BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

Broadband Wireless Access (BWA) merupakan teknologi wireless dengan layanan data berkecepatan tinggi namun memiliki bandwith terbatas. Standar BWA dikeluarkan oleh Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE). Seperti 802.15 untuk Personal Area Network (PAN), 802.11 untuk jaringan Wireless Fidelity (WiFi) dan 802.16 untuk jaringan WiMAX. Pada jaringan selular, dapat mengalirkan data overlay dengan voice network seperti General Packet Radio System (GPRS), Enhance Data Rate for Global Evolution (EDGE), Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA). Masing - masing mengarah pada kemampuan menyalurkan voice, video, dan data secara (triple play) sekaligus. Dalam mengakselarasi penetrasi BWA untuk mendukung layanan berbasis broadband, perkembangan BWA bermuara pada standar yang menjamin interoperability sistem BWA yang bernama WiMAX.

2.1

Definisi WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan

teknologi akses nirkabel pita lebar (Broadband Wireless Access) dengan kecepatan akses data yang sangat tinggi (seperti teknologi xDSL pada jaringan wireline) dan memiliki jangkauan luas. Kecepatan data WiMAX mencapai 75 Mbps dan dapat diaplikasikan untuk koneksi broadband last mile, backhaul,

8 Universitas Mercu Buana Teknik Elektro

Trianggoro Susetyo 41410110078

maupun high speed enterprise. Teknologi WiMAX bersifat open standar. Banyak kemampuan lebih yang ditawarkan dibanding teknologi sebelumnya, seperti kemampuan diterapkan dalam kondisi Line of Sight (LOS) dan Non Line of Sight (NLOS). Adapun aplikasi WiMAX dapat bersifat fixed, nomadic, portable maupun mobile. Perbedaan antara WiMAX dengan WiFi adalah standar teknis yang bergabung di dalamnya. WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan ETSI (European Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis untuk keperluan WLAN. WiMAX merupakan penggabungan antara standar IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN. 2.1.1

Keunggulan Teknologi WiMAX Berikut adalah keunggulan Teknologi WiMAX yang ditawarkan melalui

beberapa kualitas fitur, antara lain : 1. Lapis fisik berdasarkan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) memungkinkan WiMAX mempunyai ketahanan terhadap multipath dan mampu beroperasi pada kondisi LOS maupun NLOS. 2. WiMAX menawarkan laju data tinggi mencapai 75 Mbps dengan lebar spekturm 20 MHz. 3. Fleksibilitas pengaturan lebar pita dan dukungan terhadap laju data. 4. Modulasi adaptif dan pengkodean memungkinkan optimalisasi throughput pada kanal yang berubah menurut waktu. 5. Mendukung Automatic Retransmission Request (ARQ) pada lapis link.



6. Mendukung Time Division Duplexing (TDD) dan Frequency Division Duplexing (FDD). 7. Memungkinkan pengalokasian kapasitas kanal secara dinamis melalui pemanfaatan Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) untuk meningkatkan kapasitas kanal secara signifikan. 8. Memungkinkan dukungan terhadap mobilitas pelanggan. 9. WiMAX mengadopsi arsitektur berbasis internet protocol (IP). 2.1.2

Perkembangan Teknologi WiMAX WiMAX merupakan standar internasional BWA yang mengacu pada

Institue of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) 802.16. Standar ini dikembangkan oleh forum gabungan dunia yang dikenal dengan WiMAX Forum. Secara sederhana perkembangan standar 802.16 adalah, sebagai berikut : 802.16 Standar yang dirilis tahun 2001, menggunakan frekuensi 10 – 66 GHz. Aplikasi yang mampu didukung sebatas kondisi Line of Sight (LOS). 802.16a Standar yang difinalisasi Januari 2003 menggunakan frekuensi 2 – 11 GHz, digunakan untuk lingkungan Non Line of Sight. Terdapat 3 spesifikasi physical layer pada 802.16a, yaitu : -

Wireless MAN – SC : format modulasi single carrier.

-

Wireless MAN – OFDM : menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan 256 point Fast Fourier Transform (FFT). Modulasi bersifat mandatory non licensed band.



-

Wireless MAN – OFDMA : menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) dengan 2048 point FFT.

802.16b Menggunakan frekuensi 5 – 6 GHz dan menyediakan aspek kualitas layanan yang lebih baik dari 802.16a. 802.16c Amandemen 802.16, menggunakan frekuensi 10 - 66 GHz. Menyediakan operasi yang lebih detail dalam jangkauan demi meningkatkan interoperability ditingkat yang lebih besar. 802.16d (802.16 – 2004) Standar ini lebih popular dengan nama Fixed WiMAX. Berbasis 802.16 dan 802.16a dengan perbaikan yang difinalisasi 24 Juni 2004. Menggunakan frekuensi 2 - 11 GHz. Amandemen terdiri dari perbaikan 802.16a yang termasuk penggunaan 256 carrier OFDM. Standar tersebut selaras dengan ETSI HiperMAN yang memungkinkan penyebaran global. Standar ini ditujukan untuk fixed operation. Terdapat dua opsi dalam tranmisi pada 802.16d yaitu Time Division Duplex (TDD) maupun Frequency Division Duplex (FDD). 802.16e (802.16 – 2005) Standar ini difinalisasi akhir 2005, memenuhi kapabilitas aplikasi portability dan mobility. Berbeda dengan standar sebelumnya, maka antara 802.16d dan 802.16e tidak bisa dilakukan interoperability, diperlukan hardware tambahan bila akan mengoperasikan 802.16e.



