INTERWORKING IEEE 802.16 WIMAX DAN IEEE 802.11 WIFI UNTUK RURAL-NGN
NEXT GENERATION NETWORK WiMAX
Abstrak
(Worldwide Interoperability for Microwave Access) adalah sebuah forum industri yang mensertifikasi dan menstandarisasi produk-produk yang mengimplementasikan standar IEEE 802.16 WirelessMAN. WiMAX merupakan teknologi nirkabel yang dapat mengatasi berbagai aplikasi dengan cakupan MAN, berbeda dengan IEEE 802.11 WiFi (Wireless Fidelity) yang hanya dapat mencakup LAN. Saat ini, teknologi WiFi digunakan untuk jaringan fisik terutama untuk koneksi satu base-station ke base-station yang lain (backhaul) atau ke switching centre. Meskipun penggunaan teknologi WiFi cukup praktis, akan tetapi penggunaan WiFi untuk koneksi backhaul akan menimbulkan beberapa potensi permasalahan karena teknologi WiFi dirancang dan dioptimasi untuk penggunaan dengan cakupan LAN. Penggunaan WiMAX untuk koneksi backhaul pada R-NGN secara teknis dapat dilakukan karena kehadiran WiMAX dapat mengatasi permasalahan pada koneksi backhaul Wi-Fi.
I. Pendahuluan
Latar Belakang Masalah
Indonesia merupakan negara di Asia Tenggara, dengan teledensitas yang rendah. Hal ini diakibatkan oleh ketersediaan layanan telekomunikasi, terutama di pedesaan masih sangat kecil. Salah satu permasalahannya adalah tingginya biaya infrastruktur jaringan kabel dan layanan komunikasi yang tidak dapat dijangkau terutama oleh masyarakat pedesaan.
Salah satu solusi adalah penerapan teknologi IEEE 802.16 WiMAX dan IEEE 802.11 WiFi pada daerahdaerah terpencil, sehingga dapat mengatasi masalah tersebut. Melalui teknologi ini, diharapkan masyarakat di daerah dapat menyelenggarakan layanan komunikasi dengan biaya terjangkau.
II. Pembahasan
WiMAX adalah singkatan dari Worldwide Interoperability for Microwave Access, merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya dengan fitur-fitur yang lebih menarik.
Disamping kecepatan data yang tinggi mampu diberikan, WiMAX juga merupakan teknologi dengan open standar. Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX diantara beberapa vendor yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar (sampai 70 MBps), WiMAX dapat diaplikasikan untuk koneksi broadband ‘last mile’, ataupun backhaul. Yang membedakan WiMAX dengan Wi-Fi adalah standar teknis yang bergabung di dalamnya. Jika WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan ETSI (European Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis yang cocok untuk keperluan WLAN, sedangkan WiMAX merupakan penggabungan antara standar IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN.
Standar keluaran IEEE banyak digunakan secara luas di daerah asalnya, Amerika, sedangkan standar keluaran ETSI meluas penggunaannya di daerah Eropa dan sekitarnya. Untuk membuat teknologi ini dapat digunakan secara global, maka diciptakanlah WiMAX. Kedua standar yang disatukan ini merupakan standar teknis yang memiliki spesifikasi yang sangat cocok untuk menyediakan koneksi berjenis broadband lewat media wireless atau dikenal dengan BWA. Elemen/ perangkat WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan.
Disamping kecepatan data yang tinggi mampu diberikan, WiMAX juga merupakan teknologi dengan open standar. Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX diantara beberapa vendor yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar (sampai 70 MBps), WiMAX dapat diaplikasikan untuk koneksi broadband ‘last mile’, ataupun backhaul. Yang membedakan WiMAX dengan Wi-Fi adalah standar teknis yang bergabung di dalamnya. Jika WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan ETSI (European Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis yang cocok untuk keperluan WLAN, sedangkan WiMAX merupakan penggabungan antara standar IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN.
