Mengenal Basic Concept Teknologi GSM (Global System for Mobile communication)

GSM (Global System for mobile communication) adalah suatu sistem komunikasi seluler generasi kedua (2G) berbasis circuit switching yang memberikan layanan suara dan data dengan kecepatan 9,6 Kbps. Arsitektur jaringan GSM terdiri dari bagian- bagian fungsional yang dipusatkan pada bagian mobile station (MS), base station subsystem (BSS) dan mobile swithcing center (MSC). Seperti terlihat pada gambar 3.8, BSS terdiri dari dua bagian utama yaitu : base station transceiver (BTS) yang berfungsi menangani
antarmuka radio menuju MS, dan base station controller (BSC) yang berfungsi untuk pengaturan frekuensi radio, mekanisme handover serta kontrol daya. Sebuah BSC dapat mengatur beberapa buah BTS. Melalui MSC yang berfungsi mengkoordinasi sistem penyambungan, sistem GSM dapat berkomunikasi dengan jaringan telekomunikasi lainnya seperti PSTN, ISDN, PDN dan PLMN
lain. Infrastruktur jaringan GSM seperti pada gambar 3.8.

Sistem GSM memiliki tiga buah antarmuka standar yang terdiri dari antamuka udara (Um-interface) yang menghubungkan perangkat MS dan BTS, antamuka Abis (Abis-interface) yang menghubungkan BTS dan BSC serta antarmuka A (A-interface) berupa PCM-line yang menghubungkan BSC dan MSC. Suatu daerah atau wilayah yang ditangani oleh sebuah MSC disebut dengan location area (LA). Untuk keperluan call control dan mobility management jaringan GSM memiliki sejumlah basis data yaitu : home location register (HLR) yang berfungsi menyimpan data pelanggan tetap yang terdaftar dalam satu area layanan MSC (LA), visitor location register (VLR) yang bertanggung jawab atas data seluruh pelanggan yang sedang berada dalam satu location area (LA), equipment identity register (EIR) yang berfungsi menyimpan data registrasi perangkat MS, dan authentication center (AUC) yang berperan dalam keamanan data dan encryption. Berikut ini adalah tabel spesifikasi teknis GSM :image

image

Dalam proses identifikasi dan pengalamatan, sistem GSM secara eksplisit membedakan antara data pelanggan dan perangkat MS serta menaganinya secara terpisah. Selain nomor pelanggan dan identifikasi perangkat, beberapa identifikasi lain juga di perlukan untuk keperluan mobility managenent dan pengalamatan seluruh elemen jaringan. International mobile equipment identity (IMEI) secara unik mengidentifikasi MS secara international. IMEI berupa serial number yang dialokasikan oleh pabrik dan diregistrasikan oleh operator jaringan yang disimpan didalam EIR. Setiap pelanggan diidentifikasi secara unik menggunakan international mobile subscriber identity (IMSI) yang disimpan didalam subsciber identity module (SIM). Sebuah MS hanya bisa digunakan jika sebuah SIM card dengan IMSI yang valid dimasukkan ke dalam perangkat sesuai dengan IMEI perangkat tersebut.

General Packet Radio Service (GPRS)

Pada mulanya sistem komunikasi data GSM menggunakan teknik circuit swithcing seperti sistem komunikasi telepon. Dengan metode ini utilisasi kanal kurang optimal karena terjadi monopoli saluran, walaupun tidak ada data yang disalurkan. Selanjutnya dilakukan modifikasi dengan teknik packet switching yang memungkinkan utilasisi kanal lebih baik. Sistem ini dinamakan general packet radio service (GPRS).
GPRS adalah layanan baru sistem GSM berupa layanan bearer yang digunakan untuk mendukung komunikasi paket data. Dalam mentransmisikan paket data, GPRS memanfaatkan kanal–kanal radio akses GSM. Dengan asusmsi penggunaan kanal-kanal telepon terdistribusi erlang, maka pada satu satuan waktu akan terdapat sejumlah kanal kosong yang bisa dialokasikan untuk layanan GPRS. Hal ini dimungkinkan karena transmisi paket toleran terhadap adanya penundaan (delay). Selain itu GPRS dapat menawarkan laju data sampai 115 kbps. dengan menggabungkan kanal-kanal trafik dan menggunakan teknologi channel coding yang berbeda.