802.16f Standar ini digunakan sebagai manajemen informasi. 802.16g Standar ini digunakan sebagai manajemen prosedur dan jasa. 802.16h Standar ini digunakan sebagai mekanisme lisensi – exempt operation 802.16j Standar ini digunakan sebagai multi hop relay 802.16k Menjembatani standarisasi 802.16 802.16m Amandemen ini dijadikan sebagai antisipasi teknologi masa depan untuk penyediaan data 100 Mbps aplikasi mobile dan 1 Gbps aplikasi fixed. Di Indonesia, izin prinsip penyelenggaraan jaringan WiMAX diberikan melalui proses lelang yang diselenggarakan oleh Direktorat Jenderal Pos dan Telekomunikasi Kementerian Komunikasi dan Informatika yang diumumkan pada 16 Juli 2009. Adapun hasil lelang tersebut adalah sebagai berikut :



Tabel 2.1 Provider WiMAX di Indonesia

2.2

Teknologi WiMAX RedMAX Teknologi WiMAX RedMAX dikembangkan oleh WiMAX Forum

Certified dan merupakan perkembangan dari teknologi Fixed WiMAX (802.16d 2004) sehingga memungkinkan aplikasi secara fixed dan nomadic operation. Secara teori wilayah cakupan mencapai 50 KM, dengan throughput maksimal 75 Mbps. Namun praktiknya cakupan maksimum WiMAX RedMAX hanya mencapai 20 KM dengan throughput data maksimal 9 Mbps menggunakan User Datagram Protocol (UDP) dan 5 Mbps menggunakan File Transfer Protocol (FTP) melalui Transmission Control Protocol (TCP). WiMAX RedMAX mampu beroperasi pada kondisi LOS (Line of Sight) maupun NLOS (Non Line of Sight). Propagasi dapat dikatakan LOS (Line Of Sight) jika antara transmitter dan receiver bisa saling melihat satu sama lain.



Gambar 2.1 Kondisi LOS (Line of Sight) Dikatakan NLOS (NON Line Of Sight) jika kedua sisi tidak mempunyai area pandang bersih tetapi sinyal radio sampai ke penerima lewat media pantul.

Gambar 2.2 Kondisi N-LOS (Non Line Of Sight) WiMAX RedMAX menggunakan frekuensi 2 - 11 GHz dengan frekuensi (2.3, 3.5, 5.8) GHz dan lebar spektrum 15 – 30 MHz dan 256 FFT (Fast Fourier Transform). WiMAX RedMAX menggunakan sistem Modulasi Adaptif teknologi OFDM yang memungkinkan pengaturan pola sinyal mudulasi berdasarkan kondisi kanal. Modulasi 16 QAM ¾ dan modulasi 64 QAM adalah dua jenis modulasi yang dipergunakan. WiMAX RedMAX memiliki dua jenis antena yang digunakan disisi Subscriber Site yaitu Sibscriber Unit Indoor dan Sibscriber Unit Outdoor.



2.2.1

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik

transmisi yang mumpuni. Skema transmisi OFDM dikenal dengan multicarrier modulation. Modulasi multicarrier adalah membagi laju data yang tinggi ke dalam beberapa aliran paralel laju data rendah dan memodulasi setiap aliran paralel dengan carriers berbeda. Frekuensi subcarriers tegak lurus antara satu dengan lainnya sehingga secara teoritis mengeliminasi inteferensi antar kanal. Teknik ini diharapkan dapat mengatasi masalah multipath dan delay spread yang menjadi kendala komunikasi nirkabel.

Gambar 2.3 Modulasi OFDM 2.2.2

Elemen Perangkat WiMAX RedMAX Elemen perangkat WiMAX secara umum terdiri dari dua bagian yaitu

perangkat pada BS (Base Station) yaitu perangkat yang terdapat pada Central Provider dan SS (Subcriber Site) yaitu perangkat yang berada di sisi Customer atau pelanggan. 1. BS (Base Station) Komponen pada base station dibagi menjadi dua bagian yaitu Indoor Unit (IDU) dan Outdoor Unit (ODU). IDU pada base Station adalah modem sedangkan ODU terdiri dari antenna, antenna bracket sebagai tempat



antara antenna dengan tiang penyangga, IF Cable yaitu kabel penghubung transceiver ke modem, RF Cable yaitu kabel yang menghubungkan antena ke transceiver dan lightning arrestor dimana perangkat ini bersifat optional sebagai pelindung perangkat jika ada tegangan tinggi.

Gambar 2.4 Outdoor Unit

Gambar 2.5 Indoor Unit 2. SS (Subscriber Site) Komponen Subscriber Site, seperti halnya pada Base Station juga dibagi menjadi dua bagian yaitu Outdoor Equepment yang terdiri dari RedMAX Subcriber Unit

(SU-O) yang berfungsi sebagai antena dan Indoor

Equepment yaitu PoE (Power Module) sebagai modem.

