Masalah Pada ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Penurunan Kualitas Layanan Jaringan ATM

Majalah Elektro Indonesia beberapa edisi yang lalu pernah memuat tulisan tentang parameter kualitas layanan jaringan ATM yang membahas parameter-parameter obyektif jaringan ATM yang direkomendasikan untuk berbagai jenis layanan yang berbeda. Tulisan berikut dimaksudkan untuk melengkapi informasi tentang kualitas layanan jaringan ATM dengan mengambil fokus permasalahan pada faktor-faktor penyebab menurunnya kualitas layanan jaringan ATM. Uraian tentang faktor-faktor penyebab menurunnya kualitas layanan jaringan ATM diharapkan mempermudah analisis terhadap masalah yang mungkin timbul dalam jaringan ATM sehingga langkah-langkah penanganan masalah dapat cepat dilakukan, kelak jika ATM sudah luas diterapkan di Indonesia. ATM (Asynchronous Transfer Mode) telah ditetapkan oleh CCITT (ITU-T) sebagai teknik transfer data yang paling sesuai untuk B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). ATM adalah teknik transfer data mutakhir yang di satu sisi mengintegrasikan hampir semua kelebihan-kelebihan teknik transfer informasi yang telah ada sebelumnya, yaitu packet switching dan circuit switching, dan di sisi lain mereduksi atau bahkan mengeliminasi kekurangan-kekurangan yang ada pada keduanya.

Banyaknya kelebihan yang dimiliki jaringan ATM tidak berarti ATM tanpa kekurangan. Komponen penunjang jaringan ATM seperti juga jaringanan yang lain tersusun atas material fisik. Perubahan fisis karena pengaruh suhu, aliran elektron, petir, dan sebagainya akan menimbulkan noise yang akan berpengaruh pada unjuk kerja jaringan. Selain kesalahan transfer karena sebab-sebab fisis di atas, dalam jaringan ATM yang melibatkan bit-bit informasi kemungkinan terjadinya kesalahan bertambah karena mekanisme penanganan bit-bit informasi yang memiliki kelemahan, misalnya mekanisme pembuangan sel atau paling tidak penundaan pengiriman sel apabila terjadi overflow. Kekurangan-kekurangan di atas pada akhirnya akan menyebabkan menurunnya kualitas layanan jaringan ATM secara keseluruhan.

Faktor-faktor Penyebab Nonspesifik ATM

Noise

Dalam sistem komunikasi, keberhasilan tergantung pada seberapa akurat penerima bisa menerima sinyal yang ditransmisikan oleh pengirim. Dan sebagian besar kesalahan pengiriman informasi dalam sistem komunikasi disebabkan oleh noise. Istilah noise digunakan dalam sistem komunikasi untuk menyatakan sinyal yang tidak dikehendaki yang menyertai sinyal pesan. Sinyal yang tidak dikehendaki ini bisa timbul dari berbagai sumber yang dapat diklasifikasikan ke dalam dua golongan, yaitu noise buatan manusia (man-made noise) dan noise alami (naturally noise). Beberapa jenis noise yang terdapat dalam sistem komunikasi digital di antaranya adalah thermal noise, shot noise, flicker noise, transient noise (sporadic noise), dan noise kuantisasi. Thermal noise merupakan suatu fenomena noise yang berhubungan dengan suhu material. Semakin tinggi suhu komponen, daya noise akan semakin besar. Shot noise disebabkan oleh aliran elektron yang terutama terjadi pada komponen aktif. Shot noise memperbesar daya noise. Flicker noise berkaitan dengan ketidakteraturan hubungan dan permukaan pada katoda semikonduktor, dan kehadirannya disebabkan oleh terjadinya fluktuasi konduktivitas medium. Flicker noise memperbesar daya noise sebanding dengan panjang gelombang. Trsnsient noise ditimbulkan oleh sebab-sebab alami seperti petir dan sebab-sebab buatan manusia seperti sistem pengapian, sistem saklar, dan relai. Salah satu jenis transient noise yang paling sering terjadi adalah impulse noise. Transient noise dapat menyebabkan kesalahan dalam sinkronisasi. Noise kuantisasi timbul pada saat proses pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital akibat pembulatan level sinyal kontinyu ke harga-harga yang diskrit dan terutama dirasakan pada sinyal yang memiliki level rendah. Noise kuantisasi menyebabkan timbulnya kesalahan dalam regenerasi sinyal. Batas noise yang diizinkan biasanya ditentukan oleh perbandingan antara daya sinyal informasi dengan daya noise yang masuk ke dalam suatu sistem komunikasi atau biasa dikenal dengan signal to noise ratio (SNR atau S/N). Dalam sistem komunikasi digital di mana informasi yang dikirim berupa bit-bit data, dikenal juga perbandingan antara energi sinyal tiap bit (energi bit) terhadap daya noise (Eb/No). Pada ATM, bit error yang terjadi dalam sel juga disebabkan oleh noise-noise di atas. Bit error yang terjadi pada bidang header menyebabkan terjadinya kesalahan pengalamatan sel sehingga buffer pada sistem switching akan overflow dan terjadi kepadatan pada jalur (link) yang bukan miliknya. Sementara bit error yang terjadi pada bidang informasi akan menurunkan kualitas layanan yang diterima oleh pemakai terutama pada layanan yang bersifat real time dan yang tidak toleran terhadap bit error, misalnya layanan video dan audio berkualitas tinggi. Pada beberapa layanan, sel-sel yang salah alamat juga menyebabkan hilangnya sinkronisasi.

