PERANCANGAN JARINGAN FIBER TO THE HOME (FTTH) BERBASIS TEKNOLOGI GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK (GPON) Nurul Ismi Mentari Sidauruk (1), Naemah Mubarakah (2) Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail :
[email protected]
Abstrak Jaringan FTTH merupakan jaringan yang menggunakan media transmisi serat optik yang digelar dari Stasiun Telepon Otomat (STO) sampai ke pelanggan. Pada penerapannya, teknologi yang digunakan adalah GPON. Tulisan ini membahas perancangan jaringan FTTH berbasis teknologi GPON dari STO Cinta Damai sampai ke perumahan Pesona Nabila, Jl. Sei Mencirim, Sunggal – Medan. Setelah menentukan lokasi perancangan, dilakukan identifikasi komponen dan konfigurasi jaringan, kemudian dilakukan analisis kelayakan jaringan dengan menghitung nilai link power budget dan rise time budget. Berdasarkan perhitungan link power buudget dengan jarak terjauh 5,23 km, total redaman untuk uplink adalah 24,1755 dB dan untuk downlink adalah 23,8094 dB. Nilai – nilai tersebut sesuai standar, dimana nilai maksimal total redaman adalah 28 dB. Hasil perhitungan rise time budget untuk uplink adalah 0,250 ns dan untuk downlink adalah 0,26024 ns. Nilai – nilai ini terhitung baik dilihat dari nilai maksimal yang diijinkan untuk sistem ini, yaitu sebesar 0,563 ns untuk uplink dan 0,2814 ns untuk downlink.
Kata Kunci : Jaringan FTTH, GPON, Link Power Budget, Rise Time Budget 6. Pendahuluan Media transmisi mempengaruhi kinerja jaringan. Media transmisi tembaga tidak mampu untuk mengatasi kebutuhan trafik yang semakin meningkat disebabkan keterbatasan bandwidth kabel tembaga. Sehingga banyak operator jaringan beralih menggunakan media transmisi serat optik yang digelar dari Stasiun Telepon Otomat (STO) sampai ke pelanggan, yang dikenal dengan istilah jaringan FTTH. Pada penerapan jaringan FTTH teknologi yang digunakan adalah teknologi GPON. Jaringan FTTH menggunakan teknologi GPON ini memang lebih baik dibandingkan jaringan tembaga yang sebelumnya, namun dalam pentransmisian masih terdapat rugi – rugi transmisi yang juga harus diperhitungkan untuk kelayakan jaringan.
1,28 km tanpa menggunakan repeater (pengulang/ penguat) dan pada STM 4 (622 Mbps) digunakan untuk jarak lebih dari 16 km dengan memakai fiber optic amplifier. Menurut ITU-T jarak yang dapat dicakup untuk STM 16 adalah sebesar 160 km, tetapi jarak tersebut hanya dapat dicapai dengan menggunakan fiber optic post amplifier dan pre-amplifier sedangkan untuk STM-64 jarak yang dapat dicakup adalah sebesar 40-80 km [2]. Struktur dasar serat optik seperti terlihat pada Gambar 1 terdiri dari 3 bagian [3], yaitu: 1. Bagian yang paling utama dinamakan inti (core). 2. Bagian kedua dinamakan lapisan selimut (cladding) 3. Bagian ketiga dinamakan jaket (coating)
7. Tinjauan Pustaka Media serat optik seukuran 1 mm untuk dua puluh helai serat yang terbuat dari bahan kaca murni, kemudian dibuat bergulung – gulung panjangnya sehingga menjadi sebentuk gulungan kabel[1]. Tipe serat optik G.652 adalah tipe serat yang digunakan untuk perancangan ini. Saat ini tipe dari jenis serat single-mode ini dapat digunakan pada STM-1 (155Mbps) untuk mencakup jarak lebih dari
– 113 –
Gambar 1 Struktur dasar serat optik
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
Gambar 2 Segmen – segmen pada catuan pada jaringan FTTH [4]
Pada jaringan FTTH terdapat segmen – segmen catuan seperti catuan kabel feeder, catuan kabel distribusi, catuan kabel drop dan catuan kabel indoor dan perangkat aktif seperti Optical Line Terminal (OLT) dan Optical Network Unit/ Terminal (ONU/ONT) yang terlihat pada Gambar 2. SMF (single mode fiber) bekerja oleh light source laser diode (LD) yang berfungsi menkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal cahaya. LD cocok digunakan untuk aplikasi jarak jauh beserta data rates yang tinggi, serta diaplikasikan pada panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm. Pada SMF, muncul distorsi sinyal yang disebut dengan dispersi dan merupakan gejala pada serat optik yang diakibatkan oleh pelebaran pulsa (pulse spreading) dimana dapat dilihat pada Gambar 3[5].
