33
BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN MODEL QOS WIMAX DENGAN OPNET
Pada bab 3 ini penulis ingin memfokuskan pada system evaluasi kinerja mekanisme QoS dan skema AMC pada kinerja jaringanWimax, semakin kuat dan cepat.Dan akan membahas kelebihan QoS walau berbeda-beda mekanisme tapi bisa menyesuaikan sesuai dengan keadaan dan kebutuhan yang diperlukan sehingga bisa menciptakan banyak keuntungan bila diterapkan dalam dunia bisnis serta memberikan teknologi yang unggul.
3.1 QoS Wimax
Pada WiMAX untuk mengatur QoS dapat dijalankan oleh MAC (Medium Access Control) dengan berbagai kebutuhan bandwidth dan aplikasi. Sebagai contoh aplikasi voice dan video memerlukan waktu tunda (latency) yang rendah tetapi masih bisa mentolelir beberapa error.
Sebaliknya aplikasi-aplikasi data pada umumnya
sangat sensitif terhadap error. Sedangkan latency bukan menjadi pertimbangan kritis. Kemampuan mengalokasikan besarnya bandwidth pada suatu kanal pada saat yang tepat merupakan konsep mekanisme penting pada standar WiMAX untuk menurunkan latency dan meningkatkan QoS.
34
Aspek lain yang tersedia pada QoS yang terdapat di WiMAX adalah kemampuan mengatur kecepatan data (data rate manageability) dimana ditentukan oleh analisis link (link by link basis) antara Base Station dan Subscriber Station, yang biasanya di kenal sebagai "service flow" di terminologi 802.16 pada "kelas QoS" yang spesifik. Kuat sinyal antara Base Station (BS) dan Subscriber Station (SS) akan menentukan jumlah data rate yang mampu di-deliver ke sisi pelanggan. Besar kecilnya data rate tersebut didasarkan pada jenis modulasi yang tersedia (apakah 64 QAM, 16 QAM atau QPSK). Biasanya semakin jauh pelanggan subscriber Station dari Base Station, maka data rate-nya akan semakin kecil. Modulasi 64 QAM merupakan modulasi terbaik untuk mendukung data rate yang paling besar. WiMAX juga dapat mengoptimalkan data rate di sisi user dengan cara menentukan tipe modulasinya. Bila user-nya cukup dekat ke Base Station, maka modulasinya dapat ditentukan 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulator) sedangkan yang lebih jauh 16 QAM atau QPSK (Quadrature phase-shift keying). Namun demikian WiMAX dapat menentukan tipe modulasinya mana yang berlaku secara otomatis tergantung dari kualitas link antara Base Station dan Subscriber Station. Selain itu juga dapat dibedakan sisi UL (uplink) maupun DL (downlink). Pada WiFi, sebagaimana OSI (Open System Interconection) Layer, adalah standar pada lapis kedua, Medium Access Control (MAC) menggunakan metode akses kompetisi, yaitu dimana beberapa terminal secara bersamaan memperebutkan akses. Sedangkan MAC pada WiMAX menggunakan metode akses yang berbasis algoritma penjadwalan (scheduling algorithm). Dengan metode akses kompetisi, maka layanan seperti Voice over IP atau IPTV yang tergantung kepada kualitas layanan (Quality of
35
Service) yang stabil menjadi kurang baik. Sedangkan pada WiMAX yang menggunakan algoritma penjadwalan, apabila sebuah terminal telah mendapat garansi untuk memperoleh sejumlah sumber daya (seperti timeslot), maka jaringan nirkabel akan terus memberikan sumber daya ini selama terminal membutuhkannya. Perubahan parameter QoS dapat diminta oleh SS dan BS dengan sambungan masih tetap terjaga. Kemampuan ini memungkinkan WiMAX menjalankan layanan Bandwidth on Demand (BoD). Dengan jaringan paket data, terdapat tiga parameter utama yang menjadi kunci pada performa jaringan, dan pada QoS WiMax. Ketiga parameter tersebut adalah jitter, latency, dan packet loss. Tipe servis QoS ditetapkan pada IEEE 802.16 WiMAX. Protokol 802.16 mendukung beberapa Tipe QoS. Berdasarkan jenisnya, QoS dapat dikelompokan menjadi empat jenis, yaitu: UGS (unsolicated grant service), rtPS (real time polling service), nrtPS (non real time polling) dan BE (best effort).
3.2 Medium Access Control (MAC)
Sublayer dari Data Link Layer yang ditentukan dalam model tujuh lapis OSI (MAC
ini terdapat pada layer 2 ). Ini menyediakan pengalamatan dan saluran
mekanisme control akses yang memungkinkan beberapa terminal atau simpul jaringan untuk berkomunikasi dalam jaringan multi-point.
36
A ) Base Station (BS)
Tempat dimana signal WiMax disiarkan. Terdiri dari peralatan elektronik dan tower WiMax. Tower ini persisnya bekerja seperti tower jaringan selular GSM yang menjulang tinggi ke udara untuk menyiarkan signal radio. Tower WiMax base station dapat mencakup
sampai radius 10 KiloMeter.
Dalam teori dianjurkan untuk
mencakup jarak yang lebih daripada 10 KiloMeter, dapat mencapai 50 KiloMeter, tetapi pada kenyataannya dikarenakan keterbatasan geografis, hanya dapat mencapai kira-kira 10 KiloMeter. Segala perlengkapan koneksi wireless untuk WiMax akan terhubung ke jaringan WiMax jika berada pada jangkauan tersebut.
B) Subscriber Station (SS)
Bekerja dengan Base Station, menerima sinyal dari base station WiMAX dan menghubungkan ke jaringan WiMAX untuk menyediakan fungsi akses nirkabel dan mendukung mobilitas. MS / SS memungkinkan koneksi ke berbagai server melalui Akses Layanan Jaringan.
C) Uplink (UL)
Bagian dari koneksi jaringan digunakan untuk mengirimkan, atau mengupload,data dari perangkat seluler ke server remote.
37
D) DownLink (DL)
Sambungan pada perangkat mobile yang digunakan menerima data dari server jauh.
F) Latency
Mengukur waktu tunda yang dialami dalam sistem.
G) Packet loss
Paket data yang hilang dalam proses transmisi pada jaringan.
3.3 Tipe-tipe QoS (Class of Service)
Aspek lain yang tersedia pada QoS yang terdapat di WiMAX adalah data rate manageability dimana ditentukan oleh analisis link (link by link basis) antara Base Station dan Subscriber Station. Kuat sinyal antara BS dan SS akan menentukan jumlah data rate yang mampu di-deliver ke sisi pelanggan. Besar kecilnya data rate tersebut di dasarkan pada jenis modulasi yang tersedia (apakah 64 QAM, 16 QAM atau QPSK). Biasanya semakin jauh pelanggan (subscriber Station) dari Base Station, maka data rate-nya akan semakin kecil. Modulasi 64 QAM merupakan modulasi terbaik untuk mendukung data rate yang paling besar.
38
WiMAX juga dapat mengoptimalkan data rate di sisi user dengan cara menentukan tipe modulasinya. Bila user-nya cukup dekat ke Base Station, maka modulasinya dapat ditentukan 64 QAM sedangkan yang lebih jauh 16 QAM atau QPSK. Namun demikian WiMAX dapat menentukan tipe modulasinya mana yang berlaku secara otomatis tergantung dari kualitas link antara Base Station dan Subscriber Station. Selain itu juga dapat dibedakan sisi UL (uplink) maupun DL (downlink). Terdapat 4 tipe service class yang disediakan oleh WiMAX (by default), namun beberapa vendor ada yang menyediakan sampai 5 tipe class of service sebagai fitur tambahan. Empat tipe yang dimaksud meliputi sebagai berikut :
3.2.1
UGS (Unsolicited Grant Service)
Data stream Real-time yang berisi paket dengan panjang paket dan periode interval yang tetap, digunakan untuk layanan yang membutuhkan jaminan transfer data dengan prioritas paling utama. Dengan demikian layanan dengan kriteria UGS ini memiliki karakteristik : -
Seperti halnya layanan CBR (Constant Bit Rate ) pada ATM, yang dapat memberikan transfer data secara periodik dalam ukuran yang sama (burst).
-
Untuk layanan-layanan yang membutuhkan jaminan real time.
-
Efektif untuk layanan yang sensitif terhadap jitter seperti layanan pada TDM (Time Division Multiplexing).
-
Maksimum dan minimum bandwidth yang ditawarkan sama.
39
Contoh : Aplikasi VoIP, T1/E1 Transport, ATM CBR.
3.2.2
Real Time Polling Service (rtps)
Aliran data Real-Time dengan panjang paket yang bervariasi yang dikirim dalam interval yang periodik. Layanan ini memiliki karakteristik : -
Efektif untuk layanan yang sensitif terhadap throughput latency namun dengan toleransi yang lebih longgar bila dibandingkan dengan UGS.
-
Garansi kecepatan dan syarat delay telah ditentukan.
-
Parameter service: commited burst, commited time Contoh : Video MPEG, VoIP, Video Conference.
3.2.3
Non-Real-Time Polling Service (nrtPS)
Aliran data yang bertoleransi terhadap delay yang berisi paket data dengan panjang yang bervariasi dengan kecepatan data minimum. Layanan ini memiliki karakteristik : -
Efektif untuk aplikasi yang membutuhkan throughput yang intensif dengan garansi minimal pada latency-nya.
-
Layanan non real time dengan regular variable size burst.
-
Layanan mungkin dapat di-full bandwidth (bandwidth yang tersedia dipakai secara keseluruhan) namun dibatasi pada kecepatan maksimum yang telah ditentukan.
40
-
Garansi kecepatan diperlukan namun delay tidak digaransi.
-
Contohnya aplikasi seperti video dan audio streaming.
-
Parameter layanan: committed burst, committed time excess burst. Contoh : FTP (File Transfer Protocol) dengan throughput minimum.
3.2.4
Best Effort (BE)
Aliran data tanpa tingkat layanan data minimum yang oleh karenanya di tangani berdasarkan pada ketersediaan bandwidth. Layanan ini memiliki karakteristik : -
Untuk trafik yang tidak membutuhkan jaminan kecepatan data (best effort).
-
Tidak ada jaminan (requirement) pada kecepatan atau delay-nya.
-
Contohnya aplikasi internet (web browsing), email, FTP. Contoh : HTTP
41
Tabel 3.1 Spesifikasi QoS WiMAX
Service Class
Applications
QoS Specifications
Unsolicited Grant Service
Voice
-Jitter
(UGS)
-Delay Variation -Trafik Reserved -Trafik Sent
Real-time Packet Services
Streaming Audio/Video
(rtPS)
-Delay End to End -Delay Variation -Throughput
-Load Non-real time Packet
FTP
Services (nrtPS)
-Delay -Throughput -Load
Best Effort (BE)
Web Browsing
-Download object -Download pages -Object response Time
42
3.3
ADAPTIF MODULATION CODING (AMC)
Wimax mendukung teknik adaptasi link dikenal sebagai adaptif modulasi dan pengkodean dimana perubahan skema modulasi tergantung pada kondisi saluran. Menggunakan modulasi adaptif skema modulasi tergantung pada kondisi saluran. Sebagai signal to noise ratio (SNR) sangat bagus dekat dengan stasiun pangkalan atau BS, sehingga lebih tinggi agar skema modulasi digunakan di daerah ini untuk meningkatkan throughput. Sedangkan untuk wilayah dimana SNR yang menurunkan system beralih ke skema modulasi pesanan yang lebih rendah, jauh dari BS untuk menjaga kwalitas koneksi dan link stabilitas dengan throughput meningkat.
64 QAM ~20db
16 QAM ~16db
QPSK BPSK ~6db Gambar 3.1 Adaptif Modulation Radii (Vinit Grewal 2010)
43
Tabel 3.2 Different Modulation and Coding Rate (Vinit Grewal 2010) Modulation RS CODE CC CODE CODING RATE QPSK (32,24,4) 2/3 1/2 QPSK (40,36,2) 5/6 3/4 16-QAM (64,48,8) 2/3 1/2 16-QAM (80,72,4) 5/6 3/4 64-QAM (108,96,6) ¾ 2/3 64-QAM (120,108,6) 5/6 3/4
Tabel 3.2 Merupakan beberapa kombinasi dari modulasi dan coding rate, yang dapat dialokasikan selektif untuk masing-masing pelanggan (baik UL dan DL) yang ditentukan oleh lapisan PHY. Teknik AMC membantu mengurangi time selective fading meningkatkan jangkauan bahwa skema modulasi lebih tinggi dapat digunakan lebih dari ketika mobilitas pengguna di perhitungkan.
3.3.1
PEMODELAN DAN SCENARIO
Scenario ini untuk pemodelan
dalam simulasi . dalam scenario 1 ,saya
melakukan test trafik untuk Aplikasi FTP,voip, email, streaming multimedia pada jaringan Wimax dengan menggunakan Opnet 14.5, Setiap client saya bikin konfigurasi yang berbeda-beda. Semua node yang terhubung dengan BS memiliki tipe QoS yang berbeda . Dalam scenario ini, peningkatan kinerja diamati untuk system Wimax yang memanfaatkan skema AMC. Hasil yang didapat dari scenario ini ditunjukan pada gambar 3.2, parameter-parameter yang dipakai dapat dilihat dalam table 3.3
44
Tabel 3.3 Simulation Parameter (802.16 2010) Parameter Wimax
Value
BANDWIDTH
20 MHz
Antenna type dan gain
Omni directional; 14 dB
Chanel Model
ITU Pendistrian A, ITU Vehiculer B
Duplex Mode
TDD
Application Traffic; Number
Voip, Ftp, Streaming Multimedia, Email, Http
(A) Gambar 3.2
(B)
System Model untuk (A) Scenario 1, (B) Scenario 2 untuk Mobile
45
3.3.2
PENENTUAN TRAFIK WIMAX
Jaringan nirkabel berpotensi untuk bertemu dengan permintaan yang meningkat untuk memperluas layanan internet, streaming audio dan video, dan layanan voice. Maka dari itu dengan meningkatnya permintaan maka diperlukan pula layanan yang lebih baik, salah satunya dalam menangani trafik. Dengan adanya layanan QoS yang tersedia pada WiMAX memungkinkan untuk meningkatkan layanan tersebut dengan memilih QoS yang sesuai untuk menangani trafik, sehingga Client dapat mendapatkan layanan yang terbaik, sesuai dengan kebutuhannya. Penulis akan coba membangun jaringan untuk menganalisa dan
menguji
masing-masing QoS dalam menangani trafik, trafik yang akan diuji oleh penulis adalah:
3.3.2.1 Ftp Trafik
Kinerja QoS dianalisa untuk pengguna FTP aplikasi dengan traffic non real, QoS diukur dalam hal Throughput, Delay dan Load.
46
Gambar 3.3 Average Throughput untuk FTP Applikasi (Vinit Grewal, 2010) Dari gambar 3.3 dan
dapat dianalisa
bahwa nrtPS memiliki Throughput
tertinggi, Delay rendah dan paket load yang lebih rendah oleh BE dan UGS untuk pengguna menggabungkan trafik FTP, Jadi hasilnya jelas menunjukkan yang paling tepat nrtPS paling tepat untuk trafik FTP.
3.3.2.2 Video Trafik
Parameter QoS untuk menganalisa trafik Video ditunjukan pada gambar 3.4 dan table 3.5. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa Throughput rata-rata untuk rtPS lebuh tinggi, sedangkan tingkat drop paket dan jitter rata-rata lebih rendah dibandingkan dengan ketiga lainnya.
47
Gambar 3.4 Average Throughput untuk Video Aplikasi (802.16 2010) Tabel 3.5 QoS Parameter untuk Trafik video Applikasi (802.16 2010) Service Flow QoS Parameter Average
BE nrtPS rtPS UGS
Jitter Average
(msec) 2.691
Loss 3.284
2.63
3.449
0.239
0.028
0.348
0.026
Paket
Menurunkan jitter tinggi kualitas video ke tingkat yang lebih besar, Jadi untuk rtPS aplikasi yang paling cocok. Hasil yang diperoleh lebih lanjut menunjukan bahwa UGS sebanding rtPS, namun untuk rtPS tidak disukai karena pengalokasian bandwidth secara periodik yang paling cocok untuk bit konstan (CBR) trafik dan terbukti spectra tidak efisien dalam hal variable rate traffic (video Streaming).
48
3.3.2.3 Voice Trafik
Hasil yang diperoleh untuk trafik voip ditunjukan pada gambar 3.5 dan table 3.6, Menunjukan bahwa parameter QoS signifikan, yaitu delay, jitter dan packet loss yang terrendah untuk alur layanan UGS. Sebuah UGS aliran menangani paket ukuran tetap yang dihasilkan secara berkala. Berbeda dengan trafik rate yang ditunjukan rtPS sesuai dengan trafiknya. UGS untuk trafik Voip berbasis CBR berhasil dengan hasil yang ditunjukan di simulasinya.
Gambar 3.5 Average Jitter (sec) untuk voice aplikasi (802.16 2010)
49
Tabel 3.6 QoS Parameter untuk Voice Applikasi Trafik (802.16 2010)
Service Flow
QoS Parameter Delay (msec)
Average
Paket
Loss
(paket/sec) BE
127
5.28
nrtPS
109
5.11
UGS
5
0.676
3.3.2.4 HTTP / EMAIL TRAFIK
Tabel 3.7 Parameter Untuk Aplikasi HTTP/EMAIL Service Flow
QoS Parameter Download Response Time (msec)
BE
200
Average Delay in WIMAX Connection (msec) 7.009
Throughput (kbps)
UGS
209
7.404
272.9029
rtPS
208
20.276
309.7641
410.1744
Dari nilai yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa download waktu respon, throughput dan delay rata-rata di WIMAX koneksi terrendah adalah BE ,lalu rtPS dan UGS. Download response time dan throughput adalah penting dalam email/http, layanan BE ini yang paling bagus untuk aplikasi ini.
