Physical Layer Computer Networks Eko Prasetyo Teknik Informatika

Physical Layer Computer Networks Eko Prasetyo Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Gresik 2012

Gelombang � � � Perubahan voltage pada sinyal dilakukan untuk membedakan bit 0 dan 1. Sumbu x menyatakan waktu, sumbu y menyatakan tegangan. Satu gelombang adalah satu siklus sinusoidal (dalam satuan jarak). Frekuensi adalah banyaknya gelombang (sinusoidal) yang terjadi dalam satuan waktu (second) dalam satuan Hertz (laju perubahan tegangan). Dengan memberikan frekuensi yang lebih tinggi (lebih banyak gelombang dalam satuan waktu) secara teori akan meningkatkan bandwidth (jumlah gelombang yang dapat ditransmisikan dalam satuan waktu) ◦ Secara berkesinambungan akan lebih banyak data digital yang ditransmisikan 2

Bandwidth-Limited Signal (a) Sinyal biner dan amplitudo deret Fourier (b) (c) Pendekatan sinyal asli bila menggunakan 1 dan 2 harmonisa 3

Bandwidth-Limited Signal (2) (d) (e) Pendekatan sinyal asli bila menggunakan 4 dan 8 harmonisa 4

Bandwidth � Tidak ada fasilitas transmisi yang dapat mengirimkan sinyal tanpa kehilangan beberapa kekuatannya selama proses. � Jika semua komponen Fourier sama-sama berkurang, sinyal yang dihasilkan akan berkurang dalam amplitudo tetapi tidak terdistorsi (akan memiliki bentuk square-off). � Bandwidth merupakan properti fisik media transmisi. ◦ Biasanya dari 0 Hz hingga n Hz. � Bandwidth juga digunakan untuk mengacu kapasitas pembawa data dari media dalam bit per detik (bps). � Bandwidth tinggi berarti bandwidth mempunyai laju data yang tinggi. � Bandwidth adalah properti fisik dari media transmisi ◦ Tergantung pada ketebalan, konstruksi, dan panjang media. 5

Bandwidth saluran telepon � Jumlah bit yang dapat ditransmisikan tiap satuan waktu disebut dengan kapasitas channel (bit rate) ◦ Dinyatakan dengan C bits/sec (bps), artinya ada C bit yang dapat diangkut media dalam waktu satu detik. � Jika jumlah bit yang ditransmisikan ada 8, maka waktu yang diperlukan oleh 1 bit untuk sampai ditujuan (T) adalah 8/C detik. � Karena periode (T) adalah inverse dari frekuensi (f) maka frekuensi harmonisa pertama yang sampai di penerima adalah C/8 Hertz. � Saluran telepon mempunyai cut-off frekuensi sekitar 3000 Hz (frekuensi voice saluran telepon 300 Hz – 4 k. Hz), jumlah harmonisa pertama adalah 3000/f = 3000/(C/8) = 24000/C. ◦ Dari sini dapat ditentukan besar periode (T), frekuensi yang digunakan (f), jumlah harmonisa pertama. 6

Bandwidth saluran telepon Jumlah Bit rate (bps) Periode (T) msec Frekuensi (f) Hz harmonisa pertama Hz (C) ( C/8 ) ( 1/T ) ( 24000/C ) 300 26. 67 37. 50 80 600 13. 33 75 40 1200 6. 67 150 20 2400 3. 33 300 10 4800 1. 67 600 5 9600 0. 83 1, 200 2. 5 19200 0. 42 2, 400 1. 25 38400 0. 21 4, 800 0. 625 76800 0. 10 9, 600 0. 3125 153600 0. 05 19, 200 0. 15625 307200 0. 03 38, 400 0. 078125 7

Kapasitas channel �Bandwidth tergantung dari tiga hal yang saling terkait : jarak, frekuensi, dan rasio sinyal-to-noise (S/N). �Teorema Nyquist: ◦ Max C = 2 B log 2 M bit/sec ◦ Asumsi: dianggap saluran tanpa noise �B adalah lebar �M adalah level pita bandwidth (Hz), tegangan sinyal yang digunakan. �Misalnya, jika lebar pita bandwidth tanpa noise adalah 3 k. Hz (saluran voiceband modem konvensional), menggunakan 2 level sinyal, maka saluran tersebut mempunyai rate paling tinggi adalah 2*3*103*log 22 = 6000 8 bps.

Kapasitas channel � Selalu ada random (thermal) noise yang hadir karena gerakan molekul dalam sistem. ◦ Jumlah noise termal diukur dengan rasio dari kekuatan sinyal terhadap kekuatan noise, yang disebut rasio signalto-noise. � Jika S menyatakan daya sinyal dan kekuatan noise dengan N, rasio signal-to-noise adalah S/N. � Biasanya, rasio sendiri tidak diambil langsung, melainkan kuantitas 10 log 10 S/N yang diberikan. ◦ Unit-unit ini disebut desibel (d. B). ◦ Rasio S/N 10 adalah 10 d. B, rasio 100 adalah 20 d. B, rasio dari 1000 adalah 30 d. B, dst. � Nilai S/N yang digunakan dalam teorema Shannon adalah S/N kuantitas dari formula diatas. ◦ S/Nd. B = 10 log 10 S/N ◦ S/Nd. B adalah kuantitas decibel, sedangkan S/N yang digunakan dalam teorema Shannon adalah S/N sebelum d. B 9