Standar keluaran IEEE banyak digunakan secara luas di daerah asalnya, Amerika, sedangkan standar keluaran ETSI meluas penggunaannya di daerah Eropa dan sekitarnya. Untuk membuat teknologi ini dapat digunakan secara global, maka diciptakanlah WiMAX. Kedua standar yang disatukan ini merupakan standar teknis yang memiliki spesifikasi yang sangat cocok untuk menyediakan koneksi berjenis broadband lewat media wireless atau dikenal dengan BWA. Elemen/ perangkat WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan.
Sejak dikembangkannya perangkat-perangkat berbasis nirkabel 802.11b, yang dikenal sebagai Wi-Fi ( wireless fidelity ), yang penerapannya untuk publik disebut HotSpot, tingkat pengadopsian teknologi nirkabel ini bukan saja lebih luas, kecepatan transfer datanya pun semakin meningkat. Karenanya, banyak perangkat-perangkat yang berbasis 802.11b (11 MB pada 2,4 GHz) digantikan dengan yang lebih cepat, seperti 802.11g (54 MB pada 2,4 GHz) dan, untuk beberapa hal tertentu, oleh 802.11a (54 MB pada 5 GHz), yang semuanya berada dalam jangkauan komunikasi nirkabel lokal (LAN, local area network ).
Perkembangan selanjutnya, adalah WiMAX, yang dapat menjangkau radius area 30 mil, yang cocok digunakan baik untuk area perkotaan maupun pedesaan. WiMAX bukan akan menjadi satu-satunya backbone komunikasi berbasis broadband , karenanya, nantinya, berbagai perangkat nirkabel akan dapat memanfaatkan keduanya, baik WiMAX maupun Wi-Fi. WiMAX sebenarnya merupakan versi perpanjangan dari Wi-Fi, yang umumnya lebih banyak digunakan untuk di dalam ruangan ( indoor ), meski untuk outdoor -nya juga dimungkinkan, tetapi biayanya lebih besar.
Kapasitas dan kecepatannya jelas lebih besar dengan cakupan yang lebih luas. WiMAX, meski disebut sebagai berstandar 802.16, kenyataan tak hanya itu. Saat ini, forum WiMAX, yang digagas oleh Nokia dan Ensemble Communications Inc., telah didukung oleh lebih dari 180 perusahaan, antara lain Fujitsu, BT, Intel, Pacific Century Cyberworks (PCCW), China Mobile Telecom, France Telecom, Alcatel, Telenor dan Qwest.
Perkembangan selanjutnya, adalah WiMAX, yang dapat menjangkau radius area 30 mil, yang cocok digunakan baik untuk area perkotaan maupun pedesaan. WiMAX bukan akan menjadi satu-satunya backbone komunikasi berbasis broadband , karenanya, nantinya, berbagai perangkat nirkabel akan dapat memanfaatkan keduanya, baik WiMAX maupun Wi-Fi. WiMAX sebenarnya merupakan versi perpanjangan dari Wi-Fi, yang umumnya lebih banyak digunakan untuk di dalam ruangan ( indoor ), meski untuk outdoor -nya juga dimungkinkan, tetapi biayanya lebih besar.
Kapasitas dan kecepatannya jelas lebih besar dengan cakupan yang lebih luas. WiMAX, meski disebut sebagai berstandar 802.16, kenyataan tak hanya itu. Saat ini, forum WiMAX, yang digagas oleh Nokia dan Ensemble Communications Inc., telah didukung oleh lebih dari 180 perusahaan, antara lain Fujitsu, BT, Intel, Pacific Century Cyberworks (PCCW), China Mobile Telecom, France Telecom, Alcatel, Telenor dan Qwest.
Gambar 1: 802.16/HiperMAN - Broadband Wireless Access in the Last Mile (Alvarion)
Ini menunjukkan bahwa WiMAX mendapat perhatian yang sangat besar dari kalangan perusahaan atau operator yang tertarik untuk mengembangkan komunikasi nirkabel broadband kecepatan tinggi yang terkategori generasi keempat (4G). WiMAX (4G) ini dapat diintegrasikan dengan jejaring kabel Ethernet. Ini semakin memungkinkan pedesaan di pedalaman dapat terhubung menggunakan jejaring kabel Ethernet menggunakan telepon IP (VoIP).
