JARINGAN MULTIMEDIA
Wireless Broadband and Quality of Service
Jurusan Teknik Informatika
Fakultas Teknologi Informasi
Institut
Teknologi Sepuluh Nopember
Wireless broadband and quality of service
Keberhasilan besar layanan wireline
broadband (baik berdasarkan kabel atau DSL interkonektivitas) dan jarak pendek
portabel layanan data nirkabel (berdasarkan Wi-Fi) telah menciptakan permintaan
konsumen yang kuat untuk Internet broadband nirkabel kapan saja dan dimana
saja. Teknologi nirkabel menjelaskan telekomunikasi dimana gelombang
elektromagnetik membawa sinyal ke sebagian atau seluruh jalur komunikasi tanpa
kabel. Broadband wireless merupakan perpanjangan dari point-to-point komunikasi
nirkabel untuk pengiriman kecepatan tinggi dan kapasitas tinggi pipa yang dapat
digunakan untuk layanan suara, multimedia, dan akses Internet.
Semua 3G, Wi-Fi dan WiMAX akses
atau jaringan teknologi yang menawarkan alternatif untuk jaringan wireline
last-mile. Di luar last mile, semua bergantung pada koneksi jaringan yang sama
dan infrastruktur backbone transmisi-support. Semua layanan data didukung
broadband dengan rentang jarak yang berbeda (Wi-Fi memiliki jangkauan sekitar
100 m, 3G dan WiMAX memiliki rentang beberapa km). Kecepatan data yang
ditawarkan oleh Wi-Fi (11/54 Mbps) dan WiMAX (beberapa Mbps tergantung pada
mobilitas) secara substansial lebih tinggi dari beberapa ratus kbps diharapkan
dari layanan 3G.
9.1 Evolution of 3G technologies
Generasi ketiga (3G) sistem telepon
seluler menggabungkan akses mobile kecepatan tinggi dengan layanan berbasis
Internet-protocol (IP). Layanan seluler generasi pertama disebut layanan
telepon seluler canggih (AMPS) dan didasarkan pada analog frequency-division
multiple akses (FDMA) teknologi (lihat Gambar 9.2).
Pertama sistem AS 2G digunakan
time-division multiple access (TDMA) teknologi (lihat Gambar 9.2) didasarkan
pada circuit switching, dan juga dulu dikenal sebagai Amerika Utara digital
selular (NADC). Time-division multiple access teknologi juga digunakan untuk
memperkenalkan global-sistem-mobile (GSM) berbasis sistem selular 2G ke Eropa
pada awal 1990-an dan kini tersedia di lebih dari 100 negara. Code division
multiple access (CDMA) teknologi (lihat Gambar 9.2) kemudian diadopsi untuk
menjadi sistem lain yang populer digital 2G, dengan pengenalan AS Standar
Interim IS-95, juga disebut cdmaOne.
9.1.1 Wideband CDMA-based 3G
3G Sistem wireless berevolusi dari
GSM disebut wideband CDMA (WCDMA) dan juga disebut sebagai sistem
telekomunikasi selular universal (UMTS) di Eropa. Untuk berkembang ke sistem 3G
dari sistem GSM dasar, GPRS diciptakan sebagai langkah pertama menuju
memperkenalkan layanan data packet-switched yang lebih canggih dari layanan
pesan singkat (SMS).
Upaya lain untuk menuju GSM, 3G di
AS ditingkatkan kecepatan data untuk evolusi GSM (EDGE) yang dapat memberikan
kecepatan data hingga 384 kbps. Teknologi ini menggunakan saluran 200 kHz sama
dengan delapan slot waktu dan mendapatkan kecepatan yang ditingkatkan dengan
menggunakan modulasi yang lebih efisien (8-PSK) skema untuk mencapai 384 kbps
peak data rate, meskipun tarif yang sebenarnya berada di kisaran 64 - 128 kbps.