Kapasitas channel �Hasil utama Shannon: data rate maksimum saluran bernoise dimana bandwidth adalah B Hz, dan rasio signalto-noise S/N, diberikan oleh : ◦ Max C = B log 2(1+S/N) �Misalnya, saluran-bandwidth 3000 Hz dengan rasio sinyal terhadap noise termal dari 30 d. B, maka 30 d. B = 10 log 10 S/N, S/N = 1000. ◦ Jika dimasukkan kedalam teorema Shannon maka C = 3000*log 2(1+1000) = 3000*9. 9672 = 29901 bps, atau dibulatkan 30000 bps. 10

Permasalahan Bandwidth � Permasalahan 1. dalam bandwidth: Atenuasi (redaman). Sinyal kehilangan energi karena jarak. Frekuensi yang berbeda jumlah energi yang hilang jumlahnya juga berbeda, karena sinyal yang asli terdistorsi. 2. Delay distorsi. Frekuensi yang berbeda-beda merambat dengan kecepatan yang berbeda dalam kabel, sehingga pada jarak jauh sinyal tersebut terdistorsi. 3. Noise - noise termal dalam sebuah kabel. Interferensi dari kabel lainnya. Lonjakan dalam daya. � Untuk masalah 1 dan 2 dapat diselesaikan dengan : repeater dan amplifier, jangan gunakan frekuensi tertentu (di atas titik cut-off). � Untuk semua masalah error dapat diselesaikan dengan deteksi error. 11

Voiceband Modem �Data rate 56 kbps sesuai teorema Nyquist. �Menggunakan channel telepon lebarnya sekitar 4000 Hz (termasuk guard band). �Jumlah maksimum sampel per detik (jumlah sampel baud per detik untuk modulasi QAM yang digunakan) secara independen adalah 8000 sampel/sec. �Jumlah bit per sampel di Amerika Serikat dengan QAM-256 adalah 8, satu bit digunakan untuk tujuan kontrol sedangkan tujuh bit untuk data, sehingga data rate pengguna 56000 bit/sec, ◦ Didapatkan dari jumlah sampel baud/sec x jumlah bit data/sampel baud = 8000 x 7 = 56000 bps. 12

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) � Teknologi modem yang bekerja pada frekuensi antara 34 k. Hz (ada yang 25 k. Hz) sampai 1104 k. Hz. � Penyebab utama perbedaan kecepatan transfer data antara modem ADSL dengan modem konvensional (yang bekerja pada frekuensi di bawah 4 k. Hz). ◦ Modem konvensional (voiceband modem) 0. 3 - 4 k. Hz. Band suara berfrekuensi : 0 – 20 k. Hz). � Keuntungan ADSL adalah memberikan kemampuan akses internet berkecepatan tinggi dan suara/fax secara simultan ◦ Di sisi pelanggan menggunakan splitter untuk memisahkan saluran telepon dan saluran modem. Pita frekuensi ADSL 13

Sistem hubungan ADSL dan telepon pada sistem jalur telepon 14

Perbedaan modem ADSL dan Voiceband Kebanyakan modem ADSL berada di luar komputer atau eksternal dan dihubungkan melalui kabel jaringan Ethernet/ USB � Sistem operasi tidak mengenali modem ADSL eksternal, � ◦ ◦ � Pada modem ADSL internal, sistem operasi menggunakan antarmuka seperti modem konvensional. ◦ � Modem voiceband menggunakan frekuensi yang sama dengan saluran suara yaitu 0 -4 k. Hz. Sehingga pada saat modem konvensional digunakan, saluran telepon tidak dapat dipakai untuk panggilan atau menerima panggilan karena suara berfrekuensi 0. 3 – 20 k. Hz. . Modem ADSL kecepatan transfer data upstream sekitar 64 kbps – 128 kbps, downstream 384 kbps – 512 kbps. ◦ � Asumsi bahwa seiring penambahan kecepatan CPU, modem ADSL internal akan lebih mudah diimplementasikan. ADSL menggunakan frekuensi modulasi dari 25 k. Hz hingga di atas 1 MHz agar tidak mengganggu saluran suara pada spektrum 0 -4 k. Hz. ◦ � Sehingga tidak ada cara lain untuk menghubungkan kecuali secara jaringan. Meskipun dengan kabel USB, Microsoft Windows akan mendeteksi sebuah kartu jaringan yang terhubung ke modem ADSL melalui driver yang telah diinstall. Voiceband modem terbatas pada kisaran 50 -56 kbps. Modem ADSL hanya dapat dihubungkan dengan line DSLAM 15

