enkapulasi : GEM – GPON GEM merupakan metode enkapsulasi frame pada GPON dimana
mekanisme ini bekerja pada lapis dua OSI. Frame GEM akan terdiri atas enkapsulasi data pengguna (suara, data dan video) dan ditambah dengan overhead. Jika tidak ada data pengguna yang akan dikirim, proses pengiriman frame akan disisipkan ke frame kosong (idle frame). Untuk selanjutnya frame GEM akan digabung dalam lapisan sub GTC (GPON Transmission Convergence) dengan panjang frame 125 µs. Proses konversi Ethernet ke GEM diawali dengan sistem GPON yang memecah frame ethernet dan langsung mengisi ke dalam payload GEM, kemudian frame GEM melakukan enkapsulasi informasi header. Proses konversi ini dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Proses konversi dari paket Ethernet ke frame GEM [5].
b. AES (Advance Encryption Standard) AES ini, merupakan mekanisme keamanan sistem transmisi antara OLT dengan ONU. Sistem GPON secara periodik akan mengganti (renew) kode keamanan untuk peningkatan aspek keamanannya. 16
Teknik mekanisme AES hanya untuk downstream saja, diawali dengan enkripsi yang dibuat dalam model counter 128 bit blok chiper kode dengan 128 bit key. Pergantian key diinisiasi dan dikontrol oleh OLT dan key diganti tiga kali setiap detiknya. Ketika OLT menerima key yang benar, maka OLT akan mengirim key switch message ke ONU dan kemudian melakukan trafik downstream.
c. DBA (Dynamic Bandwidth Assignment) Mekanisme dimana secara dinamik ONT dapat meminta dan memberi bandwidth yang telah dialokasikan oleh T-CONT (Transmission Containers). Mekanisme kerja DBA dibagi dua yaitu status reporting dan predictive. Pada saat melakukan status reporting, ONT melaporkan status buffer mereka dan membuatkan antrian dengan DBR (Dynamic Bandwidth Reports) ke arah OLT, kemudian OLT menetapkan ulang bandwidth berdasarkan kapasitas buffer yang tersedia dan informasi antrian diberikan oleh ONT. Pada saat melakukan predictive, OLT memonitoring dan mengadakan pengaturan berdasarkan utilisasi setiap ONT. Ketika utilisasi ONT melebihi nilai threshold yang diberikan, maka tambahan bandwidth segera ditetapkan jika tersedia. Pada umumnya sistem GPON itu berbasis teknologi PON dan dari satu core mengeluarkan tiga gelombang (full duplex). Dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Sistem transmisi teknologi GPON [5]. 17
Sistem Transmisi GPON mempunyai dua model, yaitu downstream dan upstream. Arah downstream, frame GEM akan dibroadcast (mengirim) ke semua ONU, dari OLT ke semua ONU, dimana masing-masing ONU akan mengidentifikasi paket yang diterimanya dari overhead frame serta memfilter data yang masuk berdasarkan portID. Proses model transmisi downstream dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Sistem pengiriman sinyal downstream pada GPON [5].
Downstream frame GTC memiliki durasi 125 µs dan panjang 38880 byte, dimana sesuai dengan data downstream 2.48832 Gbps. Psync (4 bite) menunjukkan frame permulaan untuk ONU. Indent berisi superframe counter 8 Khz yang digunakan oleh sistem enkripsi dan juga digunakan untuk memberikan sinyal synchronous refrence tingkat rendah. PLOAMd menangani fungsi seperti OAM (operation, administration, and management) yang berhubungan dengan penanda. BIP (Bit Interleaved Parity) digunakan untuk memperkirakan tingkat kesalahan bit. Plend (Payload Length Indicator downstream) memberikan panjang bandwidth upstream (Bwmap). Setiap masukan dalam bandwidth upstream (Bwmap) merupakan alokasi bandwidth tunggal untuk T-CONT dituju.
18
Sedangkan untuk model transmisi upstream, frame GEM akan dibawa dalam bentuk semacam kontainer (kotak-kotak) yang diistilahkan T-CONT (Transmission Container). T-CONT akan membawa portID dari GEM setiap ONU. Pada saat transmisi upstream bekerja, OLT mengkontrol kanal upstream dengan pengaturan seperti window (jendela) waktu dari masing-masing ONT. Proses model transmisi upstream dapat dilihat pada Gambar 2.9. Pada Gambar 2.9 terlihat bahwa durasi upstream frame GTS sebesar 125 µs dan panjang bit 19440, yang memberikan kecepatan data upstream sebesar 1,24416 Gbps. Setiap frame upstream berisi beberapa pecahan transmisi yang berasal dari satu atau beberapa ONU. Setiap pecahan transmisi upstream memiliki PLOu (Physic Layer Overhead upstream) dimana PLOu pada awalnya memecah link upstream ONU pada lapisan fisik dari link pecahan upstream.
Gambar 2.9 Sistem pengiriman sinyal upstream pada GPON [5].