Gambar 2.6 Antena Subscriber Site



Gambar 2.7 Power Module 2.2.3

Aliran Trafik WiMAX RedMAX Pada sistem WiMAX RedMAX, selain Base Station (BS) dan Subscriber

Station (SS) juga terdapat server di belakang BS seperti Telecommunication Network Management System (TNMS) serta koneksi ke jaringan. Konfigurasi WiMAX dibagi menjadi 3 bagian yaitu SS, BS dan transport site. SS terletak di lingkungan pelanggan. WiMAX RedMAX bersifat fixed dan nomadic, sedangkan BS satu lokasi dengan jaringan operator (PSTN/Internet). Base Station (BS) merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu lokasi (colocated) dengan jaringan internet protocol. BS disambungkan ke beberapa SS yang berupa Customer Premise Equipment (CPE) dengan media interface gelombang radio (RF) yang mengikuti standar WiMAX RedMAX. Antena yang dipakai di BS berupa antenna sektoral 60o, 90o, atau 120o tergantung area yang dilayani. Remote Stations atau CPE terdiri dari Outdor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), dimana perangkat radio ada yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena. Aspek keamanan merupakan aspek yang sangat penting. Sistem pengamanan data WiMAX RedMAX dilakukan pada physical layer (PHY) dan data link layer Medium Access Control (MAC) dalam suatu arsitektur jaringan, tepatnya pada Base Station (BS) untuk didistribusikan ke wilayah sekelilingnya



dan Subscriber Station (SS), untuk komunikasi Point to Point (P2P). BS dihubungkan langsung dengan jaringan umum (public network). Aliran trafik pada WiMAX RedMAX terdiri atas tiga bagian, yaitu: 1. Pelanggan mengirimkan data dengan kecepatan hingga 75 Mbps dari SS ke BS. 2. BS menerima sinyal dari berbagai pelanggan dan mengirimkan pesan melalui wireless atau kabel ke switching center melalui protokol IEEE 802.16. 3. Switching center mengirimkan pesan ke internet service provider (ISP) atau public switched telephone network (PSTN).

Gambar 2.8 Aliran Trafik WiMAX RedMAX Teknologi yang digunakan untuk komunikasi antara SS dan BS adalah teknologi OFDM. Untuk menjamin kerahasiaan data pada pengguna, maka pengiriman atau penerimaan data dari SS dan BS dienkripsi menggunakan X.509 yang disertifikasi oleh RSA. Ancaman yang umum pada pengguna menggunakan teknologi WiMAX RedMAX adalah :



Pencurian sinyal atau layanan Pencurian data user Cloning Pada WiMAX RedMAX digunakan metode meningkatkan keamanan berupa otentikasi, otorisasi dan enkripsi. Otentikasi yang digunakan SS adalah X.509 dengan RSA Public Key Cryptograpy Standard (PKCS). Otentikasi dan otorisasi SS menggunakan X.509 dengan kunci publik digunakan untuk mengidentifikasi informasi, misalnya UserID, SS name dan lain sebagainya. Informasi ini terus diidentifikasi selama komunikasi antara SS dan BS berlangsung. Enkripsi dalam standar WiMAX RedMAX adalah 56-bit DES pada mode cyclic block chaining (CBC), di mana kesalahan yang terjadi pada cyphertext tidak dipropagasikan ke plaintext dengan menerapkan algoritma multiple encryption. 2.2.4

Otentikasi dan Registrasi Subscriber Station (SS) Setiap SS memiliki dua sertifikasi yaitu X.509 dan sertifikasi perusahaan.

Sertifikasi yang menghubungkan antara 48-bit MAC SS dan dan kunci RSA dikirimkan dari BS ke SS dalam bentuk Authorization Request (AR) dan Authentication Information (AI). Setelah berhasil proses otentikasi dan otorisasi maka SS tercatat dalam jaringan dan subscriber akan menerima sebuah IP address dari server DHCP dan dapat mengakses WiMAX RedMAX.



2.2.5

Struktur Layer Karakteristik WiMAX RedMAX ditentukan oleh spesifikasi teknis

Physical (PHY) Layer dan Medium Access Control (MAC) Layer. Perbedaan karakteristik kedua layer ini membedakan variannya. Pada Gambar 2.9 ditunjukkan standar PHY dan MAC. Sedangkan Telecommunication Network Management System (NMS) dan Management Plane berbeda mengikuti strategi rancangan dari setiap vendor.

Gambar 2.9 Layer PHY dan MAC WiMAX RedMAX Physical layer menjalankan fungsi mengalirkan data di level fisik. MAC Layer berfungsi sebagai penterjemah protokol di atasnya seperti ATM dan IP. MAC layer dibagi menjadi tiga sub-layer : Service-Specific Convergence Sublayer (SS-CS), MAC Common Part Sublayer, dan Security Sublayer.