menjadi lebih lebar. Hal ini dapat mengakibatkan informasi yang dibawa oleh pulsa – pulsa cahaya ini menjadi rusak[7]. Ada beberapa jenis dispersi pada serat optik, yaitu: 1. Dispersi Intermodal 2. Dispersi Mode Polarisasi 3. Dispersi Kromatik Dalam perancangan jaringan FTTH teknologi yang digunakan yaitu GPON. Komponen sistem teknologi GPON dapat dibagi menjadi 5 bagian, yaitu: 1. Network Management System (NMS) NMS merupakan perangkat lunak yang berfungsi untuk mengontrol dan mengkonfigurasi perangkat GPON. NMS memiliki jalur langsung ke OLT, sehingga NMS dapat memonitoring ONT dari jarak jauh. 2. Optical Line Terminal (OLT) OLT menyediakan interface antara sistem PON dengan penyedia layanan (service provider) data, video, dan jaringan telepon. Bagian ini akan membuat link ke sistem operasi penyedia layanan melalui Network Management System (NMS).
Gambar 3 Dispersi material pada serat optik
Redaman merupakan sifat yang paling penting dari sebuah serat optik. Mekanisme distorsi dalam serat memperluas sinyal optik saat pentransmisian sepanjang serat. Jika sinyal ini perjalanannya cukup jauh, akhirnya akan tumpang tindih dengan pulsa tetangga, sehingga menciptakan kesalahan di penerima output. Mekanisme distorsi sinyal membatasi kapasitas informasi pembawa dari serat [6]. Selain redaman pada transmisi serat optik ini terjadi juga dispersi. Dipersi pada akhirnya akan mengakibatkan pulsa – pulsa optik saling tumpang tindih satu dengan yang lain, dikarenakan pulsa – pulsa cahaya memuai dan
3. Optical Distribution Network (ODN) ODN (Optical Distribution Network) adalah jaringan optik antara perangkat OLT sampai perangkat ONT. ODN menyediakan sarana transmisi optik dari OLT terhadap pengguna dan sebaliknya. Transmisi ini menggunakan komponen optik pasif. Perangkat interior pada ODN terdiri dari konektor dan splitter 4. Optical Distribution Point (ODP) Instalasi atau terminasi yang bagus dari serat adalah persyaratan utama untuk menjamin kemampuan transmisi pada kabel serat optik.
– 114 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
5. Optical Network Termination (ONT). ONT menyediakan interface antara jaringan optik dengan pelanggan. Sinyal optik yang ditransmisikan melalui ODN diubah oleh ONT menjadi sinyal elektrik yang diperlukan untuk service pelanggan. Pada arsitektur FTTH, ONT diletakkan di sisi pelanggan.
Setelah menentukan lokasi perancangan dan mengetahui jumlah maksimal permintaan pelanggan, kemudian dilakukan identifikasi komponen dan konfigurasi jaringan seperti pada Gambar 5.