PLOAMu (Physic Layer operation administration management upstream) bertanggung jawab untuk fungsi-fungsi mengelola seperti memulai, aktivasi ONT dan pemberitahuan. PLSu (Power Leveling Sequence upstream) berisi informasi 19
tentang tingkatan daya laser yang terlihat dengan OLT. DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream) menginformasikan panjang antrian masing-masing T-CONT di ONT. Arsitektur GPON berdasarkan pada TDM, sehingga mendukung layanan T1, E1 dan DS3 (digital signal 3). Tidak seperti sistem multiplexer lainnya, GPON mempunyai layer PMD (Physical Medai Dependent) yang dilengkapi dengan FEC (Forward
Error
Correction).
ONU
mempunyai
kemampuan
untuk
mentransmisikan data di tiga mode power. Pada mode 1, ONT akan mentransmisikan pada kisaran daya output yang normal. Pada mode 2 dan 3 ONT akan mentransmisikan 3-6 dB lebih rendah daripada mode 1 yang memberikan OLT untuk memerintahkannya menurunkan daya apabila OLT mendeteksi sinyal dari ONT terlalu kuat atau sebaliknya, OLT akan memberi perintah ONT untuk menaikkan jika terdeteksi sinyal dari ONT terlalu rendah. Arsitektur GPON dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Arsitektur GPON [5].
20
2.7.2
Konfigurasi GPON Konfigurasi jaringan GPON pada dasarnya dapat dibagi menjadi 3 bagian
[7] : 1. Optical Line Terminal (OLT) OLT menyediakan interface antara sistem PON dengan penyedia layanan (servive provider) data, video dan jaringan telepon. Bagian ini akan membuat link ke sistem operasi penyedia layanan melalui Elemen Managemen System (EMS). Bentuk nyata dari OLT dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Perangkat OLT.
2. Optical Distribution Network (ODN) Konfigurasi jaringan optik atau kadang disebut dengan istilah ODN adalah jaringan optik antara perangkat OLT sampai perangkat ONU/ONT. 21
ODN menyediakan sarana transmisi optik dari OLT terhadap pengguna dan sebaliknya.
Transmisi
ini menggunakan komponen optik pasif. ODN
menyediakan peralatan transmisi optik antara OLT dan ONU. Perangkat Interior pada ODN terdiri dari : 1. Optical Fiber / Kabel Fiber Optik. 2. Splices. 3. Konektor. 4. Splitter. Splices merupakan peralatan yang digunakan untuk menyambungkan satu kabel serat optik dengan yang lainnya secara permanen. Ada dua prinsip sambungan yaitu sambungan fusi dan sambungan mekanik Sambungan fusi menggunakan pancaran listrik untuk mematri dua kabel serat optik secara bersama-sama. Teknik ini memerlukan orang yang ahli dan berpengalaman karena penjajaran kabel serat optik membutuhkan komputer terkontrol untuk mencapai kerugian sesedikit 0,05 dB. Untuk sambungan mekanik, semuanya menggunakan elemen biasa. Teknik ini lebih mudah diterapkan dilapangan dengan kerugian sekitar 0,2 dB. Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat. Dalam operasinya konektor mengelilingi serat kecil sehingga cahayanya terbawa secara bersama-sama tepat pada inti dan segaris dengan sumber cahaya (serat lain). Splitter merupakan komponen pasif yang dapat memisahkan daya optik dari satu input serat kedua atau beberapa output serat. Splitter pada PON dikatakan pasif sebab tidak memerlukan sumber energi eksternal dan optimasi tidak dilakukan 22
terhadap daya yang digunakan terhadap pelanggan yang jaraknya berbeda dari node splitter, sehingga sifatnya idle dan cara kerjanya membagi daya optik sama rata.
3. Optical Network Termination/Unit (ONT/ONU) ONU menyediakan interface antara jaringan optik dengan pelanggan. Sinyal optik yang ditransmisikan melalui ODN diubah oleh ONU menjadi sinyal elektrik yang diperlukan untuk service pelanggan. Pada arsitektur FTTH, ONU diletakkan di sisi dihubungkan
dengan
melalui suatu
Adaptation
pelanggan. Unit
(AU)
ONU yang
menyediakan fungsi penyesuai antara ONU dan sisi pelanggan. Bentuk nyata dari ONT / ONU dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Optical Network Termination/Unit (ONT/ONU)
23
2.7.3 Standar GPON Standar teknologi GPON dapat dilihat pada Tabel 2.2 [8]. Tabel 2.2 Standar Teknologi GPON. Karakteristik
GPON
Standarisasi
ITU-T G.984
Rilis Draft Dokumen
2002
Frame
ATM
Efisiensi Frame
~92%
Bandwidth
Downstream 2,5 Gbps Upstream 1,25 Gbps
Bandwidth per user
2,5 / 32 = 75 Mbps / ONU 2,5 / 64 = 35 Mbps / ONU 2,5 / 128 = 15 Mbps / ONU
Layanan
Data, voice, video
Jarak Maksimum
20 km
Jumlah Percabangan ONU
1 : 32 1 : 64 1 : 128
Keamanan
AES 128 bit
24