2.2.5.1 PHY Layer Pada WiMAX RedMAX, fungsi penting pada PHY adalah: OFDM, Duplex Sistem, Adaptive Modulation, Variable Error Correction, dan Adaptive Antenna System

(AAS). Teknologi

OFDM

memungkinkan komunikasi

berlangsung dalam kondisi multipath LOS dan NLOS antara Base Station (BS) dan Subscriber Station (SS). Metode OFDM yang digunakan adalah Fast Fourier Transfer (FFT) 256. Fitur PHY sistem duplex pada standar WiMAX bisa diterapkan Frequency Division Duplexing (FDD), Time Division Duplexing (TDD) atau keduanya TDD dan FDD. Fitur ini memberikan kemudahan pengaturan spektrum frekuensi yang digunakan operator agar didapatkan efisiensi spektrum optimal. Hal ini juga sejalan dengan penggunaan kanal (kanalisasi) yang diperkenankan, yaitu dari 1.5 MHz sampai dengan 30 MHz. Varian PHY yang diadopsi dari WiMAX RedMAX adalah Wireless MAN-OFDM dan Wireless MAN-OFDMA untuk licensed frequency serta Wireless

HUMAN

untuk

frekuensi

Unlicensed

National

Information

Infrastructure (UNII) dan frekuensi unlicensed lainnya. 2.2.5.2 MAC Layer MAC protokol didesain untuk aplikasi Point to Multi Point (PMP). Berbeda dengan WiFi, mekanisme pengalokasian dipersiapkan untuk menangani ratusan terminal per kanal dan setiap terminal memungkinkan untuk penggunaan bersama dengan beberapa pengguna akhir. Pada MAC Layer digunakan dua jalur data berkecepatan data tinggi untuk komunikasi dua arah antara BS dan SS, masing - masing disebut dengan Up Link (UL) untuk komunikasi menuju ke BS, dan Down Link (DL) untuk komunikasi dari BS. Secara umum DL ditransmisikan 21 Universitas Mercu Buana Teknik Elektro


secara broadcast dari BS dan semua SS menerima sinyal DL tersebut tanpa koordinasi langsung antar SS yang ada. Pada penggunaan sistem TDD, ditentukan periode transmit untuk DL dan UL. MAC Layer mempunyai karakteristik connection-oriented dan setiap sambungan diidentifikasi oleh 16-bit Connection Identifiers (CID). CID digunakan untuk mernbedakan kanal UL dan lainnya. Setiap SS memiliki MAC Address dengan lebar 48 bit. Dalam mekanisme sambungan SS dan BS, terdapat tiga jenis koneksi manajemen untuk setiap arah, masing - masing memerlukan tingkat penanganan QoS berbeda. Ketiga sambungan tersebut adalah : •

Basic Connection, menjalankan transfer relatif singkat, melibatkan Radio Link Contol (RLC), dan kritis terhadap waktu

•

Primary Management Connection, menjalankan transfer relatif lama, lebih toleran terhadap delay, untuk proses otentikasi dan connection setup.

•

Transport Connection, digunakan untuk pengaturan layanan, QoS dan parameter trafik.

2.2.6 Sublayer Privasi Sublayer privasi menyediakan sistem pengamanan data dengan enkripsi diantara BS dan SS. BS memproteksi pengaksesan data dengan cara enkripsi pada seluruh jaringan. Sublayer privasi dibedakan menjadi dua protokol, yaitu: a. Protokol enkapsulasi yang akan bertanggung jawab terhadap data yang melewati jaringan BWA. b. Protokol Key management (Privacy Key Management (PKM) yang menyediakan keamanan distribusi antara BS dan SS.



2.3

Quality of Service (QoS) QoS atau kualitas layanan merupakan kemampuan menjamin pengiriman

arus data penting atau kumpulan berbagai kriteria performansi yang menentukan tingkat kepuasan penggunaan suatu layanan. Tujuan utama adalah meningkatkan kegunaan keseluruhan jaringan dengan mengizinkan ke nilai yang tertinggi atau yang memiliki tingkat sensitifitas tinggi pada flow. Pada WiMAX RedMAX, fungsi pengaturan QoS dijalankan oleh Medium Access Control (MAC). QoS menggunakan arsitektur MAC connection-oriented. Dimana semua koneksi downlink dan uplink dikendalikan oleh Base Station (BS). Sebelum transmisi data dilangsungkan, BS dan SS membentuk link logical satu arah untuk koneksi antara MAC-layer. Setiap koneksi diidentifikasikan dengan sebuah connection identifier (CID), yang menjadi alamat sementara untuk transmisi data pada link tertentu. WiMAX RedMAX terdapat konsep service flow. Service flow adalah aliran satu arah dimana paket memiliki susunan parameter QoS tertentu, dan diidentifikasikan dengan sebuah service flow identifier (SFID). Parameter QoS terdiri prioritas trafik, sustained traffic rate maksimum, burst rate maksimum, tolerable rate minimum, tipe scheduling, tipe ARQ, delay maksimum, jitter, service data unit type dan ukuran, mekanisme bandwidth, dan seterusnya. Service flow ditentukan melalui sistem manajemen jaringan yang dibuat dinamis dengan mendefinisikan mekanisme pensinyalan standar. Base station bertanggung jawab menerbitkan SFID dan memetakannya ke CID. Service flow dipetakan ke titik kode Differentiated Services (DiffServ) atau label aliran Multi Protocol Label Swiching (MPLS) untuk mengizinkan QoS berbasis end-to-end.



Untuk mendukung berbagai aplikasi, WiMAX RedMAX mendefinisikan lima layanan penjadwalan yang dapat dilihat pada Tabel 2.2, layanan penjadwalan harus didukung oleh penjadwal MAC base station untuk memindahkan data melalui koneksi, yaitu : 1. Unsolicited Grant Service (UGS) UGS digunakan untuk layanan yang membutuhkan jaminan transfer data dengan prioritas utama. Layanan dengan kriteria UGS ini memiliki karakteristik : -

Seperti layanan Constant Bit Rate (CBR) pada Asynchronous Transfer Mode (ATM), dapat memberikan transfer data periodik dalam ukuran yang sama (burst).