3. Metodologi Penelitian Adapun alur penelitian perancangan jaringan FTTH berbasis teknologi GPON yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 5 Konfigurasi GPON
Berdasarkan konfigurasi jaringan pada Gambar 5 daftar komponen yang dibutuhkan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Daftar komponen yang dibutuhkan No Nama Komponen Jumlah 1 OLT 1 unit 2 ODC 1 unit 3 ODP 12 unit 4 ONT 192 unit 5 Splitter 1:4 6 unit 6 Splitter 1:8 24 unit 7 konektor 8 unit
Pada konfigurasi GPON ada 3 bagian utama yang perlu diperhatikan dalam perancangan FTTH berbasis teknologi GPON, yaitu: 2. OLT (Optical Line Terminal) Tabel 2 memperlihatkan spesifikasi OLT. Tabel 2 Spesifikasi optical line termination Parameter Spesifikasi Unit
Gambar 4 Diagram alur penelitian
Lokasi yang dipilih dalam penelitian ini adalah perumahan Pesona Nabila Sunggal Jl. Sei Mencirim Medan. Melihat lokasi ini maka STO yang dominan digunakan adalah STO Cinta Damai. Pemilihan STO ini dikarenakan STO Cinta Damai ini merupakan STO yang terdekat jaraknya ke perumahan Pesona Nabila. Hal ini sesuai dengan standarisasi yang ditentukan oleh ITU-T G.984 dimana jarak terjauh transmisi harus kurang dari 20 km. Berdasarkan denah di perumahan Pesona Nabila Jl. Sei mencirim, Sunggal – Medan, jumlah pelanggan maksimal yang mungkin di perumahan Pesona Nabila adalah 192.
– 115 –
Optical Transmit Power
3,37
dBm
Downlink Wavelength
1490
Nm
Uplink Wavelength
1310
Nm
Spectrum Width
1
Nm
Downstream Rate
2.488
Gbps
Upstream Rate
1.244
Gbps
Optical Rise Time
150
Ps
Optical Fall Time Maximal Work Temperature Minimal Work Temperature
150
Ps
45
°C
-5
°C
Power Supply (DC)
-48
V
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
3. ODN (Optical Distribution Network) ODN (Optical Distribution Network) merupakan suatu perangkat pasif yang menyediakan peralatan transmisi optik antara OLT dan ONT. ODN sendiri terdiri dari: a. Kabel Serat Optik Kabel serat optik yang digunakan adalah serat optik yang sesuai dengan standar ITU-T G.652 tipe single-mode dengan spesifikasi dapat dilihat pada Tabel 3. Dalam perancangan ini digunakan serat optik dengan panjang gelombang 1310 nm dan 1490 nm.
4. ONT (Optical Network Terminal) Spesifikasi ONT dapat dilihat pada Table 6. Tabel 6 Spesifikasi optical network terminal Parameter Spesifikasi Unit Downstream Rate 2.48 Gbps Upstream Rate 1.24 Gbps Downlink Wavelength 1490 nm Uplink Wavelength 1310 nm Video Wavelength 1550 nm Maximal Transmission 20 Km Distance Power Consumption ≤16 Watt Sensitivity -29 dBm Optical Fall Time 200 Ps Optical Fall Time 200 Ps Maximal Work 45 °C Temperature Minimal Work -5 °C Temperature
Tabel 3 Spesifikasi kabel serat optik Parameter Spesifikasi Unit Attenuation 1310 nm ≤ 0.35 dB/km Attenuation 1490 nm ≤ 0.28 dB/km Attenuation 1550 nm ≤ 0.21 dB/km
b. Konektor Redaman dari konektor serat optik didefinisikan pada persamaan (1) sebagai berikut[5]: P (1) Loss 10 log out Pin dimana: Pin = daya optik sebelum titik koneksi (Watt) Pout= daya optik setelah titik koneksi (Watt) Pada perancangan ini jenis konektor yang digunakan adalah SC/UPC. Spesifikasi konektor dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Spesifikasi konektor SC[7] Parameter Spesifikasi Unit Tipe Serat SM 24/4T Insertion Loss 0.25 dB
c. Splitter Spesifikasi splitter dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Redaman passive splitter
Rasio 1:2 1:4 1:8 1:16 1:32
Redaman 2,8 – 4,0 dB 5,8 – 7,5 dB 8,8 – 11,0 dB 10,7 – 14,4 dB 14,6 – 18,0 dB
Untuk menilai kelayakan jaringan pada rancangan ini ada 2 perhitungan yang digunakan,yaitu: 1. Link power budget Link power budget dihitung sebagai syarat agar link yang digunakan memiliki daya melebihi batas ambang dari daya yang dibutuhkan. Persamaan (2) digunakan untuk menghitung power link budget[8] :
total L. serat N c . c N s . s S p RI (2) dimana : αtotal = total redaman (dB) L = panjang kabel serat optik(km) αf = redaman serat optik (dB/km) Nc = jumlah konektor αc = redaman konektor (dB/konektor) Ns = jumlah sambungan αs = redaman sambungan (dB/sambungan) Sp = redaman splitter(dB/splitter) RI = redaman instalasi Persamaan (3) digunakan untuk menghitung margin daya[8]:
M pt pr total SM
(3)
dimana: Pt = Daya keluaran optik (dBm) Pr = Sensitivitas daya receiver (dBm) SM = Safety margin, berkisar 6 – 8 dB 2. Rise Time Budget Rise time Budget merupakan sebuah metode untuk menetukan batasan dispersi dari suatu link serat optik. Tujuannya yaitu untuk
– 116 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015 Tabel 7 Standar nilai kelayakan parameter[8]
mengetahui apakah secara keseluruhan unjuk kerja jaringan telah tercapai dan mampu memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan. Persamaan (4) menunjukkan rumus perhitungan rise time budget:
2
2
2
t sys t tx t chromatic t mod al t rx
2 1/ 2
No 1 2 3
(4)
dimana : ttx = Rise time transmitter (ns) trx = Rise time Receiver (ns) tchromatic =Rise time chromatic dispersion (ns) tmodal = tidak bernilai atau nol karena menggunakan kabel serat optik single mode Nilai tchromatic dapat dicari dengan Persamaan (5). = ( ) . (5)
No
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11
(6)
dimana : D(λ) =chromatic dispersion coefficient (ps/nm.km) So =dispersion slope parameters 2 (ps/nm .km) λ = panjang gelombang (nm) λo = zero dispersion wavelength (nm) dengan pengkodean NRZ diperoleh nilai tr (nilai batas rise time) sebagai berikut:
0,7 (7) br Persamaan (8) digunakan untuk menentukan kelayakan nilai total rise time (tsys) dengan melihat nilai batasan rise time (tr), yaitu:
12 13
Layak
>0 dB tsys < tr
Layak Layak
Parameter Nilai Panjang kabel serat 5,23 optik Redaman serat optik (G.652) untuk uplink 0,35 (1310 nm) Redaman serat optik (G.652) untuk downlink 0,28 (1490) Jumlah konektor 8 Redaman konektor 0,25 Jumlah sambungan 1 Redaman sambungan 0,1 Redaman splitter 1:4 7,25 Redaman splitter 1:8 10,38 Redaman instalasi 0,5 Daya Keluaran optik 3,54 Sensitivitas daya -29 maksimum receiver Safety Margin 6
Satuan km dB/km
dB/km buah dB/konektor Sambungan dB/sambungan dB/splitter dB/splitter dB/km dBm dBm dB
Berdasarkan data pada Tabel 8 dan perhitungan yang menggunakan persamaan (2) dan (3), maka diperoleh nilai parameter link power budget yang ditunjukkan pada Tabel 9.
tr
tsys < tr (8) Batasan nilai kelayakan parameter jaringan dapat dilihat pada Tabel 7.
< 28 dB
Tabel 8 Data parameter perhitungan link power budget
Nilai D(λ) dicari dengan Persamaan (6). 4 o3
Layak/Tidak layak
Adapun yang dibahas pada sub ini adalah link power budget dan rise time budget. a. Link Power Budget Tabel 8 memperlihatkan data – data parameter perhitungan link power budget.
1
So 4
Total Redaman (Link Power Budget) Margin Rise Time Budget
Nilai
5. Hasil dan Pembahasan
dimana : Dt = total chromatic dispersion (ps) D(λ) =chromatic dipersion coefficient (ps/nm.km) S = Lebar Spektral Laser (nm) L = Panjang Jarak (km)
D
Parameter
Tabel 9 Hasil perhitungan link power budget No Parameter Gelombang Hasil 1310 (Uplink) 24,1755 dB Total 1 Redaman 1490 (Downlink) 23,8094 dB 1310 (Uplink) 2,3645 dB 2 Margin 1490 (Downlink) 2,7306 dB
Berdasarkan perbandingan Tabel 9 terhadap Tabel 7, dapat dilihat bahwa nilai – nilai uplink dan downlink tersebut masih sesuai dengan standar yaitu dibawah 28 dB, maka nilai - nilai link power budget pada perancangan jaringan ini dinyatakan layak.