Delay Transmisi dan Switching

Delay didefinisikan sebagai selisih waktu antara saat pengiriman blok (sebuah bit atau sebuah paket data) informasi pada sumber (t₀ ) dan saat penerimaan blok informasi tersebut di sisi penerima (t₁). Secara umum, delay yang terjadi dalam jaringan telekomunikasi disebabkan oleh delay transmisi dan delay switching. Delay transmisi tergantung pada jarak yang harus ditempuh antara sumber dengan tujuan dan juga tergantung pada jenis media transmisinya, tetapi tidak tergantung pada teknik pengiriman data yang digunakan. Delay transmisi terjadi karena terbatasnya kecepatan sinyal dalam media. Delay-delay propagasi yang direkomendasikan untuk berbagai media perambatan disajikan dalam Tabel 1.


Tabel 1
Delay Propagasi pada beberapa Media Transmisi

Media Transmisi	Delay
Kabel Koaksila Serat optik Kabel Koaksila bawah laut Satelit (ketinggian 14.000 km) Satelit (ketinggian 36.000 km)	4 us/km 5 us/km 6 us/km 110 ms 360 ms

Delay switching adalah delay total yang diperlukan sebuah sel untuk melalui perangkat switching, yaitu sejak sel masuk ke inlet switching hingga berada di outlet perangkat switching tersebut. Kecepatannya bergantung pada kecepatan internal switch dan proses-proses penambahan bit informasi yang diperlukan.

Faktor-faktor Penyebab Spesifik ATM

Keterbatasan Switching dan Buffer ATM
Dalam switching ATM, throughput (debit data yang berhasil lewat/dilayani) dan kecepatan bit error tergantung pada teknologi dan ukuran sistem switching yang digunakan. Tiga parameter penting yang menentukan unjuk kerja suatu switching ATM adalah bloking hubungan (connection blocking), probabilitas terjadinya kehilangan dan penyiapan sel (cell loss and cell insertion probability) serta delay switching. Ketiga parameter tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Bloking hubungan

ATM merupakan teknik transfer informasi yang berorientasi pada hubungan. Artinya, pada saat proses pembangunan hubungan, hubungan logika harus ditemukan antara inlet dan outlet logika. Bloking hubungan ditentukan oleh probabilitas tidak tersedianya sumber daya (resources) yang cukup antara inlet dengan outlet dalam switch yang bisa menjamin tingkat kualitas hubungan pada derajat yang dibutuhkan, baik untuk hubungan yang telah ada (existing connection) maupun hubungan yang baru. Jika tersedia sumber daya yang cukup (yaitu bandwidth dan nilai header) pada inlet dan outlet switch, maka bloking hubungan internal tidak akan terjadi. Jadi hubungan baru selalu dapat dibangun jika sumber daya tersedia pada eksternal link, tanpa melihat cukup atau tidaknya sumber daya pada internal switch. Beberapa implementasi switch yang lain mempunyai bloking hubungan internal sehingga harus dilakukan pengalokasian sumber daya setiap kali akan dibangun hubungan baru. Probabilitas bloking switch dalam hal ini ditentukan oleh ukuran switch, yakni jumlah hubungan internal yang tersedia dan beban hubungan yang harus dilayani.

2. Probabilitas terjadinya kehilangan dan penyisipan sel

Pada suatu saat dapat terjadi terlalu banyak sel yang berada dalam satu link yang sama, baik link internal switch maupun eksternal. Akibatnya akan terjadi antrian (queue) di luar kemampuan buffer (buffer overflow) sehingga akan menyebabkan hilangnya sel. Probabilitas terjadinya kehilangan sel harus dijaga dalam batas-batas tertentu untuk menjamin kualitas layanan yang tinggi. Probabilitas tipikal terjadi sel hilang dalam switch ATM berkisar antara 10^-8 dan 10^-11.
Selain itu juga dapat terjadi sel-sel ATM mengalami kesalahan pengalamatan internal di dalam switch, sehingga sel-sel tersebut akan melalui link yang salah. Probabilitas penyisipan sel yang salah ini kurang lebih 1000 kali lebih baik dari probabilitas sel hilang.

3. Delay switching

Waktu yang diperlukan untuk men-switch sebuah sel ATM melalui switch-switch ATM merupakan faktor yang memberikan kontribusi cukup besar pada delay total. Harga tipikal delay switch ATM berkisar antam 10 hingga 1000 us dengan delay jitter kurang dari 100 us. Dalam banyak kasus, delay jitter ditentukan oleh probabilitas saat delay switching lebih besar dari suatu harga tertentu yang disebut quantile. Jitter sebesar 100 us pada 10^-10 qusnffle menyatakan bahwa probabilitas delay swicth lebih besar dari 100 us adalah kurang dari 10^-10.
Selain keterbatasan switching, perangkat yang ikut mempengaruhi unjuk kerja jaringan ATM adalah buffer. Dalam hal ini adalah buffer yang ada di sisi pengirim dan di sisi penerima. Buffer di sisi penerima berfungsi untuk menyamakan atau meratakan (smoothing) aliran trafik yang datang dan menyimpan untuk sementara paket-paket data ketika prosesor sedang sibuk. Sedangkan buffer di sisi pengirim berfungsi menyimpan untuk sementara paket data yang hendak dikirim hingga paket data tersebut dikirim setelah permintaan hubungannya diterima oleh jaringan.

Ketidaksinkronan Clock Sumber dengan Clock Penerima
Dalam jaringan ATM, clock node tidak tergantung pada clock jaringan. Karena itu dapat terjadi kemungkinan frekuensi clock node-node tersebut tidak sama. Hal ini menyebabkan node penerima salah dalam memperkirakan kecepatan data yang diharapkannya. Jika clock di penerima lebih cepat dari clock pengirim, sel akan dianggap hilang meskipun delay total jauh lebih kecil dari harga yang direkomendasikan. Pada layanan video yang membutuhkan kontinuitas sel-selnya, kehilangan sel dapat menyebabkan cacat yang sangat berarti pada gambar yang ditampilkannya.