-

Untuk layanan yang membutuhkan jaminan real-time.

-

Efektif untuk layanan yang sensitif terhadap throughput, latency dan jitter seperti pada Time Division Multiplexing (TDM).

-

Bandwidth maksimum dan minimum yang ditawarkan sama.

2. Real Time Polling Service (rtPS) -

Efektif untuk layanan sensitif terhadap throughput dan latency namun dengan toleransi yang lebih longgar dibandingkan dengan UGS.

-

Untuk ukuran paket data yang berubah secara periodik.

-

Garansi rate dan syarat delay telah ditentukan.

3. Non-Real-Time Polling Service (nrtPS) -

Efektif untuk aplikasi yang membutuhkan throughput intensif dengan garansi minimal pada latency.

-

Layanan non real-time dengan regular variable size burst.



-

Layanan mungkin diperluas sampai full bandwidth namun dibatasi kecepatan maksimum yang ditentukan.

-

Garansi rate diperlukan namun delay tidak digaransi.

4. Best Effort (BE) -

Untuk trafik yang tidak membutuhkan jaminan kecepatan data (best effort).

-

Tidak ada jaminan (requirement) pada rate atau delay-nya. Tabel 2.2 QoS pada WiMAX RedMAX

WiMAX

mendefinisikan

beberapa

parameter

dan

fitur

yang

memfasilitasi implementasi untuk sebuah penjadwal efektif, diantaranya : •

Mendukung definisi detail parameter untuk kebutuhan QoS dan berbagai mekanisme kondisi trafik sinyal efektif, serta kebutuhan QoS detail uplink.

•

Dukungan alokasi sumber daya dinamis tiga dimensi MAC layer. Sumber daya dialokasikan dalam waktu (time slots), frekuensi (subcarriers) dan ruang (beberapa antena) pada basis frame-by-frame.



•

Mendukung feedback cepat dari informasi kualitas kanal untuk memungkinkan scheduler memilih coding yang tepat serta modulasi (burst profile) setiap alokasi.

•

Dukungan permutasi subcarrier berkelanjutan, mengizinkan penjadwal eksploitasi keragaman multiuser dengan mengalokasikan setiap subscriber pada subchannel terkuat yang berhubungan. Hal yang harus diperhatikan bahwa implementasi sebuah penjadwal yang

efektif merupakan hal yang penting untuk keseluruhan kapasitas dan kinerja sistem WiMAX.

2.4

Video Streaming Streaming adalah proses pengiriman data secara terus-menerus yang

dilakukan secara broadcast melalui jaringan internet untuk ditampilkan oleh aplikasi streaming pada perangkat klien. Paket data yang dikirimkan dikompresi untuk memudahkan pengiriman. Adapun tipe streaming, yaitu : •

Live streaming Media yang di-playback, di-capture secara langsung (live) dari kamera atau dari stasiun radio online. Live Streaming biasanya digunakan pada tipe video yang diliput merupakan liputan langsung.

•

Real-time streaming Media playback yang diambil dari file video/audio tersimpan di server (ondemand). Pada beberapa server memungkinkan rewind, fastforward media. Real-Time Streaming biasanya digunakan mempertimbangkan manajemen bandwidth serta perlindungan hak cipta.



Gambar 2.10 Struktur Video Streaming Pada penelitian ini, streaming yang digunakan termasuk dalam Real-time Streaming, karena memungkinkan melakukan rewind. Video Streaming menggunakan protokol sebagai berikut: 1. Protokol Utama •

User Datagram Protocol (UDP), merupakan solusi mudah dan efisien namun menimbulkan banyak data loss.

•

Transmission Control Protocol (TCP), menjamin penyampaian tepat namun terjadi timeout sehingga klien membutuhkan buffer cukup.

2. Protokol Transport •

Real-Time

Streaming

Protocol

(RTSP),

mengizinkan

klien

mengendalikan streaming media server secara remote, mengeluarkan perintah VCR-like seperti “play” dan “pause” dan mengizinkan akses file berbasis waktu pada server. •

Real-Time Transport Protocol (RTP), mendefinisikan standarisasi format paket penyampaian audio dan video di internet.



•

Real-time Transport Control Protokol (RTCP), merupakan protokol pengendalian paket data pada RTP yang berguna menjamin QoS video streaming. RTCP digunakan secara periodik untuk mentransmisikan control packet pengemasan pada sesi video streaming.

Kualitas audio/video diterima tergantung bandwidth klien. Jika bitrate download klien berbeda jauh dengan bitrate playback maka media tidak tampil. Streaming disarankan untuk digunakan pada siaran di web, video yang durasinya panjang, dan tv/radio online yang siaran 24 jam.

2.5

H.264 H.264 (MPEG-4 Part 10) atau dikenal dengan Advance Video Coding

(AVC) merupakan codec video digital yang memiliki keunggulan rasio kompresi tinggi dengan memanfaatkan metoda blok transformasi adaptif efektif. H.264 dikembangkan ITU-T Video Coding Expert Group (VCEG) bersama dengan ISO/IEC Moving Picture Expert Group (MPEG), yang dinamakan Joint Video Team (JVC). Tujuan H.264/AVC untuk membuat standar video digital yang dapat menghasilkan kualitas video yang baik pada bitrate lebih kecil dibandingkan dengan standar video digital (MPEG-2, H.263, maupun MPEG-4 Part 2) tanpa melakukan perubahan kompleks, dan dapat diimplementasikan dengan biaya murah. Tujuan lain dari H.264 adalah dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti video broadcast, DVB strorage, RTP/IP packet networks, dan ITU-T multimedia telephony systems.