9.1.2 CDMA2000-based 3G
Berbeda dengan seluruh dunia yang
mengambil evolusi GSM menuju 3G WCDMA, AS memutuskan untuk mengambil rute yang
berbeda karena kurangnya spektrum nirkabel, rute ini adalah dari IS-95 menuju
3G CDMA2000 yang disusun dengan cara yang memungkinkan beberapa tingkat layanan
3G untuk memenuhi persyaratan IMT-2000 dalam tradisional 1,25 MHz IS-95 saluran
pembawa. CDMA2000 1 x teknologi (lihat Gambar 9.5), awalnya dikembangkan oleh
Qualcomm pada tahun 1999, adalah teknologi antarmuka udara yang segera
mengikuti IS-95 dan kompatibel dengan IS-95.
Seperti dalam kasus 3GPP, Kemitraan
Generasi Ketiga Project 2 (3GPP2), didirikan pada bulan Desember 1998,
merupakan kolaborasi antara beberapa asosiasi CDMA2000 (bukan WCDMA dalam kasus
3GPP) khusus untuk membuat spesifikasi sistem ponsel 3G yang berlaku secara
global dalam lingkup IMT-2000 proyek iTU. Asosiasi yang berpartisipasi termasuk
ARIB dan TTC Jepang, Asosiasi China Communications Standards, Telekomunikasi
Industri Association of America Utara, dan Asosiasi Korea Selatan Teknologi
Telekomunikasi.
9.1.3 Moving towards 4G wireless
Ada dua tujuan utama dari sistem
nirkabel 4G. Pertama-tama, bandwidth yang diperlukan lebih tinggi dan lebih stabil.
Kedua dan yang lebih penting, jaringan 4G akan tidak lagi memiliki subsistem
circuit-switched seperti halnya jaringan 2G dan 3G saat ini. Sebaliknya,
jaringan didasarkan pada protokol Internet (IP). Tantangan utama dari desain
ini adalah bagaimana untuk mendukung persyaratan dari panggilan suara untuk
bandwidth konstan dan delay. Memiliki
bandwidth yang cukup adalah langkah pertama yang baik. Untuk benar-benar
mencapai kecepatan yang ditentukan untuk 4G sistem nirkabel, beberapa teknologi
terobosan yang diperlukan, lebih
khusus lagi: orthogonal frequency-division multiplexing akses (OFDMA), untuk
menggantikan CDMA digunakan dalam 3G: bandwidth channel scalable hingga 20 MHz,
dan multiple-input multiple-out (MIMO) teknologi antena cerdas.
9.2 Wi-Fi wireless LAN (802.11)
Pada tahun 1989, Kelompok Kerja
IEEE 802.11 mulai mengelaborasi pada WLAN kontrol akses media (MAC) dan fisik
(PHY). Draft akhir disahkan pada tanggal 26 Juni 1997. Sejak itu WLAN berbasis
802.11 telah diterima dengan cepat dan baru-baru ini dikerahkan secara luas di
banyak lingkungan yang berbeda, termasuk kampus, kantor, rumah, dan hotspot.
Dalam arsitektur komunikasi IEEE 802.11, semua komponen yang dapat terhubung ke
media nirkabel dalam jaringan yang disebut sebagai stasiun (STA).
Daerah jangkauan BSSs ini dalam ESS
biasanya tumpang tindih. Handoff akan terjadi bila stasiun bergerak dari
cakupan area dari satu AP ke AP lain. Meskipun berbagai radio dari BSS
membatasi pergerakan stasiun nirkabel, seamless roaming antara BSSs dapat
membantu untuk membangun layanan jaringan nirkabel di seluruh kampus. Hal ini
juga memungkinkan untuk bergerak dengan kecepatan lambat (pengguna nomaden)
tanpa melanggar koneksi jaringan sementara terhubung ke jaringan Wi-Fi.
9.2.1 Various IEEE 802.11 standards
Popularitas Wi - Fi dengan
pertumbuhan internet broadband kecepatan tinggi yang dapat diakses di rumah dan kantor merupakan cara termudah
untuk berbagi link broadband antara beberapa komputer. Pertumbuhan hotspot , bebas dan jalur akses
publik fee-based , telah menambah popularitas Wi – Fi. Saat ini, WLAN
802.11a/b/g memberikan kinerja yang memadai untuk aplikasi jaringan,dimana
kenyamanan koneksi nirkabel adalah pertimbangan penting. Aplikasi nirkabel
generasi berikutnya akan memerlukan lebih tinggi throughput data WLAN dan
orang-orang akan mulai menuntut lebih banyak jangkauan. Menanggapi kebutuhan
ini , IEEE 802.11n diperkenalkan dan telah ada di pasar sejak tahun 2008.
Tujuan dari tugas kelompok pendiri 802.11n adalah untuk menentukan modifikasi
ke lapisan PHY dan lapisan MAC yang dapat memberikan minimal 100 Mbps
throughput yang di SAP MAC ( jalur akses layanan ). Seperti halnya dengan
pendahulunya, 802.11n Wi - Fi beroperasi di rentang frekuensi 2,4 GHz dan
kompatibel dengan 802.11b dan 802.11g.
Lebih khususnya, obligasi 802.11n
dua atau lebih dari 20 saluran MHz MIMO bersama-sama untuk menciptakan lebih
banyak bandwidth. Dengan demikian, 802.11n memiliki throughput maksimum dengan teoritis
600 Mbps dan jangkauan transmisi hingga 50 meter. Untuk keamanan, 802.11n
bergantung pada teknologi sebelumnya seperti Wi-Fi berbasis 802.11i
terproteksi.
9.2.2 MAC layer of a WLAN
Pada lapisan MAC, DCF dikenal
sebagai carrier sense multiple access dengan menghindari tabrakan (CSMA / CA)
protokol. Protokol ini ditentukan dalam semua stasiun dari kedua ad hoc dan
konfigurasi infrastruktur. Semua stasiun 802.11 dapat memberikan MAC Unit
layanan data (MSDU) frame panjang sewenang-wenang hingga 2304 byte, dengan
bantuan protokol data unit MAC (MPDU), setelah mendeteksi bahwa tidak ada
transmisi lainnya berlangsung di channel. Jika dua atau lebih stasiun
mendeteksi media sebagai menganggur pada saat yang sama, mereka dapat memulai
transmisi mereka pada saat yang sama, dan pasti tabrakan terjadi. Untuk
mengurangi kemungkinan tabrakan, DCF menerapkan menghindari tabrakan mekanisme
(CA), dimana stasiun melakukan prosedur backoff disebut sebelum memulai
transmisi bersama dengan opsional fungsi kontrol RTS / CTS.
9.2.3 Link or rate adaptation of 802.11
Seperti dijelaskan sebelumnya IEEE
802.11b, berdasarkan urutan langsung (DSSS) teknologi spread-spectrum dapat
memiliki kecepatan data hingga 11 Mbps pada pita 2,4 GHz dan IEEE 802.11a,
berdasarkan orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) teknologi dapat
memiliki kecepatan data hingga 54 Mbps di 5 GHz. Selain itu, standar 802.11g
IEEE, yang memperpanjang lapisan 802.11b PHY, dapat mendukung kecepatan data
hingga 54 Mbps pada pita 2,4 GHz. Ada banyak alasan untuk sifat sangat volatile
media nirkabel yang digunakan oleh IEEE 802.11 standar diantaranya adalah memudar,
redaman, interferensi dari sumber radiasi lainnya, gangguan dari 802.11
perangkat lain dalam jaringan ad hoc, dll.
Ada dua aspek untuk menilai adaptasi:
estimasi kanal-kualitas dan seleksi tingkat. Estimasi kanal berkualitas
melibatkan mengukur keadaan waktu bervariasi dari saluran nirkabel untuk tujuan
menghasilkan prediksi kualitas masa depan.
9.2.4 Performance anomaly due to link adaptation in multirate 802.11
Link adaptasi yang secara dinamis mengalihkan
kecepatan data agar sesuai dengan kondisi saluran nirkabel dari STA tertentu
menyebabkan penurunan kinerja keseluruhan multirate IEEE 802.11 WLAN dengan
stasiun geografis tersebar. Stasiun-stasiun ini mungkin memiliki kualitas
saluran buruk dan kekuatan sinyal yang diterima dapat menjadi lemah. Dalam
kasus seperti itu, lebih efisien untuk memodulasi sinyal dengan data rate
transmisi yang lebih rendah berdasarkan adaptasi link. Namun, jika tingkat menjadi
rendah maka dibutuhkan lebih banyak waktu untuk jumlah yang sama dari data yang
akan dikirimkan.
Untuk meminimalkan efek anomali,
ukuran frame dari stasiun tingkat rendah juga dapat dikurangi sehingga akan
mengambil transmisi frame yang lebih untuk menyelesaikan jumlah payload yang
sama, dan dengan demikian mengurangi peluang layanan untuk stasiun low-rate.
Untuk melakukan hal ini, parameter ambang batas fragmentasi dapat disesuaikan.
Perhatikan bahwa cara untuk membuat pengurangan ukuran frame dari stasiun
tingkat rendah perlu diperlakukan dengan hati-hati karena ada hubungan erat
antara pemanfaatan sistem dan ukuran frame, yaitu, mengurangi ukuran frame
dapat menurunkan efisiensi transmisi IEEE 802.11 MAC .
9.3 QoS enhancement support of 802.11
Fungsi yang paling penting dari
lapisan MAC untuk jaringan nirkabel termasuk akses saluran pengendali adalah menjaga
kualitas layanan ( QoS ) dan menyediakan keamanan. Link Wireless memiliki
karakteristik yang berbeda dari link tetap, seperti tingginya tingkat packet
loss, semburan packet loss, packet re-ordering, dan besar delay paket dan
variasi delay.
Ditunjukkan pada Tabel 9.4 adalah
penundaan rata-rata dari tiga jenis lalu lintas vs jumlah stasiun, termasuk
penundaan antrian. Penundaan rata-rata suara, video, dan latar belakang aliran
yang lebih rendah dari 4ms ketika beban saluran kurang dari 70 persen.
Dalam DCF hanya disediakan aplikasi
multimedia delay-sensitif (misalnya, voice over IP, video conferencing)
membutuhkan bandwidth tertentu, delay, dan jitter jaminan. Dengan DCF, semua
stasiun bersaing untuk saluran dengan prioritas yang sama.
Bahkan dengan menggunakan PCF untuk
mendukung aplikasi multimedia delay-sensitif, mode ini memiliki beberapa
masalah utama yang menyebabkan kinerja QoS yang buruk. Sebagai contoh, PCF hanya
mendefinisikan satu kelas algoritma penjadwalan round-robin, yang tidak bisa
menangani berbagai persyaratan QoS dari berbagai jenis lalu lintas.
9.3.1 Service differentiation techniques of 802.11 DCF
Untuk meningkatkan QoS dan kinerja
sistem secara keseluruhan dari 802.11, telah ada beberapa upaya memperkenalkan
diferensiasi layanan untuk IEEE 802.11 berdasarkan mekanisme DCF MAC:
1. Memvariasikan
DIFS dan backoff waktu.
Berdasarkan 802.11 CSMA/CA standar,
setelah saluran menganggur, jumlah total waktu selama stasiun harus menunggu
sebelum merebut saluran adalah jumlah dari IFS dan waktu backoff acak.
2.
Membatasi panjang frame maksimum.
Mekanisme lain yang dapat digunakan
untuk memperkenalkan diferensiasi layanan ke IEEE 802.11 adalah untuk membatasi
panjang frame maksimum yang digunakan oleh masing-masing stasiun.
3.
Memvariasikan ukuran awal contention-jendela.
Inisial ukuran contention-window,
CWmin merupakan parameter MAC yang efektif untuk mengendalikan waktu backoff.
4.
Blackburst.
Blackburst (teknik channel-jamming)
diusulkan untuk meminimalkan penundaan untuk real-time lalu lintas dengan
memberlakukan persyaratan tertentu pada lalu lintas yang akan diprioritaskan.
Blackburst mensyaratkan bahwa semua stasiun prioritas tinggi mencoba mengakses
media pada interval konstan.
5.
Distributed fair scheduling.
Skema akses yang disebut Distributed
fair scheduling (DFS), yang menerapkan ide dibalik antrian wajar dalam domain
nirkabel.
9.3.2 802.11e: enhanced QoS support
for WLANS
Standar IEEE 802.11e mendukung QoS pada dasar (HCF), yang
mendefinisikan dua ekanisme akses menengah, yaitu :
1. Hybrid coordination function (HCF).
Fungsi
koordinasi hybrid (HCF) menggabungkan metode dari PCF dan DCF.
2. Enhanced
distributed channel access (EDCA).
Parameter set EDCA mendefinisikan prioritas akses
media dengan menetapkan ruang individu interframe, contention window, dan
parameter lainnya per AC.
3. HCF
controlled channel access (HCCA).
Protokol HCF
controlled channel access (HCCA) lebih memperluas akses aturan EDCA dengan
membiarkan prioritas tertinggi akses media ke HC selama CFP dan CP. Lebih
khusus, TXOP dapat diperoleh oleh HC via akses media. HC dapat mengalokasikan
TXOPs untuk dirinya sendiri dan memulai pengiriman MSDU setiap kali membutuhkan
dan setelah mendeteksi media yang menganggur untuk waktu PIFs, dan tanpa
backoff.
9.3.3 WLAN mesh
Untuk membangun sistem distribusi nirkabel dari skala kecil ke skala
besar didasarkan pada infrastruktur WLAN, 802.11s IEEE extended service set (ESS)
diusulkan untuk instalasi, konfigurasi, dan operasi dari WLAN multi-hop jala
[35]. Sebuah jaring WLAN terdiri dari satu set perangkat yang saling
berhubungan satu sama lain melalui link nirkabel, sehingga jala konektivitas. 802.11s
menjadi di atas lapisan PHY ada IEEE 802.11a/b/g/n yang beroperasi di spektrum
tak berlisensi dari 2,4 GHz dan 5 GHz band frekuensi. Spesifikasi ini mencakup
ekstensi dalam pembentukan topologi untuk membuat konfigurasi WLAN mesh setelah
perangkat bertenaga mesin.
9.4 Worldwide interoperability for
microwave access (WiMAX)
IEEE 802.16 standar, sering disebut
sebagai worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) yang menentukan
antarmuka termasuk MAC dan lapisan PHY, untuk akses broadband nirkabel generasi
berikutnya.
Selain itu, dengan berbagai macam dan tingkat transmisi yang tinggi,
WiMAX dapat berfungsi sebagai backhaul untuk hotspot 802.11 saat menghubungkan
ke Internet, yaitu 802.11 hotspot dapat menjadi tempat yang bergerak (seperti
bus atau subrailway) karena dukungan mobilitas, dan pengguna masih dapat
menikmati akses Internet menggunakan perangkat 802.11 customer premise
equipment (CPE). Atau, pengguna juga dapat menghubungkan perangkat mobile
seperti laptop dan handset dengan 802.16 CPE langsung ke BTS WiMAX.
9.4.1 Protocol architecture of
WiMAX
Gambar 9.20 menunjukkan arsitektur protokol umum standar WiMAX, di mana
lapisan MAC terdiri dari tiga sub-lapisan: konvergensi sublayer khusus layanan
(CS), MAC bagian umum sublayer (MAC CPS), dan sublayer keamanan.
9.4.2 QoS differentiation in
802.16d
Kualitas layanan provisioning di IEEE 802.16d dan IEEE 802.16e sedikit
berbeda. Dalam 802.16d, aliran layanan didefinisikan sebagai aliran satu arah
dari MAC SDUs (MSDUs) pada koneksi yang terkait dengan parameter QoS tertentu
seperti latency, jitter, dan throughput.
Tujuan layanan ini adalah untuk mendukung arus layanan real-time yang
menghasilkan paket data variable-size secara periodik, salah satu contohnya
adalah VoIP dengan deteksi diam dimasukkan untuk menghasilkan data rate
variabel.
9.4.3 Frame structure of 802.16
OFDMA
Untuk mendukung berbagai jenis kondisi kanal fisik, sistem IEEE 802.16 OFDMA
mendefinisikan beberapa jenis metode bangunan subchannel, dua yang paling
populer adalah keragaman subcarrier permutasi, juga disebut parsial penggunaan
subchannel (PUSC), dan berdekatan subcarrier permutasi, yaitu modulasi adaptif
coding (AMC) subchannel. Rasio mode ini dapat fleksibel dalam standar IEEE
802.16 (lihat Gambar 9.22).
9.4.4 Bandwidth-request (BW-REQ)
mechanisms
Bandwith request (BW-REQ) di WiMAX
dapat diterbitkan baik sebagai permintaan yang berdiri sendiri atau dalam paket
data uplink sebagai permintaan piggyback yang opsional. Ketika akses jaringan
dimulai, sebuah SS terlibat dengan BS dalam serangkaian kegiatan yang meliputi
power leveling dan sinyal mulai dengan menggunakan serangkaian pesan
mulai-permintaan. Hasil kegiatan ini dikembalikan ke SS menggunakan ranging-response
messages. BS juga terkadang mengirimkan pesan tanggapan terhadap SS untuk
melakukan penyesuaian pengaturan daya atau waktunya.
9.4.5 Scheduling and resource allocation
Ketika BS membuat keputusan
penjadwalan kemudian menginformasikan semua SSS tentang hal itu dengan
menggunakan pesan UL-MAP dan DL-MAP pada setiap awal frame. Pesan-pesan khusus
mendefinisikan secara eksplisit slot yang dialokasikan untuk setiap SS di kedua
arah uplink dan downlink. Penjadwalan dan sumber daya kebijakan alokasi tidak
didefinisikan dalam spesifikasi WiMAX dan terbuka untuk implementasi
alternatif.
Oleh karena itu, penjadwalan dan
alokasi isu kritis adalah bagaimana BS WiMAX terpusat secara efisien dalam mengalokasikan
saluran pada slot yang berbeda untuk SSS berbeda untuk uplink dan downlink
transmisi, pada gilirannya sumber daya ini dialokasikan untuk berbagai koneksi
didukung oleh SSS pada waktu tertentu.
9.4.6 The 802.16j standard: multi-hop relay
Meskipun WiMAX menawarkan
kesempatan unik untuk menyediakan pengguna dengan koneksi broadband, ada banyak
masalah teknis yang harus diperiksa secara hati-hati, termasuk penyebaran
infrastruktur, transmisi data, jaminan pelayanan, dan penjadwalan. Misalnya, tradeoff
antara menggunakan satu titik dengan cakupan besar dan menggunakan banyak titik
dengan cakupan yang lebih kecil.
9.4.7 WiMAX modules for network simulator 2 (ns-2)
Dua IEEE 802.16 modul simulasi yang
tersedia untuk keperluan umum adalah satu dari Jaringan dan Sistem
Terdistribusi Laboratorium (NDSL) dari Universitas Chang Gung (CGU) di Taiwan
dan yang lainnya dari US National Institute of Standar dan Teknologi (NIST).
Modul ini masih dalam tahap awal, dan tidak semua fitur standar telah
dilaksanakan.
802.16 berbasis WiMAX simulasi modul oleh CGU, disebut sebagai kelas
Mac802_16, sesuai dengan spesifikasi IEEE 802.16-2004 (802.16d) standar dan
ns-2 versi 2.29. Modul yang diusulkan terdiri dari sublayer konvergensi (CS)
dan MAC sublayer.
9.5 Internetworking between 802.16
and 802.11
Internetworking dan interoperabilitas antara IEEE 802.16 dan teknologi nirkabel
lainnya, terutama 802.11 merupakan tugas penting yang menjamin penyediaan
jaringan nirkabel yang lebih komprehensif. Protokol MAC 802.11 menggunakan
akses contention, dimana setiap SS harus bersaing untuk mengakses titik akses
nirkabel (AP). Seorang pelanggan jauh dari AP dapat mengalami penurunan kinerja
yang membuatnya sulit untuk mempertahankan persyaratan layanan untuk aplikasi
seperti VoIP dan streaming video.
Dari perspektif MAC, salah satu masalah utama adalah bagaimana
memungkinkan informasi MAC yang terasosiasi dengan frame data yang akan
dipetakan dengan benar di platform nirkabel yang berbeda. Misalnya, mungkin deployment
IEEE 802.16 menggabungkan IEEE 802.16 dan IEEE 802.11 untuk membentuk jaringan
nirkabel baik di luar maupun di dalam ruangan. Hal ini karena mungkin tidak
praktis atau ekonomis untuk menggunakan WiMAX untuk menyediakan cakupan penuh
dari lingkungan dalam ruangan sebagai penghalang dan bahan bangunan dapat
melemahkan sinyal luar ruangan untuk sebagian besar.
MindMap
No comments:
Post a Comment