Kekurangan ADSL Semakin jauh jarak antara modem dengan PC, atau saluran telepon dengan gardu telepon, maka semakin lambat pula kecepatan mengakses internetnya. � Tidak semua software dapat menggunakan modem ADSL. � Adanya load coils yang dipakai untuk memberikan layanan telepon ke daerah-daerah. � Adanya bridged tap, � ◦ Yaitu bagian kabel yang tidak berada pada jalur yang langsung antara pelanggan dan CO. ◦ Bridged tap ini dapat menimbulkan noise yang mengganggu kinerja DSL. � Penggunaan fiber optic tidak sesuai dengan sistem ADSL yang masih menggunakan saluran analog yaitu kabel tembaga, ◦ Sehingga akan sulit dalam pengiriman sinyal melalui fiber optic. � Kecepatan koneksi modem ADSL masih tergantung dengan jarak tiang DSLAM terdekat. 16

Klasifikasi media transmisi �Media transmisi ◦ Jalur fisik antara transmiter dan receiver �Guided Media ◦ Gelombang di guide sepanjang media yang solid ◦ Contoh: twisted pair, kabel coaxial, fiber optik �Unguided Media ◦ Memberikan sarana untuk transmisi tetapi tidak meng-guide sinyal elektromagnetik ◦ Biasanya disebut transmisi nirkabel (wireless transmission) ◦ Contoh: atmosfer, ruang angkasa 17

Spektrum elektromagnetik 18

Twisted Pair Media transmisi yang tertua dan masih paling umum digunakan. � Sebuah twisted pair terdiri dari dua kawat tembaga, biasanya tebal sekitar 1 mm. � Kabel dipilin bersama-sama dalam bentuk heliks, seperti molekul DNA. � Pemilinan dilakukan karena dua kawat paralel mempunyai resistansi yang baik. � ◦ Bila kabel dipilin, gelombang dari pilinan yang lain tidak akan mengganggu, sehingga radiasi antar kawat lebih kecil � Penggunaan yang paling umum dari twisted pair adalah sistem telepon Kabel UTP : (a) kategori 3; (b) kategori 5 19

Kategori kabel UTP � Kategori 1 (tidak didefinisikan oleh ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Mendukung frekuensi kurang dari 1 MHz. Aplikasi umum meliputi sistem suara telepon analog. Tidak pernah ada dalam versi Standar 568. � Kategori 2 (tidak didefinisikan oleh ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Mendukung frekuensi hingga 4 MHz. Ini tidak umum digunakan, kecuali dalam instalasi yang menggunakan twisted-pair ARCNet dan jaringan Local. Talk Apple. Persyaratan yang didasarkan pada sistem pengkabelan milik IBM. Tidak pernah ada dalam versi Standar 568. � Kategori 3 (diakui tipe kabel ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Mendukung data rate sampai 16 MHz. Merupakan jenis UTP yang paling umum selama beberapa tahun yang dimulai pada akhir 1980 -an. ◦ Aplikasi umum meliputi 4 Mbps UTP Token Ring, Ethernet 10 Base-T, 100 Base. T 4, dan sistem telepon digital dan analog. Pengecualiannya dalam standar 568 -B adalah untuk aplikasi suara. � Kategori 4 (tidak didefinisikan oleh ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Mendukung frekuensi hingga 20 MHz, khususnya sebagai respon terhadap kebutuhan solusi UTP untuk 16 Mbps Token Ring LAN. Saat itu cepat tergeser di pasar ketika kategori 5 dikembangkan, sedangkan kategori 5 memberikan lima kali bandwidth hanya dengan kenaikan kecil dalam harga. ◦ Kategori 4 adalah kabel yang diakui di standar 568 -A, tetapi telah dikeluarkan dari ANSI/TIA/EIA-568 -B. 20

Kategori kabel UTP (2) � Kategori 5 (termasuk dalam ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Kabel yang paling umum digunakan, sampai instalasi yang baru mulai menggunakan versi yang disempurnakan. Saat ini masih yang paling umum digunakan karena kabel pilihan selama booming infrastruktur besar tahun 1990 -an. Kabel ini dirancang untuk mendukung frekuensi hingga 100 MHz, dengan data transfer 100 Mbits/22 db. Aplikasi termasuk 100 Base-TX, PMD (FDDI atas tembaga), 155 Mbps ATM over UTP, dan berkat teknik pengkodean yang canggih, 1000 Base-T Ethernet untuk mendukung aplikasi 1000 Base-T. Panjang maksimal 100 -150 meter. � Kategori 5 e (diakui tipe kabel ANSI/TIA/EIA-568 -B) ◦ Kategori 5 e (kategori 5 enhanced) diperkenalkan dengan addendum standard kabel TIA/EIA-568 -A-5. Meskipun memiliki nilai bandwidth yang sama seperti kategori 5 yaitu 100 MHz kriteria kinerja tambahan dan persyaratan transmisi uji ketat membuatnya lebih cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi seperti Gigabit Ethernet. Wilayah aplikasinya sama seperti kabel kategori 5 kabel. Dan sekarang diakui kategori kabel minimum untuk transmisi data dalam ANSI/TIA/EIA-568 -B. 21

Kategori kabel UTP (3) � Kategori 6 (diakui tipekabel ANSI/TIA/EIA-568 -B) � Kategori 7 ◦ Secara resmi diakui dengan diterbitkannya penambahan ANSI/TIA/EIA-568 -B pada bulan Juni 2002. ◦ Selain persyaratan kinerja yang lebih ketat dibandingkan dengan kategori 5 e, bandwidth yang dapat digunakan 200 MHz. ◦ Penggunaannya dimaksudkan adalah untuk Gigabit Ethernet dan tingkat transmisi masa depan berkecepatan tinggi. Keberhasilan penerapan kabel kategori 6 memerlukan komponen yang cocok di semua bagian saluran transmisi yaitu : patch cord, konektor, dan kabel. ◦ Data transfer untuk ethernet 2, 5 Gbits dengan panjang 100 meter atau 10 Gbits untuk panjang 25 meter ◦ Bandwidth sampai dengan 200 MHz atau 700 Mhz. Digunakan untuk Giga-Ethernet / 20. 8 db (Gigabit Ethernet) 22

Konektor UTP Konektor RJ-45 untuk UTP kategori 5 dengan 8 pin Penentuan posisi pin kabel UTP kategori 5 23

Skema kabel UTP � ANSI/TIA/EIA-568 -B memberikan skema pengkabelan universal, ◦ Tetapi penggunaan skema selain standart juga tidak disalahkan. Ada 2 skema kabel yang ditentukan, keduanya cocok untuk operasi baik suara atau LAN berkecepatan tinggi. � Skema kabel: T 568 A dan T 568 B. � Pin Warna kabel 1 Putih/Orange 2 Orange 3 Putih/Hijau 4 Biru 5 Putih/Biru 6 Hijau 7 Putih/Coklat 8 Coklat Pola pengkabelan T 568 B 24

Pin Warna kabel 1 Putih/ Hijau 2 Hijau 3 Putih/ Orange 4 Biru 5 Putih/Biru 6 Orange 7 Putih/Coklat 8 Coklat Pola pengkabelan T 568 A 25

Tipe penyambungan kabel UTP � Ada 2 tipe: straight dan crossover � Straight ◦ Digunakan pada saat menyambungkan antara PC dengan hub/switch. Atau pada kasus tertentu juga digunakan pada penyambungan antara dua switch. � Crossover ◦ Digunakan ketika ingin menyambungkan antara dua komputer atau antara dua hub/switch. Caranya dengan melakukan penyilangan pada dua konektor Pin sisi 1 Warna kabel Pin sisi 2 1 (transmit +) Putih/Orange 3 (receive +) 2 (transmit -) Orange 6 (receive -) 3 (receive +) Putih/Hijau 1 (transmit +) 6 (receive -) Hijau 2 (transmit -) Penyambungan straight dengan standart T 568 B Penyambungan crossover antara standart T 568 B dengan T 568 A 26

Shielded Twisted Pair (STP) � STP IBM diperkenalkan pada awal 1980 -an, tetapi belum terbukti populer di luar instalasi IBM. � STP menggunakan pelindung tembaga yang melilit, dapat memberikan perlindungan yang cukup terhadap interferensi elektromagnetik. � Di dalam pelindung tembaga, STP terdiri dari pasangan kawat yang dipilin (biasanya dua pasang) dibungkus dengan pelindung foil. 27

Kabel Coaxial � Mempunyai twisted pair perlindungan yang lebih baik daripada ◦ Jarak rentangnya bisa lebih panjang dengan kecepatan yang lebih tinggi. � Ada dua jenis: ◦ Kabel 75 -ohm, digunakan untuk transmisi analog dan televisi kabel tetapi menjadi lebih penting dengan munculnya internet melalui kabel (thick coaxial). Kabel 50 ohm, awalnya digunakan untuk transmisi digital (thin coaxial) 28

Thick Coaxial Mengikuti standart IEEE 802. 3 10 BASE 5, diameter sekitar 12 mm, warna kuning. Spesifikasi umum yang dipunyai pada thick coaxial adalah : � Setiap ujung harus diterminasi dengan terminator 50 -ohm. � Maksimum 3 segment dengan peralatan terhubung (attached devices) atau populated segments. � Setiap kartu jaringan mempunyai pemancar tambahan (external transceiver). � Setiap segmen maksimum berisi 100 perangkat jaringan, termasuk repeaters. � Maksimum panjang kabel per segmen adalah 1. 640 feet (500 meter). � Maksimum jarak antar segmen adalah 4. 920 feet (1500 meter). � Setiap segmen harus diberi ground. � Jarak maksimum antara tap atau pencabang dari kabel utama ke perangkat (device) adalah 16 feet (5 meter). � Jarak minimum antar tap adalah 8 feet (2, 5 meter). 29

Thin Coaxial Mengikuti standart IEEE 802. 3 10 BASE 2, diameter sekitar 5 mm, warna hitam atau warna gelap lainnya. Spesifikasi umum yang dipunyai pada thin coaxial adalah : � Setiap ujung kabel diberi terminator 50 -ohm. � Panjang maksimal kabel adalah 1, 000 feet (185 meter) per segment. � Setiap segmen maksimum terkoneksi sebanyak 30 perangkat jaringan � Kartu jaringan cukup menggunakan transceiver yang onboard, tidak perlu tambahan transceiver, kecuali untuk repeater. � Maksimum ada 3 segmen terhubung satu sama lain (populated segment). � Setiap segmen sebaiknya dilengkapi dengan satu ground. � Panjang minimum antar T-Connector adalah 1, 5 feet (0. 5 meter). 30

Serat Optik � Media transmisi jaringan yang menggunakan glass/silica, ◦ Atau dalam beberapa kasus menggunakan plastik ◦ Serat mengirimkan data jaringan dalam bentuk pulsa cahaya. � Kecepatan transmisi data sama dengan kecepatan cahaya yaitu 299792. 5 km/sec (≈ 300000 km/sec) atau = 3 x 108 m/sec. 31

Serat Optik Kelebihan: � Kebal terhadap interferensi elektromagnetik (EMI) � Kecepatan data yang lebih tinggi � Jarak maksimum lebih besar. ◦ Kabel fiber optik single-mode dapat direntangkan pada jarak hingga 70 kilometer (sekitar 43, 5 mil) tanpa menggunakan repeater. � Keamanan lebih baik. ◦ Karena pentransmisian menggunakan sinyal cahaya maka interferensi medan magnet tidak akan mempengaruhinya, Kekurangan � Harga yang masih mahal � Sulit diinstal � Memerlukan tenaga ahli yang jumlahnya masih sedikit. 32

Penerapan jaringan tipe fiber Tipe Panjang gelombang/Ukuran Jaringan single mode Ethernet 1300 nm – 8/125 micron Panjang gelombang/Ukuran multimode 850 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron Fast Ethernet 1300 nm – 8/125 micron 1300 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron Gigabit 1300 nm – 8/125 micron 850 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron Ethernet 1550 nm – 8/125 micron 1300 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron 10 Gbase 1300 nm – 8/125 micron 850 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron 1550 nm – 8/125 micron 1300 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron Token Ring Proprietary – 8/125 micron Proprietary – 62. 5/125 atau 50/125 micron ATM 1300 nm – 8/125 micron 1300 nm – 62. 5/125 atau 50/125 micron 155 Mbps FDDI 33

Transmisi Udara: microwave Microwave adalah gelombang elektromagnet yang memiliki panjang gelombang antara 1 mm sampai 1 m (range frekuensinya antara 0, 3 GHz sampai 300 GHz). � Range frekuensi microwave dibagi 3 kelompok: � ◦ Ultra High Frequency 1. (UHF) : 0, 3 – 3 GHz ◦ Super High Frequency (SHF) : 3 – 30 GHz ◦ Extra High Frequency (EHF) : 30 – 300 GHz Aplikasi pemakaian microwave: radar, GPS, oven pemanas, komunikasi televisi, radio wireless, komunikasi satelit, dsb. � Kelebihan: � ◦ Bandwidth yang lebar ◦ Kemampuan hantar yang tinggi ◦ Mudah dalam instalasi � Kekurangan: ◦ Jarak jangkauan yg terbatas ◦ Rawan interferensi elektromagnetik (EMI) ◦ Rawan terhadap perubahan cuaca 34

Transmisi Udara: infra merah �Gelombang infra merah mempunyai band frekuensi 300 Ghz sampai dengan 40. 000 Ghz. �Remote kontrol yang digunakan televisi, VCR, dan semua perangkat stereo menggunakan komunikasi inframerah. �Gelombang ini relatif directional, murah, dan mudah untuk dibuat namun memiliki kelemahan utama yaitu tidak dapat menembus benda padat seperti dinding. 35

Sistem telpon seluler � � � � Dalam semua sistem ponsel, sebuah wilayah geografis dibagi ke dalam sel, itulah mengapa muncul sebutan perangkat ponsel. Dalam AMPS, sel-sel biasanya radius 10 sampai 20 km. Setiap sel menggunakan beberapa set frekuensi yang tidak digunakan oleh sel tetangganya. Ponsel mengeluarkan daya 0, 6 watt, pemancar di mobil 3 watt yang merupakan daya maksimum yang diperbolehkan oleh FCC. Di pusat setiap sel ada base station dimana semua telepon dalam sel ditransmisikan. Stasiun base terdiri dari sebuah computer dan pemencar/penerima yang dihubungkan ke antena. Dalam sistem yang kecil, semua BTS tersambung ke sebuah perangkat yang disebut MTSO (Mobile Telephone Switching Office) atau MSC (Mobile Switching Center). Dan yang lebih besar, beberapa MTSO diperlukan, semuanya terhubung ke MTSO level dua, dan seterusnya 36

Sistem telpon seluler �Sistem AMPS menggunakan 832 channel full duplex ◦ masing-masing terdiri dari sepasang channel simpleks. Ada 832 saluran transmisi simpleks dari 824 -849 MHz dan 832 channel simpleks dengan frekuensi 869 -894 MHz. Masingmasing channel simpleks lebarnya adalah 30 k. Hz lebar. �Dalam band 800 MHz, gelombang radio dengan panjang sekitar 40 cm melakukan perjalanan pada arah lurus. ◦ Gelombang tersebut diserap oleh pohon dan tanaman, memantul dari tanah dan bangunan. 37