2.5.1

Struktur video Sebuah film hanyalah sebuah deretan gambar yang disebut frame. Standar

TV PAL dapat mengirimkan 25 frame per detik. Encoder H.264 menggabungkan deretan frame dalam sebuah deretan terpisah terlebih dahulu yang disebut Group of Pictures (GOP). Sebuah GOP terdiri dari 12 sampai 15 frame. Encoder H.264 membagi setiap frame dalam macroblock menjadi 16x16 pixel. Dari macroblock, encoder

menentukan

nilai

pencahayaan

(luminance)

dan

nilai

warna

(chromaticity), serta mendefinisikannya ke dalam blok kecil yang berbeda. H.264 menggunakan 5 tipe ukuran, yaitu potongan tipe Intra-frame (I-frame), Predictedframe (P-frame) dan Biderectional-frame (B-frame), yang disebut I, P, dan B. Dua tipe lainnya yaitu, Switching P (SP) dan Switching I (SI), jarang diproses dan berfungsi mengolah video dengan bitrate variabel secara efisien. 2.5.2

Proses Encoding H.264 WiMAX RedMAX Proses encoding berdasarkan lingkup warna, encoder memproses frame

melalui dua cara, seperti pada Gambar 2.7. Proses intracode (merah), hanya posisi tengah brightness dan informasi warna yang dikompresi. Sedangkan proses intercode (biru), encoder menganalisa bagian dari sebuah frame yang mengalami perubahan. Informasi ini digambarkan dalam bentuk sebuah dynamic vector.

Gambar 2.11 Proses Encoding H.264 29 Universitas Mercu Buana Teknik Elektro


Metode intracoding, gambar pertama (I-frame) dalam GOP selalu diintracode. Artinya, encoder menggunakan informasi yang ada dalam gambar untuk proses encoding. Dilakukan melalui Separated Integer-Transformation. Dimana, informasi gambar diinfersikan menjadi frekuensi dan dioptimalkan menjadi blok berukuran 4x4 pixel sehingga kualitas bertambah. Saat proses quantizing, frekuensi dibulatkan pada seluruh angka sehingga jangkauan frekuensi tinggi akan banyak nilai terhapus. Nilai yang telah ditentukan ini akhirnya dikompresi tanpa kehilangan data, melalui metode Entrophy Encoding. Metode interceding, H.264 dapat melakukan lebih banyak dengan dynamic vector. Semakin banyak informasi gambar direkam encoder mengenai dynamic vector, semakin tinggi kompresi data video. Encoder H.264 tidak hanya mengkontruksi dynamic vector dari frame sebelumnya atau setelahnya, melainkan dari sejumlah frame yang dipilih, baik di dalam maupun dibelakangnya. H.264 dapat menentukan dynamic vector dari B-frame. Hasilnya, kompresi menghemat ruang, karena semua tipe frame dijadikan gambar referensi dynamic vector. Proses terakhir adalah entrophy coding, yang mengkompresi data hasil intracoding, dan intercoding sebelumnya tanpa ada data hilang. Prosesnya seperti kompresi ZIP sebuah file. Untuk itu, H.264 melakukan dua metode, yaitu Context Adaptive Variable Length Coding (CAVLC) sehingga encoder menghasilkan lebih banyak code table dan kemudian dipilih berdasarkan data analyze. Hasilnya, kompresi menjadi optimal. Metode lain adalah Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) yang lebih kuat. Tidak ada Tabel dihasilkan seperti pada CAVLC. CABAC sudah merupakan Tabel itu sendiri sehingga lebih baik dibandingkan dengan CAVCL, CABAC bekerja lebih efisien 10 - 15 persen.



2.6

TNMS Telecommunication Network Management System (TNMS) merupakan

aplikasi yang disediakan oleh penyedia perangkat (vendor). Pada umumnya aplikasi ini terintegrasi disisi hardware dan hanya dapat digunakan pada suatu perangkat tertentu. Aplikasi TNMS digunakan sebagai media daily operation & maintenance. Fungsi dari TNMS pun beragam tergantung dari spesifikasi hardware dan capability software yang dibuat. Pada penelitian ini, penulis menggunakan TNMS Evaluation Video untuk memperoleh data – data pengukuran WiMAX RedMAX maupun Video Streaming sebagaimana sesuai dengan kondisi sebenarnya dilapangan (real). Evaluation video merupakan framework TNMS untuk mengevaluasi kualitas video yang ditransmisikan melalui jaringan komunikasi nyata. Evaluation Video digunakan untuk keperluan audit sistem demi menjaga QoS kinerja WiMAX RedMAX. Selain itu, Evaluation Video berfungsi sebagai media dalam melakukan evaluasi pengembangan jaringan atau aplikasi lainnya dari layanan WiMAX RedMAX. Pengukuran parameter QoS pada jaringan, meliputi : loss rate, delay, dan jitter. Evaluation video mendukung evaluasi kualitas video subyektif dari video yang diterima berdasarkan perhitungan PSNR frame-byframe. Evaluation Video menggunakan struktur modular, sehingga memudahkan pengguna dalam mengganti codec dan pertukaran jaringan. Struktur framework Evaluation video diilustrasikan interaksi antara arus data dan tool yang diimplementasikan. Framework berisi transmisi lengkap dari video digital mulai dari source video, reordering pada source, encoding, paketisasi, transmisi jaringan, reduksi jitter oleh buffer play-out, decoding, hingga tampilan video