Arsitektur dan Antarmuka Sistem GPRS

Arsitektur sistem GPRS adalah pengembangan dari arsitektur sistem GSM dengan tambahan berupa komponen-komponen baru yang digunakan untuk komunikasi data radio paket. Serta sejumlah antarmuka yang mendukung aliran paket data antar tiap komponen dalam jaringan GPRS. Berikut adalah gambar arsitektur jaringan GPRS untuk layanan internet:

image

Perangkat infrastruktur tambahan pada sistem jaringan GPRS memiliki fungsi sebagai berikut:
• Serving GPRS Support Node (SGSN )
• SGSN berfungsi seperti MSC dalam sistem GSM yaitu memantau lokasi MS / mobility management, paging, kompresi data, perhitungan trafik, charging, security dan mengatur proses pengaksesan data. SGSN akan mendeteksi dan meregister setiap MS dan bertanggung jawab terhadap proses lalu lintas paket data menuju MS yang berada dalam area pelayanannya. SGSN akan memancarkan/menerima paket data dari/menuju MS. SGSN menyimpan data lokasi dari MS untuk keperluan mobility management.
• Gateaway GPRS Support Node (GGSN )
• GGSN adalah antarmuka dari jaringan GPRS ke jaringan paket data eksternal (PDN). GGSN berfungsi menyediakan fasilitas internetworking dengan external packet switch network dan dihubungkan dengan SGSN via internet protocol (IP). GGSN akan beperan sebagai sebuah antarmuka logik bagi PDN, dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN.

GPRS register (GR)

• GR menyimpan informasi routing dan memetakan international mobile subscriber identity (IMSI) ke alamat-alamat protokol jaringan PDN (PDP). GR biasanya diletakkan di HLR jaringan GSM karena memiliki fungsi yang sama yaitu memuat seluruh informasi data pelanggan GPRS untuk keperluan routing ataupun pengiriman data.
• Packet Control Unit (PCU)
• PCU berfungsi mengatur penggunaan kanal radio untuk layanan paket data GPRS. Perangkat PCU adalah antarmuka pada base station subsystem (BSS) yang diletakkan pada komponen base station controller (BSC).
Selain itu arsitektur jaringan GPRS juga memiliki beberapa buah antarmuka baru yang telah distandarisasi oleh ETSI yaitu :
• Gb, merupakan antarmuka antara SGSN dan PCU yang yang ada di dalam BSS. Antarmuka ini digunakan untuk mentransportasikan data pelanggan dan signalling massege dari/menuju SGSN.
• Gn, merupakan antarmuka yang digunakan untuk menyediakan virtual connections antara SGSN dan GGSN pada jaringan backbone GPRS yang diimplementasikan dengan menggunakan teknologi IP LAN/WAN.
• Gi, merupakan antarmuka yang menghubungkan GGSN dengan jaringan paket data eksternal (PDN) berbasis internet protocol (IP).
• Gr, merupakan antarmuka yang menghubungkan SGSN dengan HLR yang memungkinkan SGSN mengakses informasi data pelanggan.
• Gs, merupakan antarmuka optional yang memungkinkan koordinasi antara jaringan GSM dengan jaringan GPRS.
• Gc, merupakan antarmuka optional yang menghubungkan GGSN dengan HLR sehingga GGSN dapat mengakses informasi lokasi dan data pelanggan di HLR
• Gf, merupakan antarmuka yang menghubungkan SGSN dengan EIR dan berfungsi untuk memeriksa regisrasi perangkat pelanggan.

Kanal Lapis Fisik dan Antarmuka Udara Sistem GPRS

Sistem GSM/GPRS memiliki bandwidth 25 MHZ pada frekuensi kerja 890-915 MHz untuk uplink dan 935-960 MHz untuk downlink. Dengan menggunakan sistem multiplexing FDM/TDM terdapat 124 frekuensi carrier dengan bandwidth sebesar 200 KHz. Beberapa kanal tersebut disebut dengan cell alocation yang dialokasikan untuk sebuah BTS dalam satu sel. Berikut ini adalah gambar GSM/GPRS frekuensi carrier, metode duplexing dan struktur frame TDMA.