– 117 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
b. Rise Time Budget Tabel 10 memperlihatkan data – data parameter perhitungan rise time budget. Tabel 10 Data parameter perhitungan rise time budget No Parameter Nilai Satuan 1 Rise time transmitter (ttx) 150 ps 2 Rise time receiver (trx) 200 ps Panjang gelombang uplink 3 1310 nm (λ) Panjang gelombang 4 1490 nm downlink (λ) 5 Lebar spektral (S) 1 nm 6 Jarak terjauh (L) 5,23 km 7 Bitrate uplink 1,244 Gbps 8 Bitrate downlink 2,488 Gbps Dispersion slope 9 0,093 ps/nm2km parameter (So) Zero dispersion 10 1324 nm wavelength (λo)
yaitu 2,3645 dB untuk uplink dan 2,7306 untuk downlink. 3. Parameter rise time budget untuk uplink dan downlink memiliki nilai yang layak karena masing – masing memiliki hasil rise time sistem dibawah nilai batasan berdasarkan bitrate yaitu 0,250 ns untuk uplink dengan nilai batasan 0,563 ns dan untuk downlink memiliki nilai rise time sistem 0,26024 ns dengan nilai batasan waktu 0,2814 ns.
7. Daftar Pustaka
Berdasarkan data pada Tabel 10 dan perhitungan yang menggunakan persamaan (4), (5), (6), dan (7), maka diperoleh nilai parameter rise time budget yang ditunjukkan pada Tabel 11. Tabel 11 Hasil perhitungan rise time budget No Gelombang Parameter Hasil tsys 0,250 ns 1 1310 (Uplink) tr 0,563 ns tsys 0,2602 ns 2 1490 (Downlink) tr 0,2814 ns
Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa tsys (total rise time) memiliki nilai lebih kecil dari nilai tr. Sehingga berdasarkan perbandingan Tabel 11 terhadap Tabel 7, maka nilai - nilai rise time budget pada perancangan jaringan ini dinyatakan layak.
6. Kesimpulan Berdasarkan hasil pembahasan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam merancang jaringan FTTH berbasis teknologi GPON, spesifikasi perangkat yang dipakai dan penempatannya sangat mempengaruhi kualitas jaringan yang akan dibangun. 2. Parameter link power budget untuk uplink dan downlink memiliki nilai yang layak karena memiliki hasil total redaman dibawah 28 dB yaitu 24,1755 dB untuk uplink dan 23,8094 dB untuk downlink. Serta nilai margin lebih besar dari 0 dB
– 118 –
[1] Nugraha, Andi Rahman,. 2006. Serat Optik. Bandar lampung :Penerbit Andi Yogyakarta. [2] Union, International Telecommunication (ITU).2000.Recommendation G.652 Transmission Media Characteristics of a Single-mode Optical Fiber Cable. Geneva. [3] Pla, Juan Salvador Asensi. 2011. Design of Passive Optical Network. Valencia. Brno University of Technology. [4] Senior, John M.2009.Fiber Communications Principles and Practice : Third Edition. Londo: Pearson Education Limited. [5] Keiser, Gerd. 1991. Optical Fiber Communications. New York: McGraw-Hill. [6] Elliot, barry dan jhon crips. 2005. Serat Optik Sebuah Penghantar, edisi ke 3. Jakarta : Penerbit erlangga Jakarta. [7] PT Telekomunikasi tbk. 2012, Panduan Desain FTTH. Jakarta: PT Telekomunikasi tbk Divisi Akses. [8] Pramanabawa, Ida Bagus. 2012. Analisis Rise Time Budget dari STO ke Pelanggan Infrastuktur GPON (Gigabit Passive Optical Network) PT Telekomnikasi Divisi Access Denpasar. Bali: Universitas Udayana.
copyright@ DTE FT USU