diterima end-user. Data yang diproses pada arus transmisi ditandai dan disimpan pada file yang beranekaragam, kemudian file digunakan untuk memperoleh hasil yang diinginkan, seperti loss rate, jitter, dan kualitas video.

Gambar 2.12 Struktur framework TNMS Evaluation Video Komponen utama framework TNMS Evaluation Video terdiri dari : • Source Sumber video adalah raw video berformat YUV QCIF (176 x 144) atau YUV CIF (352 x 288). • Video Encoder dan Video Decoder Evaluation Video mendukung dua macam codec MPEG4 yaitu National Chiao Twig University (NCTU) codec, ffmeg, Xvid dan H.264. • Video Sender (VS) Komponen VS membaca file video yang dikompresi dari output video encoder, memfragmentasi frame video besar menjadi segmen kecil, dan mengirimkan segmen via paket UDP pada real network. Pada paket UDP yang ditransmisikan, framework merekam timestamp, packet ID, dan



packet payload size file trace pengirim dengan bantuan third-party tool. Untuk real-network digunakan tcp-dump, sedangkan untuk simulasi jaringan digunakan TNMS Testbed, Qualnet, atau OPNet. Komponen VS men-generate file trace video berisi informasi setiap frame pada file video real. File trace video dan file trace pengirim yang digunakan untuk evaluasi kualitas video. • Evaluate Trace (ET) Evaluasi berlangsung disisi pengirim ketika transmisi video berakhir. Berdasarkan file video asli yang di-encode, file trace video, file trace pengirim dan file trace penerima, komponen ET membuat laporan packet / frame loss dan frame / packet jitter serta mengenerate rekontruksi file video yang berkaitan dengan kemungkinan video corrupt disisi penerima yang direproduksi pada end-user. • Fix Video (FV) Pengujian kualitas video digital dilakukan frame demi frame. Oleh karena itu, jumlah frame video disisi penerima termasuk frame erroneous harus sama dengan video asli disisi pengirim. Jika codec tidak dapat menangani frame hilang, komponen FV digunakan untuk memecahkan masalah dengan memasukkan frame decode di tiap frame yang hilang. • Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) PSNR merupakan metrik obyektif yang banyak digunakan untuk menguji QoS pada level aplikasi dari transmisi video.



• Mean Opinion Score (MOS) MOS adalah metrik subyektif untuk mengukur kualitas video digital pada level aplikasi. Pada Gambar 2.12, VS, RT, FV, PSNR dan MOS merupakan fitur pada framework. Adapun data yang dibutuhkan untuk implementasi pengukuran menggunakan TNMS antara lain : 1.

Dari sisi pengirim Raw uncompressed video, Encoded video, Time-stamp dan tipe dari tiap paket yang dikirimkan

2.

Dari sisi penerima Time–stamp dan tipe dari tiap paket yang diterima, Reassembled encoded video dan Raw uncompressed video display. Untuk menggunakan tool TNMS yang dibutuhkan hanyalah file trace, file

video asli dan decoder. Kemudian konteks jaringan TNMS hanyalah “blackbox” yang meng-generate delay, loss dan reordering paket. Jaringan tersebut berupa real link seperti Ethernet atau Wireless Local Area Network (WLAN) maupun simulasi atau emulasi dari jaringan. Karena hanya interaksi dari TNMS dan jaringan yang direpresentasikan oleh dua file trace (pengirim dan penerima), isi network box dengan mudah digantikan, hal ini membuat TNMS sangat fleksibel. Demikian halnya dengan codec video yang dengan mudah digantikan.



2.7

Parameter Kinerja Untuk mengukur kualitas performa layanan video streaming, dibutuhkan

parameter QoS dan parameter kualitas video. Parameter tersebut antara lain frame loss, delay, dan jitter serta PSNR dan MOS untuk parameter kualitas video. 2.7.1

Frame Loss Sebuah frame video relatif berukuran besar. Tidak hanya pada kasus video

VBR, tetapi CBR. I-frame biasanya dianggap lebih besar dari target (short time average) CBR bahkan pada video CBR. Sangatlah memungkinkan seluruh frame lebih besar dibandingkan maximum transfer unit (MTU) pada jaringan. Ini adalah ukuran paket maksimum yang didukung jaringan (seperti Ethernet = 1500 dan 802.11b WLAN = 2312 bytes). Frame harus disegmentasi pada paket lebih kecil yang cocok pada jaringan MTU. Kemungkinan segmentasi frame menimbulkan masalah perhitungan dari frame loss. Pada dasarnya frame loss rate diperoleh dari packet lose rate. Tetapi tergantung kapabilitas dari kegunaan decoder video aktual, karena beberapa decoder memproses frame walaupun beberapa bagian hilang. Lebih lanjut, frame di-decode tergantung dimana paket hilang. Jika paket pertama hilang, frame tidak bisa di-decode. Kemudian, kapabilitas decode dipertmbangkan dengan tujuan menghitung frame loss rate. 2.7.2