image

Setiap time slot (TS) merupakan satu kanal trafik (TCH). Panjang satu frame TDMA adalah 4,613 ms dengan panjang satu time slot 576,9 μs. Data rate maksimum yang dapat dicapai setiap TCH adalah 9,6 Kbps. Apabila diinginkan data rate yang lebih tinggi dapat digunakan beberapa TCH secara simultan untuk satu terminal MS. Trafik data pada sistem GPRS adalah asymmetric dimana jumlah time slot yang digunakan serta data rate uplink dan downlink berbeda. Struktur multiframe untuk PDCH pada sistem GPRS terdiri dari 52 frame TDMA, dibagi kedalam 12 frame paket data (B0 – B11) dimana tiap 4 frame membentuk satu blok yang ditransmisikan secara berurutan, 2 frame untuk PTCCH dan 2 frame kosong (idle). Distribusi blok multiframe GPRS adalah
sebagai berikut :

image

Skema Coding Sistem GPRS

Untuk mengakomodasi layanan komunikasi paket data GPRS dan melindungi paket data yang ditransmisikan dari kerusakan/error, dilakukan modifikasi pada protokol lapis fisik yaitu tambahan teknik channel coding (CS). Teknik Channel coding yang digunakan dalam sistem GPRS menyerupai teknik coding yang digunakan sistem GSM konvensional berupa pengkodean siklis (CRC) seperti block coding, dan convolutional coding.

Seperti terlihat pada tabel diatas, teknologi GPRS memiliki empat buah skema coding yaitu CS-1, CS-2, CS-3, dan CS-4. Skema coding ini digunakan untuk kanal-kanal trafik logik, dimana masing-masing channel coding mempunyai bit rate yang berbeda. Nilai throughput tiap skema coding diperoleh dengan membagi besarnya data yang dikirim dengan panjang satu frame kanal logika (4 burst data) sebesar 20 ms, untuk setiap pengiriman data. Teknik channel
coding ini telah distandarisasi oleh ETSI pada GSM 05.03.

Pembagian Kanal GPRS
Pada sistem GPRS kanal fisik yang didedikasikan untuk user GPRS
dinamakan Packet Data Channel (PDCH) yang berupa kanal serial. Minimal
terdapat satu PDCH yang bertindak sebagai master untuk mengakomodasi
fungsi signalling, informasi broadcast, sinkronisasi, alokasi kanal, paging dan
transfer data. PDCH yang lain berlaku sebagai slave yang hanya membawa
paket data dan dedicated signalling.

image

Pembagian Kanal GPRS

Pada sistem GPRS kanal fisik yang didedikasikan untuk user GPRS dinamakan Packet Data Channel (PDCH) yang berupa kanal serial. Minimal terdapat satu PDCH yang bertindak sebagai master untuk mengakomodasi fungsi signalling, informasi broadcast, sinkronisasi, alokasi kanal, paging dan transfer data. PDCH yang lain berlaku sebagai slave yang hanya membawa paket data dan dedicated signalling.

image

Seperti terlihat pada table 2.3 kanal logik pada GPRS dapat dibagi menjadi dua kategori yaitu kanal trafik dan kanal signalling (kontrol ) yang meliputi :

Packet Data Traffic Channel (PDTCH)

Kanal ini dialokasikan untuk transfer data satu atau beberapa MS. PDTCH dalam sistem GPRS ada yang bersifat tetap (fixed allocation channel) dan sementara (on demand allocation channel). Untuk transfer paket sebuah MS dapat menggunakan lebih dari satu PDTCH secara serial yang biasa disebut multislot

Packet Broadcast Control Channel (PBCCH)
PBCCH adalah kanal signalling un-directional point to multipoint dari BSS ke MS yang digunakan untuk memancarkan (broadcast) informasi tentang kondisi kanal dan jaringan GPRS untuk semua terminal GPRS dalam satu sel. Selain informasi tentang GPRS, PBCCH juga memancarkan informasi tentang kondisi layanan circuit switch, sehingga BCCH dalam sistem GSM tidak lagi diperlukan.