Komunikasi data paket berbasis IP (Protokol Internet) dapat dioptimalkan oleh WiMAX. Meskipun standar WiMAX tak memasukkan dukungan penuh terhadap perangkat bergerak (karena tak ditujukan untuk mematikan 3G, seperti PDA (personal digital assistant) dan ponsel, namun kehadirannya sangat revolusioner, yang boleh dikata akan mengancam duopoli cable modem/DSL (Digital Subscriber Line). Dengan WiMax, nantinya, selain jangkauan layanannya yang lebih luas dan menutup blankspot, juga koneksi akan tersedia di mana saja (always on). Berikut grafik progress dari teknologi WiMAX
WiMAX adalah teknologi yang berbasis pada frekuensi, yang sangat bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi. Sistem wireless mengenal dua jenis band frekuensi yaitu Licensed Band dan Unlicensed Band. Licensed band membutuhkan lisensi atau otoritas dari regulator, yang mana operator yang memperoleh licensed band diberikan hak eksklusif untuk menyelenggarakan layanan dalam suatu area tertentu. Sementara Unlicensed Band yang tidak membutuhkan lisensi dalam penggunaannya memungkinkan setiap orang menggunakan frekuensi secara bebas di semua area. WiMAX Forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication profile untuk Fixed WiMAX (band 3.5 GHz dan 5.8 GHz), sementara untuk Mobile WiMAX ditetapkan 4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz dan 3.5 GHz. Kemudian untuk elemen-elemen yang terdapat dalam wiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan. Base Station (BS) merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu lokasi (colocated) dengan jaringan Internet Protocol (IP). Dari BS ini akan disambungkan ke beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang mengikuti standar WiMAX.
Komponen BS terdiri dari:
- NPU (networking processing unit card)
- AU (access unit card)up to 6 +1
- PIU (power interface unit) 1+1
- AVU (air ventilation unit)
- PSU (power supply unit) 3+1
CPE terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), perangkat radionya ada yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena.
Arsitektur dari WiMAX terdiri dari 3 arsitektur, yaitu sebagai berikut :
1. Arsitektur mobile WiMAX network
Ada 3 komponen utama dalam arsitektur mobile WiMAX menurut WiMAX forum, yaitu user terminal, ASN dan CSN sebagai berikut:
2. Arsitektur penyelenggaraan WiMAX
Ada 3 skenario utama, yaitu poin to point, point to multipoint, dan mesh, sbb:
3. Arsitektur Protokol mobile WiMAX
Mobile WiMAX Network Architecture yang ditetapkan oleh WiMAX Forum diatas yang terdiri dari User Terminal,ASN,dan CSN terdiri dari layer-layer protokol seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini:
Beberapa protokol yang terlibat sebagai berikut:
1. IPv6 dan IPv6CS
Merupakan protokol yang dikembangkan dari IPv4, memiliki panjang alamat sebesar 128bit untuk menyampaikan paket ke alamat yang tepat. Sedangkan IPv6CS merupakan IPv6 yang digunakan untuk membentuk hubungan antara satu komponen jaringan dengan yang lain secara connection oriented.
2. MAC berfungsi untuk mengatur akses untuk radio channel melalui pembentukan suatu frame-frame.
3. PHY berfungsi untuk menghubungkan media fisik antara satu komponen jaringan dengan yang lain, transmisi bit-bit, serta pemrosesan sinyal
4. GRE (Generic Routing Encapsulation) Merupakan protokol yang digunakan untuk tunneling, digunakan untuk membawa paket IPv6 antara BS dan AR/ASN-GW.