Delay dan Jitter Delay merupakan waktu tunda yang disebabkan proses transmisi dari satu

titik ke titik lain yang menjadi tujuannya. Sedangkan jitter merupakan variasi kedatangan paket akibat lintasan tempuh data berbeda dilihat dari sisi penerima. Hal ini dikarenakan adanya error dalam proses sinkronisasi pada jitter buffer. Ukuran delay penerimaan paket melambangkan smoothness dari audio / video 35 Universitas Mercu Buana Teknik Elektro


playback. Pada sistem transmisi video tidak hanya loss yang penting untuk kualitas video, tetapi juga delay frame dan delay variation (frame jitter). Video digital terdiri dari frame yang ditampilkan pada constant rate. Menampilkan frame sebelum atau setelah waktu didefinisikan menghasilkan “jerkiness” dinamakan play-out buffer. Buffer bertujuan menyerap jitter yang ditimbulkan delay. Hal ini jelas play-out buffer besar dapat mengkompresi sejumlah jitter. Pada kasus ekstrim, buffer dapat sebesar seluruh video, dan melakukan awalan tidak setelah frame terakhir diterima. Hal ini mengeliminasi beberapa kemungkinan jitter pada delay tambahan dari seluruh waktu transmisi. Hal ekstrim lain yaitu kapabilitas buffer dalam memegang 1 frame dengan tepat. Pada kasus ini tidak ada jitter yang dieliminasi tetapi tidak ada delay tambahan ditimbulkan. Metode untuk optimisasi play-out buffer berkenaan dengan particular trade-off. Metode ini tidak didalam cakupan framework yang dijelaskan. Ukuran play-out buffer hanya sebuah parameter proses evaluasi. Hal ini terbatas pada framework play-out buffer static. Bagaimanapun, karena strategi integrasi playout buffer pada proses evaluasi, loss tambahan dikarenakan play-out buffer dapat dipertimbangkan. Definisi formal jitter dapat dilihat pada Persamaan berikut. Ini adalah variasi dari waktu inter-packet atau inter-frame. ”Frame time” ditentukan oleh waktu segmen terakhir dari frame yang telah tersegmentasi diterima. 2.7.3

Throughput Yaitu kecepatan rata - rata data yang diterima suatu node dalam waktu

pengamatan tertentu. Throughput merupakan bandwidth aktual saat koneksi berlangsung yang dinyatakan dalam byte. Aspek utama throughput berkisar pada ketersediaan bandwidth untuk aplikasi. Faktor yang mempengaruhi throughput :



Jumlah subcarrier yang digunakan setiap frame (OFDM) Tipe modulasi, terdapat 12 coding rate per modulation rate yang menghasilkan 8 level modulasi berbeda. Download / Upload duration ratio 2.7.4

Peak Signal to Noise Ratio PSNR merupakan metode turunan dari signal to noise ratio (SNR) yang

membandingkan sinyal energi dengan error energi. PSNR merupakan dasar quality metric yang digunakan framework untuk menguji hasil dari kualitas video. PSNR frame by frame membuat ketidaknyamanan saat diaplikasikan pada video dengan ribuan frame. PSNR dipengaruhi oleh performansi kinerja suatu sistem yang terdiri dari : Kalkulasi link budged adalah penghitungan besarnya level daya pada receiver (Received Signal Level) dan untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya threshold (RSL ≥ RxSensitivity). Tujuannya untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna mencapai PSNR yang diinginkan di receiver. Selain itu, untuk menentukan berapa banyak power yang dibutuhkan untuk mengirimkan sinyal agar dapat di mengerti oleh penerima sinyal. Kalkulasi link budged dilakukan dari base station (BS) ke subcriber site (SS) RSL (Received Signal Level) adalah level sinyal yang diterima di penerima dan nilai harus lebih besar dari sensitivitas perangkat penerima (RSL ≥ Rth). Tujuannya untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna mencapai PSNR yang diinginkan di receiver. Sensitivitas perangkat penerima merupakan kepekaan suatu perangkat pada sisi penerima yang 37 Universitas Mercu Buana Teknik Elektro


dijadikan ukuran threshold. EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) merupakan daya maksimum gelombang sinyal mikro yang keluar dari transmitter antena. Perhitungan EIRP dapat dihitung dengan cara menjumlahkan daya pancar dari transmitter antena dengan gain antena lalu dikurangkan dengan atau rugi rugi pemancar. Free Space Loss (FSL) yaitu penurunan daya gelombang radio selama merambat di ruang bebas. Redaman ini dipengaruhi oleh besar frekuensi dan jarak antara titik pengirim dan penerima. FSL dikatakan sebagai rugi rugi ruang hampa. 2.7.5 Mean Opinion Score PSNR dari tiap frame tunggal dipetakan dalam skala MOS. MOS merupakan human impression dari kualitas video, dimana diberikan pada skala 5 ke 1. Skala 5 menunjuk pada kualitas terbaik, sedangkan skala 1 untuk kualitas terburuk. Metode ini memiliki keuntungan memperlihatkan jelas distorsi yang disebabkan network at a glance.



BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents