Wireless MAN

Laporan Praktikum Jaringan Komputer Lanjut

1.    Tujuan

Setelah menyelesaikan modul ini, mahasiswa diharapkan dapat :

1.    Menganalisa dan merancang Line of Sight komunikasi wireless

2.    Menganalisa kualitas komunikasi dengan analisa Link Bugdet

3.    Membuat desain perancangan infrastruktur wireless MAN

4.    Mampu membangun dan melakukan konfigurasi perangkat jaringan wireless

2.    Dasar teori

Jaringan Komputer secara umum ada 4 macam, yaitu LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network) dan Internet.  

            MAN pada dasarnya merupakan versi LAN yang berukuran lebih besar dan biasanya menggunakan teknologi yang sama dengan LAN. MAN dapat mencakup kantor-kantor perusahaan yang letaknya berdekatan atau juga sebuah kota dan dapat dimanfaatkan untuk keperluan pribadi (swasta) atau umum. MAN mampu menunjang data dan suara, bahkan dapat berhubungan dengan jaringan televisi kabel.

Wireless Metropolitan Area Network merupakan pengembangan dari teknologi yang digunakan pada Local Area Network. WMAN memungkinkan kita untuk terkoneksi ke jaringan melalui jaringan wireless seperti pada Local Area Network. Alat – yang digunakan sebagai perangkat jaringan Wireless MAN telah memiliki standarisasi dari IEEE yaitu IEEE 802.11 dan 802.16. Menurut standar yang di buat oleh IEEE ini setiap user bisa  menggunakan jaringan dengan berbagai perangkat koneksi, karena perangkat WMAN yang telah distandarisasikan oleh IEEE ini melayani multiple service dari perangkat apapun yang support dengannya.

            Dengan menggunakan Wireless MAN suatu perusahaan yang menyediakan layanan jaringan, dapat mengurangi biaya pembuatan jaringan mereka, karena untuk level MAN, biaya instalasi jari ngan dengan wireless lebih efisien dibanding dengan menggunakan jaringan kabel seperti Fiber Optic dan sebagainya.

Gambar 1  Wireless MAN (WMAN)

Konsep Dasar Perencanaan Link Transmisi

            Perencanaan link transmisi pada sistem komunikasi merupakan proses dalam merancang lokasi, tipe-tipe perangkat transmitter, receiver, antena, penentuan diameter antena, pemilihan frekuensi, rute transmisi (link), LOS (Line Of Sight) dan Link Budget.

Tahapan Proses Perancangan

Gambar 2Tahapan Proses Perancangan Wireless MAN

Perancangan ini dilakukan dalam 3 tahap yaitu :

1.      Pengumpulan Data

2.      Analisa

3.      Desain

Secara detail langkah-langkah tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :

1.    Pengumpulan data

Teknik pengumpulan data yang dilakukan : Studi pustaka

2.    Analisa

A. Analisa Line of Sight (LoS)

            Survei LoS bertujuan untuk melakukan verifikasi posisi dari perangkat Transmitter dan Receiver di lapangan apakah sudah memenuhi kaidah LoS. Kondisi LoS adalah kondisi tampak pandang antar site tanpa adanya obyek penghalang (obstacle) dari jalur sinyal tower.Analisa ini dilakukan untuk merekomendasikan tempat (site) calon lokasi tower yang menjadi alternatif link serta memperoleh gambaran path profile dari jalur-jalur alternatif.

Survei LoS dapat di implementasikan dengan melakukan survei topografi. Survei topografi terdiri daribeberapatahap yaitu :

a)      Survei lokasi

Survei lokasi bertujuan untuk menentukan alternatif-alternatif titik awal dan titik akhir. Serta memperhatikan apa saja yang menjadi penghalang-penghalang (obstacles) diantara kedua site tersebut.

b)      Study Map

Tujuan pokok dari study map adalah untuk mendapatkan path profile dari ketinggian diatas permukaan bumi kemudian ditambah dengan ketinggian obyek-obyek dibumi yang diperoleh dengan cara survei GPS dan atau melalui aplikasi map.

            Peta yang digunakan dalam study map ini adalah peta Google Earth. Pada peta Google Earth dilakukan penandaan titik awal dan titik akhir jalur serta identifikasi obstacle-obstacle yang ada pada kedua site tersebut. Data yang diperoleh adalah jarak, lintang, bujur, elevasi dari titik-titik tersebut.Selain itu dilakukan juga marking terrain yaitu penandaan titik-titik sepanjang jalur (misalnya setiap 100 m) untuk mendapatkan gambaran ketinggian bumi. Hasil path profile dari study map ini akan dianalisa lebih lanjut untuk analisa LoS menggunakan aplikasi Pathloss.

c)      Survei GPS

Survei GPS merupakan survei yang dilakukan  untuk melakukan  verifikasi data (jarak, lintang, bujur, elevasi) alternatif-alternatif titik awal, akhir dan obstacle-obstacle yang teridentifikasi pada bagian study map.

d)      Perhitungan Fresnel Zone

Menghitung Fresnel Zone Clearance untuk memperoleh gambaran Line of Sight dan perkiraan ketinggian minimal yang perlu di sediakan agar antenna dapat bekerja dengan baik.

Gambar 3. Daerah Fresnel yang memenuhi LoS

e)      Penentuan ketinggian antena

Dengan menggunakan path profile serta tinggi antena hasil analisa menggunakan aplikasi Pathloss dan perhitungan manual, maka profile LoS link antar kedua site dapat diperoleh.

Gambar 4. Perencanaan Tinggi Antena

B.  Analisa Link Budget

            Link budget merupakan suatu metode perhitungan kualitas komunikasi dalam mendesain sebuah sistem komunikasi untuk menentukan apakah sebuah link transmisi layak atau tidak.

            Untuk menghitung link budget dapat menggunakan aplikasi yang salah satunya adalah software Pathloss. Software Pathloss merupakan software yang digunakan untuk melakukan RF Planning. Pathloss merupakan modal utama dalam analisa dan desain link budget pada sistem telekomunikasi.

Beberapa hal yang dapat dilakukan menggunakan Software Pathloss pada penelitian ini adalah :

□   Membuat link profile propagasi

□   Kalkulasi performa link

□   Optimasi ketinggian antena

□   Impor/export data manual dari proses study map (Google Earth) melalui format text

Untuk dapat menghitung link, perlu memasukkan parameter-parameter komunikasi dan spesifikasi perangkat sebagai berikut, yaitu :

1.      Jarak (d) antara antenna pemancar (Tx) dengan antenna penerima (Rx).

2.      Frekuensi antenna pemancar dan antena penerima.

3.      TX Power, merupakan daya dari perangkat transmitter yang akan kita gunakan.

4.      TX Cable Loss, merupakan loss atau kerugian sepanjang kabel yang digunakan.

5.      TX Antenna Gain merupakan penguatan daya dari antenna yang digunakan.

6.      RX Antenna Gain merupakan penguatan daya yang dihasilkan dari antenna penerima.

7.      RX cable Loss sebenarnya hampir sama dengan Tx kabel loss, hanya saja ini terjadi pada daerah penerima atau antenna penerima.

8.      RX Sensitivity merupakan sensitivitas dari antenna penerima dalam hal menangkap sinyal dari antenna pemancar.

Pada analisa link budget akan diperoleh :

a)      Free Space Loss

Menentukan free space loss untuk menghitung besarnya redaman ketika sinyal merambat ke udara.

b)      Effective Isotropic Radiated Power (EIRP)

Perhitungan Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) untuk menentukan daya maksimum gelombang sinyal mikro yang keluar pada transmitter antena.

c)      System Operating Margin (SOM)

Perhitungan System Operating Margin (SOM) dilakukan untuk meyakinkan bahwa sistem yang dirancang akan bekerja secara benar.

Analisa Link Budget dilakukan dengan dua cara yaitu :

a)      Perhitungan Manual

b)      Perhitungan dengan menggunakan Software Pathloss

Dengan software tertentu seperti Pathloss, GlobalMapper, ataupun Radio Mobile penentuan tinggi antenna dapat dicari. Dengan hasil data study map dan survey GPS seperti penjelasan diatas dimasukkan dalam software tersebut maka dapat dikalkulasikan tinggi antena yang dianggap LoS pada jaringannya.

 Gambar 5 Diagram alir proses perhitungan link

Budget dengan Aplikasi Pathloss

Gambar 6 Data Topografi Kontur Bumi dan Penghalang

Gambar 7 Kontur Bumi berdasarkan Data Topografi dan Penghalang

 Gambar 8 Kondisi LOS dengan Pengaturan Ketinggian Antena dan Freznel Zone Clereance

Perhitungan Link Budget

Link budget merupakan sebuah cara untuk menghitung mengenai semua parameter dalam transmisi sinyal, mulai dari gain dan losses dari Tx sampai Rx melalui media transmisi. Dalam hal ini perhitungan dengan media transmisi Wifi.

Link merupakan parameter dalam merencanakan suatu jaringan yang menggunakan media transmisi berbagai macam. Link budget ini dihitung berdasarkan jarak antara transmitter (Tx) dan receiver (Rx). Link budget juga dihitung karena adanya penghalang antara Tx dan Rx missal gedung atau pepohonan. Link budget juga dihitung dengan melihat spesifikasi yang ada pada antenna.

Saat proses transmisi data terjadi melewati ruang udara bebas, timbul redaman berupa free space loss(FSL) yang mengakibatkan adanya penurunan daya gelombang radio, yang dipengaruhi oleh besar frekuensi dan jarak antara titik pengirim dan penerima.

FSL = 92,45 + 20 log D + 20 log f                             (2)

dimana :

FSL = Loss pada Free Space (dB)

D     = Jarak antara pemancar dan penerima (km)

f      = Frekuensi (GHz)

Perhitungan selanjutnya adalah untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya threshold (RSL ≥ Rth)agar sinyal cukup kuat untuk diterima receiver denganb aik. Perhitungan diawali dengan menghitung besaran yang menyatakan kekuatan daya pancar antenna berupa EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), yang dapat dihitung dengan rumus :

EIRP = Ptx + Gtx – Ltx                                              (3)

dimana :

PTx = daya pancar (dBm)

GTx = gain antena pemancar (dBi)

LTx = besarnya losses pada pemancar (dB)

Setelah menghitung FSL dan EIRP, kemudian menghitung System Operating Margin (SOM) untuk meyakinkan bahwa sistem yang dirancang akan bekerja secara benar. Pada dasarnya System Operating Margin (SOM) menghitung selisih antara sinyal yang di terima dengan sensitifitas penerima, yang dapat dihitung dengan rumus :

SOM = Rx signal level – Rx sensitivity/treshold       (4)

dimana :

Rx signal level = Tx power – Tx cable loss + Tx antenna gain – FSL+ Rx antenna gain – Rx cable loss                         (5)

Gambar 9. Hasil Perhitungan Link Budget Aplikasi Pathloss

3.      Alat & Bahan

·         2 Unit PC

·         Software Google Earth

·         Software Pathloss 4.0

·         Software Ms.Excel

·         Access Point Outdoor

·         Kabel UTP

4.      Langkah Kerja

Langkah 1

·         Survei Lokasi

·         Study Map, Survei GPS

·         Perhitungan Fresnel Zonedan

·         Penentuan Ketinggian Antenna

1)      Penentuan titik lokasi koordinat pada aplikasi Google Earth dari dua titik lokasi yang jarak lokasi yang berbeda. Kemudian ditarikkan garis ruler sebagai penghubung antar kedua lokasi sehingga jumlah jarak kedua lokasi dapat mudah diketahui. Pada percobaan ini yang akan kami titik yang kami gunakan yaitu Rumah Sandi dan Rumah Wiwink.

Kemudian dilanjutkan dengan melihat elevation dari setiap lokasi yang dilintasi ruler tersebut. Hal ini berguna untuk melihat ketinggian topografi bumi.

Analisa : Gambar diatas menunjukan bentuk topografi yang dilalui garis pada aplikasi Google Earth antara titik dari Rumah Sandi sampai dengan titik di Rumah Wiwink. Dari penarikan garis tersebut terlihat tinggi rendahnya tanah yang dilalui. Jarak antar ke dua titik ini adalah 3,83 Km.

2)      Memasukkan data elevation tiap 100 meter (elevation tiap 100 meter ) pada aplikasi Ms.Excel.  data tersebut nanti akan di konfersi bentuk .txt dan akan diinput pada terrain data di pathloss untuk menampilkan kontur bumi berdasarkan data topografi dan nantinya akan diberikan penghalang.Hasil convert ke pathloss terrain data dan diberikan penghalang.

Analisa : data elevation untuk setiap jarak yang diperoleh dari study maps diperoleh bentuk diatas. Obyek penghalang yang kami amati berada pada bagian tengah dari antara Rumah Sandi dan Rumah wiwink.

3)      Masukkan data pada summary pathloss seperti yang ditunjukkan dibawah ini.

Analisa :

Latitude adalah garis yang melintang di antara kutub utara dan kutub selatan, yang menghubungkan antar sisi timur dan barat bagian bumi. Sedangkan longitude adalah garis yang membujur yang menghubungkan antara sisi utara dan sisi selatan bumi (kutub). Latitude dan langitude berfungsi untuk memudahkan pencarian titik koodinat dimana kita berada atau lebih jelasnya alamat seseorang berada. Angka latitude dan langitude kita peroleh dari study maps pada aplikasi Google Earth. Angka latitude untuk Rumah Sandi latitude 05 08 08 28 S, langitude 119 28 48.04 E, dan untuk Rumah Wiwink yakni latitude  05 09 37.55 S, longitude 119 27 21.67 E. True Azimuth muncul secara otomatis setelah dimasukkan data latitude dan longitude. Azimuth adalah sudut horizontal yang diukur searah jarum jam dari garis dasar utara. Dalam menghitung true azimuth true, maka kutub utara bumi dianggap sebagai titik azimuth 0º, sedangkan kutub selatan bumi dianggap sebagai titik azimuth 180º. Jarak dari Rumah Sandi ke Rumah Wiwink adalah ±3,83. Elevation didapat dari titik ketinggian pertama (transmiter) dan titik akhir(receiver). Tower antena Radio Model yang digunakan adalah merek TP-LINK TL-WA7210G. Radio model ini yang akan menjadi perangkat transmiter dan receiver dengan ±5 Km jaringan jarak jauh.   

4)      Menetukan ketinggian antenna.

Analisa : ketinggian antenna menjadi sangat penting dalam membangun jaringan WMAN karena akan mempengaruh terhadap pengiriman signal. Pada gambar diatas memiliki antenna yang cukup tinggi dari sisi penerima karena dipengaruhi oleh elevation(tinggi) topografi bentuk bumi. Meskipun, elevation disisi transmitter cukup rendah dari sisi penerima akan tetapi elevation ini yang akan ditambah dengan ketinggian penghalang yang ada beserta ketinggian bangunan dari kedua titik lokasi. Ketinggian antenna berpengaruh terhadap loss signal dan dapat dilihat pada multipath bentuk pancaran sinyalnya.

5)      Kemudian pada worksheets, tentukan antenna yang akan digunakan baik dari sisi transmiter maupun receiver.

 

Analisa : Tampilan pada menu module workdheets.

 

Analisa : Model antena didapat dari model antena yang akan kita gunakan. Tinggi antena pada transmitter(Rumah Sandi) lebih tinggi dari pada receiver(Rumah Wiwink) karena berdasarkan elevation(tinggi) dari permukaan topograpi, rumah riswandi lebih tinggi dari pada rumah hermansyah. Antenna Gain merupakan penguatan daya dari antenna yang digunakan. Antena gain didapat dari spesifikasi radio yang digunakan. Sedangkan untuk True azimuth dan Vertical angle didapat seraca otomatis setelah mengisi tinggi antena dan antena gain.

 

Analisa : Transmission Line TR-TR yang mana jenis kabel yang akan digunakan untuk antena beserta panjang kabel dari antenna ke ruang kontolnya.  Panjang kabel yang digunakan tergantung dari tinggi antena yang digunakan. TX Cable Loss, merupakan loss atau kerugian sepanjang kabel yang digunakan.

 

Analisa : TX Power, merupakan daya dari perangkat transmitter yang akan kita gunakan. TX Power didapat pula dari spesifikasi radio yang digunakan. RX threshold merupakan level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya   (RSL ≥ Rth) agar sinyal cukup kuat untuk diterima receiver dengan baik. RX threshold didapat pula dari spesifikasi dari radio yang digunakan.

Analisa : Frequensi didapat dari spesifikasi radio yang digunakan, spesifikasi yang terdapat pada radio dengan satuan GHz, oleh karena itu dalam Pathloss satuan frequensi yang digunakan adalah satuan MHz.

6)      Pada menu module, pilih multipath maka akan muncul tampilan dibawah ini:

Analisa :  ketinggian antenna yang sebelumnya menghasilkan pancaran sinyal ke penerima seperti diatas dimana bentuk topografi dan gedung penghalang tidak menyentuh sinyal karena tingginya pemasangan antenna dan mengurangi loss sinyal. Pada pancaran sinyalnya, bagian ini di gedung tingginya akan menyebabkan loss sinyal tapi dibandingkan dengan menambahkan tinggi tower, bisa membuat kerugian. Dengan kata lain sinyal loss ini tidak apa apa, karena bandingkan sinya yang terkena gedung dengan pancaran sinyalnya yang dipancarkan, lebih banyak yang pancaran sinyal yang tersebar dibandingkan sinyal lossnya.

7)      Selanjutnya, melihat hasil print data untuk melihat Freznel zone

Analisa : pada gambar diatas diperoleh freznel zone dari dua lokasi.  Menghitung Fresnel Zone Clearance untuk memperoleh gambaran Line of Sight dan perkiraan ketinggian minimal yang perlu di sediakan agar antenna dapat bekerja dengan baik. Antenna diatas dapat bekerja dengan baik karena daerah freznel zone secara simulator masih jauh dari penghalang dan topografi wilayah. Dan kemungkinan memenuhi loss lebih sedikit akan tetapi untuk loss sinyal dengan jarak pengiriman sinyal jarak jauh tidak bias dihindari karena panjang kabel yang digunakan juga mempengaruhi loss.

Data Hasil Percobaan

Ø  Spesification Antenna

Antenna Specification		Cable Specification
Merk	TP link	Merk	UTP
Type	TL-WA7210N	Type	Directional
Polarization	Vertical or Horizontal	Loss Cable/100m	5.63
Frequency Band	2.4 GHz	Length Cable Tx	29.50 m
Gain	12 dbi	Length Cable Rx	32.50 m

Ø    TX-RX

Transmitter		Receiver
Tx Power (dBm)	26 dBm	Rx Threshold	-80 dBm
Antenna Gain	12 dBi	Antenna Gain	12 dBi
Cable Length	29.50 m	Cable Length	32.50 m
Cable Loss	1.66 dB	Cable Loss	1.83 dB

Ø    Radio Model

Menentukan Radio Model untuk antenna. Disini, kami menggunakan radio model merk TP-Link berikut spesifikasinya:

5.      PERHITUNGAN LINK BUDGET

Komponen	Data Pathloss	Perhitungan Manual
Effective Isotropic Received Power (EIRP)	36,24 dBm	36,24 dBm
Free Space Loss (FSL)	111,67 dB	111,45 dB
Receive Signal Level (RSL)	-65,38 dBm	-65,14 dBm
System Operating Margin (SOM)		(-65,14) - (-80) = 14,86 dBm

                                                                         

·         FSL     = 92,45 + 20 Log D + 20 Log f

= 92,45 + 20 Log 3,8 + 20 Log 2,4

= 92,45 + 11,4 + 7,6

= 111,45 dB

·         EIRP   = Ptx + Gtx – Ltx

= 26 + 12 – 1,76

= 38 – 1,76

= 36,24 dBm

·         Rx signal level = Tx power – Tx cable loss + Tx antenna gain – FSL+ Rx antenna gain – Rx cable loss

RSL     = 26 – 1,76 + 12 – 111,45 + 12 – 1,93

            = -65,14

·         SOM   = RSL -  RX Sensitivity

= - 65,14 - (-80 dbm)

= 14,86

Analisa : dari hasil perbandingan perhitungan Link Budget baik perhitungan secara otomatis dan manual diperoleh hasil yang hampir sama. FSL yang diperoleh secara otomatis 124,33 dB karena jarak antar kedua titik cukup jauh dengan melewati ruang udara sehingga mengalami penurunan daya gelombang radio. Dan juga frekuensi yang digunakan cukup besar yaitu 5,85 GHz.