Error pada Header

Error yang terjadi dalam bit-bit header sel ATM disebabkan oleh noise selama proses transmisi. Bidang header adalah khas ATM, dan implikasi kesalahan bit dalam header secara langsung dapat menurunkan kualitas layanan jaringan ATM. Karena itu error pada bidang header dimasukkan ke dalam faktor-faktor penyebab menurunnya kualitas layanan jaringan ATM yang spesifik ATM. Dalam ATM, error yang terjadi pada bit-bit bidang header menyebabkan perangkat switching atau multipleksing salah menerjemahkan alamat yang dibawa header sehingga terjadi kesalahan pengalamatan sel. Kesalahan pengalamatan ini terjadi jika header yang telah berubah tadi memiliki alamat link yang lain. Dalam hal ini, 2 link akan menerima akibat karena kesalahan pengalamatan sel. Satu link akan kehilangan sel, sementara link yang lain akan menerima satu sel tambahan. Jika header yang berubah tadi tidak berisi suatu alamat link dalam jaringan, sel akan diabaikan sehingga hanya akan terjadi kehilangan sebuah sel pada satu link.
Pada kedua kasus di atas, penggandaan error (error multiplication) dapat terjadi.

Kesalahan Pengalokasian Bandwidth

Pengalokasian bandwidth adalah penentuan lebar bandwidth yang diperlukan oleh sebuah hubungan dalam jalingan untuk mencapai tingkat kualitas layanan tertentu. Pengalokasian bandwidth dalam jaringan B-ISDN menjadi hal yang kompleks karena layanan-layanan yang harus dilayani memiliki karakteristik yang berbeda-beda, baik dalam kecepatan bit maupun sifat hubungannya. Penetapan kecepatan transfer link di bawah kecepatan puncak trafik layanan akan menyebabkan penurunan kualitas, karena pada saat kecepatan bit lebih besar dari kecepatan transfer link, beberapa bit akan hilang atau diabaikan seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 1. Sementara jika kecepatan transfer ditetapkan pada kecepatan puncak trafik, akan terjadi pemborosan bandwidth yang berarti pemborosan sumber daya jaringan sehingga jaringan menjadi tidak efisien seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 2. Pada layanan video misalnya, kecepatan aliran bit video yang dimasukkan ke jaringan ditentukan oleh bandwidth yang dialokasikan pada jaringan. Pengalokasian kecepatan bit konstan pada sumber video akan menyebabkan penurunan kualitas gambar jika gambar memiliki kandungan informasi yang besar, dan akan menyebabkan penurunan efisiensi penggunaan bandwidth jika gambar memiliki kandungan informasi sedikit. Karena kerugian-kerugian inilah maka teknik pengkodean video akan mengarah kepada penggunaan teknik VBR (Variable Bit Rate) video.

Delay Spesifik ATM

Delay yang terjadi dalam jalingan ATM berhubungan dengan karakteristik unjuk kerja ATM, yaitu time transparency. Time transparency didefinisikan sebagai kemampuan jaringan mentransfer data dengan delay sekecil mungkin. Delay akan sangat berpengaruh pada layanan yang bersifat real time seperti voice dan video. Dua parameter yang menpengaruhi time transparency yaitu delay dan delay jitter. Untuk setiap blok informasi, delay yang terjadi dapat berbeda-beda sehingga menimbulkan variasi delay. Delay jitter didefinisikan sebagai variasi delay pada selang waktu tertentu. Beberapa delay yang khas ATM dan memberikan kontribusi pada delay total dalam jaringan ATM adalah delay pengkodean (coding delay), delay paketisasi (packetization delay), delay depaketisasi (depacketization delay), dan delay switching. Delay switching terdiri dari delay tetap (fixed delay) dalam peralatan switching dan delay antrian (queueing delay) dalam buffer peralatan switching.

Penulis : Amiruzzain ~ Sebuah blog yang menyediakan berbagai macam informasi

Artikel Masalah Pada ATM (Asynchronous Transfer Mode) ini dipublish oleh Amiruzzain pada hari Senin, 12 November 2012. Semoga artikel ini dapat bermanfaat.Terimakasih atas kunjungan Anda silahkan tinggalkan komentar.sudah ada 0 komentar: di postingan Masalah Pada ATM (Asynchronous Transfer Mode)