Packet Common Control Channel (PCCCH)
PCCCH adalah kanal signalling bidirectional point to multipoint yang mentransmisikan signal informasi untuk manajemen akses jaringan seperti alokasi kanal dan paging. MS menggunakan kanal ini ketika mereka ingin mengakses jaringan untuk menginisialisasi transfer paket uplink atau merespon paging massage untuk menginisialisasi transfer paket downlink.
Kanal ini terbagi menjadi empat bagian yaitu :
• Packet Random Access Channel (PRACH) yang digunakan MS untuk meminta satu atau lebih kanal PDTCH
• Packet Access Grant Channel (PAGCH) yang digunakan untuk mengalokasikan satu atau lebih kanal PDTCH pada sebuah MS
• Packet Paging Channel (PPCH) yang digunakan BSS dalam menentukan lokasi MS (paging) untuk transmisi paket downlink
• Packet Notification Channel (PNCH) yang berfungsi memberikan informasi MS tentang data PTM yang datang (multicast atau group call).

Dedicated Control Channel yaitu kanal signalling bidirectional pont to point yang terdiri dari :
• Packet Associated Control Channel (PACCH) yang membawa sinyal informasi MS berisi acknowledgment, informasi kontrol daya, dan timing advance. Satu PACCH diasosiasikan dengan satu atau beberapa buah PDTCH yang diperuntukkan bagi satu MS
• Packet Timing Advance Control Channel (PTCCH) yang digunakan untuk sinkronisasi frame . Koordinasi antara kanal logik pada circuit switch dan packet switch sangatlah penting. Jika kanal PCCCH tidak tersedia pada sebuah sel, MS dapat menggunakan common control channel (CCCH) pada konvensional GSM untuk menginisialisasi transfer paket. Selain itu jika kanal PBCCH juga tidak tersedia, MS akan menggunakan broadcast control channel (BCCH) untuk memperoleh informasi kondisi jaringan radio.

PDCH bisa dialokasikan sebagai dedicated PDCH, misalnya operator mengalokasikan sejumlah kanal untuk penggunaan layanan GPRS. PDCH juga bisa di set sebagai on demand PDCH, yaitu menyediakan kanal GPRS secara dinamis yang bersifat sementara (temporary), yang mana resource ini dialokasikan dan dibebaskan berdasarkan pertimbangan beban trafik. Dedicated PDCH tidak bisa digunakan untuk trafik circuit switch. Sedangkan on demand PDCH bisa dibebaskan pada saat terjadi kongesti karena kedatangan pelanggan untuk layanan circuit swith. Penggunaan on demand.

PDCH tidak mempengaruhi probabilitas blocking komunikasi suara dalam satu sel. On demand PDCH kembali kosong ketika tidak ada pelanggan GPRS yang menggunakannya, sedangkan dedicated PDCH akan kembali menjadi kanal fisik dasar ketika tidak ada pelanggan mobile GPRS yang menggunakannya.

Sistem Protokol GPRS

Sistem protokol yang diterapkan pada sistem GPRS merupakan protokol khusus yang terpisah dari sistem GSM. Protokol ini berfungsi untuk mengontrol
transfer informasi seperti error correction, error recovery, flow control, multiplexing dan demultiplexing, segmentasi paket dan mengatur transmisi data paket yang dibebankan pada kanal-kanal radio sistem GSM. Pada jaringan GPRS sistem protokol dibangun pada setiap komponennya (MS, BSS ,SGSN) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Antarmuka MS dan BSS
mempunyai sistem protokol standar IEEE 802 yang dimodifikasi.

Kanal GSM RF adalah lapis yang paling bawah yang merupakan protokol lapis fisik. Lapis-lapis protokol diatasnya secara rekursif menerima layanan dari layer yang ada dibawahnya. Dan memberikan layanan kepada lapis protokol diatasnya. Pengiriman paket data melalui akses jamak TDMA dilakukan secara bertahap pada setiap lapis protokol. Pada lapis protokol, data yang diterima dari lapis diatasnya dipecah menjadi burst normal. Pada lapislapis protokol diatas lapis fisik setiap paket ditambahkan beberapa bit untuk keperluan kontrol. Berikut ini adalah gambar protokol dan fungsi masing-masing bagian
protokol dalam sistem jaringan GPRS :

image

Protokol Medium Access Control (MAC)

Protokol MAC adalah lapis protokol diatas protokol lapis fisik. Protokol MAC mengatur penggunaan protokol lapis fisik dalam hal pengaturan akses kanal dari MS ke BTS dan mengatur proses retransmisi apabila akses dinyatakan gagal. Pada sistem GPRS lapis MAC mempunyai peranan penting dalam mengatur mekanisme akses pada kanal antarmuka udara. Algoritma MAC yang digunakan adalah Variabel Rate Reservation Access (VRRA).