GSM - Global System for Mobile Communications � D-AMPS banyak digunakan di Amerika Serikat. � Hampir semua tempat di dunia, sistem GSM digunakan, dan bahkan mulai digunakan di Amerika Serikat pada skala terbatas. � GSM mirip dengan D-AMPS. Keduanya adalah sistem seluler. ◦ Kedua sistem menggunakan frequency division multiplexing, setiap ponsel mentransmisi pada satu frekuensi dan menerima pada frekuensi yang lebih tinggi (80 MHz lebih tinggi untuk D-AMPS, 55 MHz lebih tinggi untuk GSM). ◦ Di kedua sistem, sepasang frekuensi tunggal dibagi oleh time division multiplexing dalam slot waktu bersama oleh beberapa pengguna ponsel. ◦ Tetapi channel GSM lebih lebar dibanding channel AMPS (200 k. Hz versus 30 k. Hz) dan penanganan tambahan pengguna yang relatif sedikit (8 versus 3), GSM memberikan data rate lebih tinggi tiap pengguna daripada D-AMPS. 38

GSM - Global System for Mobile Communications GSM menggunakan 124 channel frekuensi, setiap channel mempunyai 8 slot sistem TDM Sebuah frame data ditransmisikan dalam 547 μsec, tapi pemancar hanya diperbolehkan untuk mengirim satu frame data setiap 4615 msec, karena harus sharing channel dengan tujuh stasiun lainnya. Gross rate (laju kotor) masing-masing saluran adalah 270. 833 bps, dibagi di antara delapan pengguna menjadi 33, 854 kbps gross Struktur frame GSM 39

CDMA (Code Division Multiple Access) � � � CDMA tidak membagi range frekuensi yang diizinkan menjadi beberapa ratus saluran yang sempit, CDMA memungkinkan setiap stasiun untuk mengirim melalui semua spektrum frekuensi sepanjang waktu. Beberapa transmisi simultan dipisahkan menggunakan teori pengkodean. CDMA menggunakan asumsi bahwa frame sama sekali tidak bertabrakan. Setiap waktu bit dibagi menjadi m interval pendek yang disebut chip. ◦ Biasanya, ada 64 atau 128 chip per bit, contoh yang diberikan digunakan 8 chip/bit untuk kesederhanaan. � Setiap ponsel diberi kode m-bit unik yang disebut urutan chip (chip sequence). ◦ Untuk mengirimkan bit 1 ponsel mengirim urutan chip. ◦ Untuk mengirimkan bit 0 ponsel mengirimkan komplemen satu urutan chip. ◦ Tidak ada pola lain yang diijinkan. ◦ Jadi untuk m = 8, jika ponsel A diberikan urutan chip 00011011, ia akan mengirimkan bit 1 dengan mengirimkan 00011011 dan bit 0 dengan mengirimkan 11100100. 40

Contoh transmisi CDMA 41

Evolution-Data Optimized (EVDO) � eEvolusi dari CDMA 2000 (IS-2000), standar yang akan mendukung kecepatan data serta dapat digunakan oleh layanan wireless. ◦ Saluran EV-DO memiliki bandwidth sebesar 1. 25 MHz. � Menyediakan akses ke perangkat mobile dengan kecepatan forward link antarmuka udara hingga 2. 4 Mbps untuk Rev 0 dan sampai dengan 3. 1 Mbps untuk Rev A. � Laju reverse link untuk Rev 0 dapat beroperasi sampai dengan 153 kbps, sedangkan Rev A dapat beroperasi sampai dengan 1. 8 Mbps. � Rev B memerlukan carrier DO berada dalam jangkauan frekeunsi 5 MHz. 42

Switching � Data yang ditransmisikan dalam jaringan computer terpecah-pecah menjadi sejumlah frame paket dimana setiap frame satu per satu akan ditransmisikan dari pengirim ke penerima. � Ada tiga model switching : Circuit Switching, Message Switcing, dan Packet Switching 43

Circuit Switching � Tidak ada pihak lain yang dapat menggunakan link/lintasan ini sampai panggilan selesai. ◦ � Butuh waktu untuk mengatur lintasan sebelum panggilan dapat mulai. ◦ � Misalnya: telepon Bisa menghabiskan 10 detik untuk mendapatkan lintasan panggilan jarak jauh. Kemacetan pada waktu setup (kadang-kadang tidak dapat membangun lintasan). ◦ Tetapi tidak setelah itu karena bandwidth reserved. Layanan terjamin � Pembuangan sumber daya jaringan jika lintasan tidak digunakan 90 persen dari waktu yang digunakan. � Dua end user dapat menggunakan sembarang protocol : suara, data, fax, dan sebagainya. Sedangkan carrier tidak. � Biaya dihitung per menit � 44

Message Switching � Nenek moyang packet switching � Ada masalah : ◦ sebuah pesan yang besar bisa membekukan lintasan router ke router selama beberapa menit. ◦ Solusi : paket switching � Pada dasarnya adalah sistem store and forward yang sebenarnya sekarang diimplementasikan pada packet switching. � Saat ini tidak digunakan lagi. 45

Packet Switching � � � Paket-paket bisa bercampur dengan paket dari lokasi lain. Tidak ada pengguna yang dapat memonopoli lintasan. Setiap router akan mengarahkan paket ke jalur yang tercepat menuju ke tujuan. Bisa menyesuaikan dengan trafik. Masing-masing dari satu pengirim memungkinkan mengikuti rute yang berbeda. Paket yang mungkin tiba bisa saja rusak. Pesan harus kembali dirakit di lokasi penerima. ◦ � Misalnya : internet, Ethernet, jaringan telepon seluler yang lebih baru. Tidak ada kemacetan di waktu setup (dapat mengirimkan paket secara langsung). ◦ Namun kemacetan bisa terjadi kapan saja ketika paket dikirim (tidak ada pemesanan bandwidth oleh dua pihak yang berkomunikasi). Tidak ada jaminan layanan � Tidak ada pemborosan sumber daya jaringan (jaringan digunakan secara maksimal) � Cocok untuk aplikasi non-real time seperti email atau data (web) yang tidak terlalu real time. � Sangat sulit jika dipakai oleh aplikasi data real time (internet audio, video, radio, TV, telepon internet). � ◦ Paket bisa tiba dalam keadaan rusak. Ada delay dalam audio/video karena menunggu paket. Tidak ada masalah transparansi. Carrier menentukan protokol yang digunakan. � Biaya dihitung per volume data yang digunakan. � 46

Ethernet : Manchester Encoding � Tidak ada satupun versi Ethernet yang menggunakan encoding biner dengan 0 volt untuk bit 0 dan 5 volt untuk bit 1 karena memicu abiguitas � Jika string bit 0001000 dikirim, lainnya bisa menginterpretasikan dengan salah menjadi 1000000 atau 0100000 karena tidak bisa mebedakan sender idle (0 volt) dan bit 0 (0 volt). � Diselesaikan dengan +1 volt untuk 1 dan -1 volt untuk 0, tapi masih bermasalah bagi penerima mensampling sinyal pada frekuensi yang berbeda dari pada yang digunakan pengirim untuk mengenerate. Perbedaan kecepatan clock bisa menyebabkan pengirim dan penerima tidak dapat melakukan sinkronisasi dalam boundari sistem, khususnya penjalanan yang panjang bagi bit 0 dan 1. � Yang dibutuhkan bagi receiver untuk menentukan awal, akhir dan pertengahan bit tanpa mereferensi ke clock eksternal. 47

Ethernet : Manchester Encoding � Dua pendekatan : Manchester encoding (ME) dan differential Manchester encoding (DME). � ME : setiap periode bit dibagi menjadi dua interval yang sama. ◦ Biner 1 dikirim dengan tegangan tinggi di interval pertama dan rendah di interval kedua. ◦ Biner 0 dikirim sebaliknya : rendah kemudian tinggi. � Skema ini meyakinkan bahwa setiap periode bit mempunyai transisi di tengah, membuatnya mudah bagi receiver untuk mensinkronisasi dengan sender. � Kerugiannya adalah ME membutuhkan dua kali lebih banyak bandwidth untuk encoding biner karena detaknya adalah separuh lebar bit. ◦ Misalnya, untuk mengirim data pada kapasitas 10 Mbps, sinyal harus mengubah 20 juta kali/sec 48

Ethernet : Manchester Encoding 49

Ethernet : Manchester Encoding � DME merupakan varian dari ME ◦ Bit 1 diindikasikan dengan tidak adanya transisi diawal interval. ◦ Bit 0 diindikasikan dengan adanya transisi diawal interval. � Dalam kedua kasus ME dan DME, selalu ada transisi ditengah dengan baik. � Perbedaan skema membutuhkan perangkat yang lebih kompleks tetapi menawarkan perlindungan noise yang lebih baik. � Semua sistem ethernet menggunakan ME karena alasan kesederhanaan. Sinyal tinggi dengan +0. 85 volt dan rendah dengan -0. 85 volt, nilai DC 0 volt. � Ethernet tidak menggunakan DME, tetapi LANs yang lain (seperti 802. 5 token ring) 50

The 802. 11 Protocol Stack Part of the 802. 11 protocol stack. 51

802. 11 Physical Layer � � � Infrared mengunakan transmisi segala arah 0. 85 atau 0. 95 mikron. Dua speed yang dibolehkan : 1 Mbps dan 2 Mbps. Pada speed 1 Mbps, skema encoding yang digunakan dimana sebuah group 4 bits diencode sebagai 16 bit codeword yang berisi 15 bit 0 dan bit 1 tunggal, disebut Gray code. Menghasilkan error kecil single bit error di output. Pada speed 2 Mps, encoding mengambil 2 bit dan menghasilkan codeword 4 -bit, juga dengan bit 1 tunggal. Sinyal infrared tidak dapat menembus dinding, sehingga sel dalam ruangan yang berbeda akan terisolasi satu sama lain. FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) menggunakan 79 channel, setiap channel lebarnya 1 MHz, dimulai dengan band 2. 4 GHz ISM. Generator angka pseudorandom digunakan untuk menghasilkan urutan freuensi yang diharapkan. Sepanjang semua staiun menggunakan awalan yang sama pada angka pseudorandom dan tetap disinkronisasikan, mereka akan tetap berada di frekuensi yang sama secara simultan. FHSS memberikan cara yang adil dalam pengalokasian spektrum dalam band ISM yang tidak teratur. Memberikan keamanan dari intruder yang tidak mengetahui urutan permintaan tranmisi. Kerugiannya low bandwidth. 52

802. 11 Physical Layer (2) High-speed wireless LANs, 802. 11 a, � Menggunakan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) untuk menerimakan 54 Mbps dalam band 5 GHz ISM. Frekuensi yang berbeda menggunakan 52 darinya : 48 untuk data dan 4 untuk sinkronisasi. � Karena transmisi diberikan pada banyak frekuensi pada waktu yang sama, teknik ini dpandang sebagai spektrum sebar tapi berbeda dengan CDMA dan FHSS. � Pemecahan sinyal menjadi band yang lebih sempit mempunyai keuntungan dibanding single band yang lebar, diantaranya imunitas yang lebih baik pada interferensi narrowband dan kemungkinan penggunaan band noncontinuous. � Sistem encoding kompleks digunakan, didasarkan pada phase-shift modulation pada kecepatan sampai dengan 18 Mbps. Pada 54 Mbps, data 216 bit diencode menjadi 288 bit simbol. � Teknik ini mempunyai efisiensi spektrum yang baik dalam bits/Hz dan imunitas yang baik pada multipath fading. � 53

802. 11 Physical Layer (3) � HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum), ◦ Teknik spread spectrum lain, menngunakan 11 juta chips/sec untuk mencapai 11 Mbps dalam band 2. 4 GHz. ◦ Disebut 802. 11 b tapi tidak mewarisi 802. 11 a. ◦ Data rate yang didukung 1, 2, 5. 5, dan 11 Mbps. Kecepatan operasi 802. 11 b selalu mendekati 11 Mbps. ◦ Walaupun 802. 11 b lebih lambat dari 802. 11 a, jangkauannya sekitar 7 kali lebih besar. � Versi peningkatan yang lain adalah 802. 11 g. � Tidak disebutkan kecepatan yang rendah pada 3 varian ◦ Menggunakan metode OFDM modulation 802. 11 a tetapi beroperasi dalam narrowband 2. 4 GHz ISM seperti pada 802. 11 b. ◦ Secara teori beroperasi sampai dengan 54 Mbps, tapi tidak jelas dalam prakeknya. ini 54

Spesifikasi teknis 802. 11 Operasi Throughput Data rate Modula Jangkauan Kompati frekuensi umum maksimal si (indoor) (outdoor) bilitas 1999 5 Ghz 23 Mbps 54 Mbps OFDM ~35 m ~120 m a 802. 11 b 1999 2. 4 Ghz 4. 3 Mbps 11 Mbps DSSS ~38 m ~140 m b 802. 11 g 2003 2. 4 Ghz 19 Mbps 54 Mbps OFDM ~38 m ~140 m b, g 802. 11 n Juni 2. 4 Ghz 5 74 Mbps 248 Mbps ~70 m ~250 m b, g, n 2009 Ghz Juni 3. 7 Ghz 23 Mbps 54 Mbps ~50 m ~5 km Protokol Rilis 802. 11 a 802. 11 y 2008 Catatan : 802. 11 y hanya diterapkan di Amerika Serikat. 55

802. 11 Services �Distribution Service ◦ Disediakan oleh base station dan bertujuan mobilitas stasiun ketika masuk atau keluar cells, memasukkan dan mengeluarkan stasiun ke base station �Intracell Service ◦ Berhubungan dengan aksi yang dilakukan dalam single cells 56

Distribution Service 1. Association Service ini digunakan oleh stasiun mobile untuk menghubungkan diri ke base station 2. Disassociation Srvice yang digunakan untuk memutuskan diri dari koneksi 3. Reassociation Station memungkinkan perubahan base station yang diikuti. Fasilitas ini berguna bagi mobile user yang berpindah dari satu cell ke cell yang lain 4. Distribution Service ini menentukan bagaimana mengalihkan kiriman frame pada base station yang lain. Jika tujuannya lokal dalam base station maka frame dikirm langsung melalui udara. Sebaliknya akan dikirim melalui jaringan kabel 5. Integration Jika frame perlu dikirim melalui jaringan selain 802. 11 dengan skema pengalamatan atau format frame yang berbeda, service ini menanganitranslasi dari format 802. 11 ke format tujuan yang dibutuhkan dalam jaringan tujuan 57

Intracell Service 1. Authentication Karena jaringan wireless dapat dengan mudah mengirim atau menerima oleh stasiun yang tidak berhak, maka autentikasi staiun mutlak dilakukan. 2. Deauthentication Ketika sebuah station keluar dari jaringan maka dilakukan deauthentikasi, sehingga tidak lagi ada dijaringan. 3. Privacy Data yang ditransmisikan lewat udara harus dienkrip. Service ini menangani enkripsi dan dekripsi. 4. Data delivery 802. 11 menyediakan transmisi dan penerimaan data, tidak menjamin transmisi yang reliable. Layer diatasnya harus bisa mendeteksi dan koreksi error 58

ANY QUESTIONS ? 59