Tinjauan teknologi dan layanan yang terdapat pada wiMAX adalah sebagai berikut : WiMax adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan standar dan implementasi yang mampu beroperasi berdasarkan jaringan nirkabel IEEE 802.16, seperti WiFi yang beroperasi berdasarkan standar Wireless LAN IEEE802.11. Namun, dalam implementasinya WiMax sangat berbeda dengan WiFi. Pada WiFi, sebagaimana OSI Layer, adalah standar pada lapis kedua, dimana Media 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 penjadualan (scheduling algorithm). Dengan metode akses kompetisi, maka layanan seperti Voice over IP atau IPTV yang tergantung kepada Kualitas Layanan (Quality of Service) yang stabil menjadi kurang baik. Sedangkan pada WiMax, dimana digunakan algoritma penjadualan, maka bila setelah sebuah terminal mendapat garansi untuk memperoleh sejumlah sumber daya (seperti timeslot), maka jaringan nirkabel akan terus memberikan sumber daya ini selama terminal membutuhkannya. Standar WiMax dirancang untuk rentang frekuensi 10 s.d. 66 GHz. 802.16a, diperbaharui menjadi 802.16-2004 (dikenal juga dengan 802.16d) menambahkan rentang frekuensi 2 s.d. 11 GHz dalam spesifikasi. 802.16d dikenal juga dengan fixed WiMax, diperbaharui lagi menjadi 802.16e (mobile WiMax) dan menggunakan orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) yang lebih memiliki skalabilitas dibandingkan dengan standar 802.16d yang menggunakan OFDM 256 sub-carriers.
Penggunaan OFDM yang baru ini memberikan keuntungan dalam hal cakupang, instalasi, konsumsi daya, penggunaan frekuensi dan efisiensi pita frekuensi. WiMax yang menggunakan standar 802.16e memiliki kemampuan hand over atau hand off, sebagaimana layaknya pada komunikasi selular. Banyaknya institusi yang tertarik atas standar 802.16d dan .16e karena standar ini menggunakan frekuensi yang lebih rendah sehingga lebih baik terhadap redaman dan dengan demikian memiliki daya penetrasi yang lebih baik di dalam gedung.
Spesifikasi WiMax membawa perbaikan atas keterbatasan-keterbatasan standar WiFi dengan memberikan lebar pita yang lebih besar dan enkripsi yang lebih bagus. Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh karena itu sistem WiMAX sangat mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala kecil. Namun kemampuan mobility dari Mobile WiMAX masih berada dibawah kemampuan teknologi selular.
Sedangkan MAC pada WiMax menggunakan metode akses yang berbasis algoritma penjadualan (scheduling algorithm). Dengan metode akses kompetisi, maka layanan seperti Voice over IP atau IPTV yang tergantung kepada Kualitas Layanan (Quality of Service) yang stabil menjadi kurang baik. Sedangkan pada WiMax, dimana digunakan algoritma penjadualan, maka bila setelah sebuah terminal mendapat garansi untuk memperoleh sejumlah sumber daya (seperti timeslot), maka jaringan nirkabel akan terus memberikan sumber daya ini selama terminal membutuhkannya. Standar WiMax dirancang untuk rentang frekuensi 10 s.d. 66 GHz. 802.16a, diperbaharui menjadi 802.16-2004 (dikenal juga dengan 802.16d) menambahkan rentang frekuensi 2 s.d. 11 GHz dalam spesifikasi. 802.16d dikenal juga dengan fixed WiMax, diperbaharui lagi menjadi 802.16e (mobile WiMax) dan menggunakan orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) yang lebih memiliki skalabilitas dibandingkan dengan standar 802.16d yang menggunakan OFDM 256 sub-carriers.
Penggunaan OFDM yang baru ini memberikan keuntungan dalam hal cakupang, instalasi, konsumsi daya, penggunaan frekuensi dan efisiensi pita frekuensi. WiMax yang menggunakan standar 802.16e memiliki kemampuan hand over atau hand off, sebagaimana layaknya pada komunikasi selular. Banyaknya institusi yang tertarik atas standar 802.16d dan .16e karena standar ini menggunakan frekuensi yang lebih rendah sehingga lebih baik terhadap redaman dan dengan demikian memiliki daya penetrasi yang lebih baik di dalam gedung.
Spesifikasi WiMax membawa perbaikan atas keterbatasan-keterbatasan standar WiFi dengan memberikan lebar pita yang lebih besar dan enkripsi yang lebih bagus. Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh karena itu sistem WiMAX sangat mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala kecil. Namun kemampuan mobility dari Mobile WiMAX masih berada dibawah kemampuan teknologi selular.
Beberapa manfaat dan keuntungan dari WiMAX antara lain :
· Para operator telekomunikasi dapat menghemat investasi perangkat, karena kemampuan WiMAX dapat melayani pelanggannya dengan area yang lebih luas dan tingkat kompatibilitas lebih tinggi.
· WiMAX salah satu teknologi memudahkan dalam mendapatkan koneksi Internet yang berkualitas dalam melakukan aktivitas.
· Teknologi WiMAX dapat melayani para subscriber, baik yang berada dalam posisi Line Of Sight (posisi perangkat-perangkat yang ingin berkomunikasi masih berada dalam jarak pandang yang lurus dan bebas dari penghalang apa pun di depannya) dengan BTS maupun yang tidak memungkinkan untuk itu (Non-Line Of Sight). Jadi di mana pun para penggunanya berada, selama masih masuk dalam area coverage sebuah BTS (Base Transceiver Stations), mereka mungkin masih dapat menikmati koneksi yang dihantarkan oleh BTS tersebut.
· Dapat melayani baik para pengguna dengan antena tetap (fixed wireless)maupun yang sering berpindah-pindah tempat atau perangkat mobile lainnya.
· WiMAX mempunyai sistem kerja MAC (Media Access Control) yang ada pada Data Link Layer yang merupakan connection oriented, sehingga memungkinkan pengguna melakukan komunikasi berbentuk video dan suara.
Standar IEEE 802.16 WiMAX
Pada awalnya standar IEEE 802.16 beroperasi pada frekuensi 10-66 GHz dan line of sight (LOS), tetapi pengembangan IEEE 802.16a yang disahkan pada bulan Maret 2004, menggunakan frekuensi yang lebih rendah yaitu sebesar 2-11 GHz, sehingga mudah diatur, dan tidak memerlukan LOS. WiMAX dapat mencakup area sekitar 50 km dan kecepatan pengiriman data sebesar 70 Mbps. WiMAX mampu menangani sampai ribuan pengguna sekaligus. Standar IEEE 802.16a kemudian direvisi menjadi IEEE 802.16b yang menekankan segala keperluan dan permasalahan dengan quality of service (QoS) lalu IEEE 802.16c yang menekankan pada interoperability dengan
Tabel Standart IEEE 802.16
protokol- protokol lain, IEEE 802.16e menekankan pada penggunaan secara mobile.
Layer Protokol IEEE 802.16 WiMAX
MAC terdiri dari 3 sublayer. Service-Specific Convergence Sublayer (CS) menyediakan semua transformasi dan mapping dari data eksternal, diterima melalui CS service access point (SAP), kepada MAC SDUs diterima oleh MAC Common Part Sublayer (CPS) melalui MAC SAP. MAC CPS menyediakan inti fungsi MAC dari sistem akses, alokasi bandwidth, membuat koneksi, dan memelihari koneksi. MAC juga terdiri dari sublayer keamanan yang menyediakan autentifikasi, pertukaran kunci dengan aman, dan enkripsi. Data PHY control, dan statistik ditransfer diantara MAC CPS dan PHY, melalui PHY SAP.
Gambar Layer Protokol Standar IEEE 802.16
Tabel fitur-fitur physical layer WiMAX
Fitur-fitur MAC layer, ditunjukkan pada table berikut.
Tabel fitur-fitur MAC layer WiMAX
III. Kesimpulan
Dari permasalahan dan pembahasan yang dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
Ø WiMAX merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas.
Ø WiMAX sebenarnya merupakan versi perpanjangan dari Wi-Fi, yang umumnya lebih banyak digunakan untuk di dalam ruangan ( indoor ), meski untuk outdoor -nya juga dimungkinkan, tetapi biayanya lebih besar.
Ø WiMAX sangat bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi.
Ø Elemen-elemen yang terdapat dalam WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan.
Ø Keunggulan Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi.