Protokol Logikal Link Control (LLC)
Protokol LLC adalah protokol lapis setingkat diatas lapis RLC/MAC. LLC berfungsi untuk membangun kanal logika sementara sebagai sarana dalam pengiriman paket data antara MS dan SGGN.

Sub Network Dependent Convergence Port (SNDCP)
Lapis SNDCP digunakan untuk transfer paket data antara MS dan SGSN yang memetakan protokol-protokol yang berbeda pada lapis diatasnya ke dalam link tunggal di lapis LLC. Fungsi ini berkaitan dengan fungsi multiplexing paket data, proses kompresi header, kompresi/dekompresi data dan informasi kontrol serta segmentasi paket dari lapis network.

BSS GPRS Protocol (BSSGP)
BSSGP adalah lapis fisik yang bertanggung jawab untuk menyampaikan data routing dan informasi Qos antara PCU dan SGSN melalui antarmuka Gb.

Network Service (NS)
Lapis protokol ini juga melalui antarmuka Gb dan bertanggung jawab untuk transmisi data, pembagian paket dan mengatur link layer antara PCU dan SGSN yang menggunakan NUC atau frame relay sebagai media dasar physical bearer.

GPRS Tunneling Protocol (GTP)
GTP adalah protokol yang berfungsi mentransmisikan paket-paket data (PDN) yang telah mengalami proses encapsulate di GSN antara SGSN dan GGSN via jaringan IP GPRS backbone.

Deteksi dan Koreksi Kesalahan Pada Protokol Lapis fisik

Sistem deteksi dan koreksi kesalahan dilaksanakan dengan metode pengkodean konvolusi menggunakan algoritma pengkodean siklis (CRC) dengan menggunakan cara automatic retransmission request (ARQ). Burst kontrol dikirimkan ulang setiap burst kelima seperti pada gambar berikut :

image

Variabel Rate Reservation Access (VRRA)

VRRA adalah suatu metode pengaturan akses untuk transmisi paket yang terdapat pada protokol MAC. Metode ini bertujuan untuk dapat memanfaatkan kanal GSM yang disediakan untuk GPRS secara efisien dan fleksible. Secara umum metode ini terdiri dari dua bagian yaitu pemesanan kanal (reservasi) dan pengiriman paket. Pemesanan kanal (time slot) dilakukan melalui PRACH yang dikirim melalui akses burst. Akses burst menempati satu time slot pada arah uplink. Data yang dibawa pada PRACH antara lain jumlah time slot yang dibutuhkan serta quality of service.

Basestation yang menerima akses burst ini segera mengirimkan ACK dari request tersebut melalui Packet Immediate Assignment yang dikirim pada PAGCH dimana berisi informasi mengenai kanal fisik yang dipesan oleh MS
tersebut.
Pengiriman dimulai dengan mendeteksi apakah kanal kosong, jika didapati kanal kosong maka MS segera mengirimkan burst akses pada kanal kosong X berupa pemesanan jumlah kanal yang dibutuhkan. Jika kondisi positif, berupa dikirimkannya PAGCH dari base station yang berisi timeslot yang dipesan selanjutnya dilakukan pengiriman data. Setelah pengiriman selesai maka kanal akan kembali kosong dan dapat dipesan oleh MS yang lain.

Prosedur algoritma VRRA :

image

1. MS yang mempunyai paket untuk dikirimkan akan memonitor status kanal uplink melalui burst kontrol.
2. Packet Random Access (PRA) dikirimkan secara acak jika ada kanal kosong.
3. Pengiriman blok data (paket yang dipotong) dilaksanakan apabila diterima balik Packet Access Grant (PAG) dengan alokasi kanal yang diijinkan.
4. Dilakukan deteksi kesalahan, dan bila perlu dilakukan retransmisi sampai selesai satu paket (Bersambung ke level-2)

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 2.559 pengikut lainnya.

%d blogger menyukai ini: