analisis kinerja optical switch pada jaringan banyan
advertisement
SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 ANALISIS KINERJA OPTICAL SWITCH PADA JARINGAN BANYAN M Ikbal Kurniawan[1], M Zulfin[2] Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: ikbalkurniawan1899yahoo.com Abstrak Jaringan Switch Optik Banyan adalah sebuah jaringan switching bertingkat (Multistage Interconnection Network/MIN) yang biasanya terdiri dari sejumlah elemen switching yang digabungkan ke dalam. Salah satu masalah yang paling serius dalam switching optik adalah adanya crosstalk optik. Crosstalk ini terjadi ketika dua kanal sinyal saling berinteraksi satu sama lain. Dalam penulisan ini dianalisis kinerja switching optik dengan menggunakan jaringan Banyan dengan input/output 2, 4, 8, 16, 32, 64 dan seterusnya. Dalam hal ini tolak ukur kinerja yang digunakan adalah crosstalk dengan parameter rancangan adalah ratio perbandingan state ON-OFF pada gate adalah -50 dB, crosstalk yang terdapat pada gate adalah -0.1 mW-1 dan faktor pentransmisian filter pada kanal optical switch -40 dB dan nilai probabilitas paket yang dianalisis adalah 0.1 – 1. Setelah dilakukan analisis probabilitas blocking pada jaringan Banyan, diperoleh hasil bahwa apabila jumlah input/output jaringan Banyan semakin besar, dengan nilai probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching yang tetap, maka probabilitas blocking-nya akan semakin kecil. Namun jika nilai probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching diperbesar, Probabilitas blocking akan semakin besar. Sedangkan untuk nilai crosstalk, jumlah Input/Outputnya dinaikkan, maka nilai crosstalk akan semakin besar. Kata Kunci: switching, crosstalk, probabilitas blocking, Banyan, optic 1. Pendahuluan Salah satu dari banyak faktor yang mempengaruhi kinerja dari sebuah jaringan telekomunikasi adalah jaringan switching. Salah satu teknologi dari sebuah jaringan switching adalah optical Switch. Jaringan ini menggunakan Large Scale Optical Switch yang mengatur input dan output dari sebuah port. Sebuah jaringan switching optik banyak tingkat tersusun dari banyak elemen switching yang saling berhubungan yang menghubungkan N masukan menuju ke M keluaran. Elemen switching dan jaringan interkoneksi dalam sebuah switching optik akan melakukan sebuah fungsi dimana aliran optik pada input akan dikirim ke output pada jaringan switching. Elemen switching dasar ukuran 2 x 2 dalam sistem switching optik biasanya adalah sebuah Directional-Coupler (DC) dimana dua sinyal saling berdekatan hal ini membuat DC akan selalu mengalami masalah crosstalk, dimana panjang gelombang yang bersifat optik yang melewati sebuah DC akan bertemu dengan panjang gelombang yang lain tanpa disengaja pada waktu yang bersamaan, baik dalam bentuk bar switch maupun cross switch. 2. Teori Umum Komponen utama dari sistem switching atau sentral adalah seperangkat sirkit masukan dan keluaran yang disebut dengan inlet dan outlet. Fungsi utama dari sistem switching adalah membangun jalur listrik diantara sepasang inlet dan outlet tertentu, dimana perangkat yang digunakan untuk membangun koneksi seperti itu disebut switching matriks atau switching network. Jaringan switching tidak membedakan antara inlet/outlet yang tersambung ke pelanggan maupun ke trunk. Sebuah sistem switching tersusun dari elemen-elemen yang melakukan fungsi-fungsi switching, kontrol dan signaling. Seiring dengan perkembangan yang terjadi pada sistem transmisi dimana dengan ditemukannya sistem transmisi serat optik, copyright DTE FT USU 2014 129 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 menyebabkan peningkatan kecepatan transmisi dan menyebabkan adanya tuntutan akan suatu desain sistem switching yang sesuai dengan kebutuhan transmisi tersebut. Desain elemen switching yang dibutuhkan adalah desain yang dapat meneruskan paket data secara cepat, dapat dikembangkan dengan skala yang lebih besar dan dapat secara mudah untuk diimplementasikan. Suatu elemen switching dapat digambarkan sebagai suatu elemen jaringan yang menyalurkan paket data dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Gambar 1 menggambarkan suatu tipe dari elemen switching dimana terlihat bahwa suatu switch yang terdiri dari tiga komponen dasar yaitu: modul masukan, switching fabric dan modul keluaran[1]. Gambar 1. Tipe Elemen Switching Ketiga komponen switch tersebut dijelaskan sebagai berikut: 1. Modul masukan Modul masukan akan menerima paket yang datang pada terminal masukan. Modul masukan akan menyaring paket yang datang tersebut berdasarkan alamat yang terdapat pada header dari paket tersebut. 2. Switching fabric Switching fabric melakukan fungsi switching dalam arti sebenarnya yaitu merutekan paket dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Switching fabric terdiri atas jaringan transmisi dan elemen switching. Jaringan transmisi ini bersifat pasif dalam arti bahwa hanya sebagai saluran saja. Pada sisi lain elemen switching melaksanakan fungsi seperti internal routing. 3. Modul keluaran Modul keluaran berfungsi untuk menghubungkan paket ke media transmisi dan ke berbagai jenis teknologi seperti kontrol error dan data filterring tergantung pada kemampuan yang terdapat pada modul keluaran tersebut. 2.2 Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat Jaringan merupakan suatu gambaran berarah dimana node-nodenya terdiri dari tiga bagian berikut: 1. Terminal sumber, yang memiliki indegree 0 2. Terminal tujuan yang memiliki outdegree 1 3. Elemen switching yang memiliki indegree dan outdegree positif. Jaringan banyak tingkat adalah jaringan dimana terminal-terminalnya dapat diubah pada tingkat i dihubungkan ke masukan pada tingkat i+1. Jaringan uniform adalah jaringan banyak tingkat dimana semua elemen switching pada suatu tingkat yang sama memiliki jumlah terminal masukan dan terminal keluaran yang sama. Jaringan square dengan derajat k adalah jaringan banyak tingkat yang dibangun dari elemen switching k x k. Jaringan interkoneksi banyak tingkat adalah jaringan interkoneksi yang digunakan untuk menghubungkan sekelompok N masukan ke sekelompok N keluaran melalui jumlah sejumlah tingkat perantara menggunakan elemen switching yang berukuran kecil diikuti oleh interkoneksi tingkat-tingkat penghubung. Elemen switching pada jaringan interkoneksi banyak tingkat boleh memiliki buffer masukan ataupun buffer keluaran. Buffer berfungsi sebagai penyimpanan sementara untuk pesan-pesan yang diblok ketika konfilk terjadi. Penggolongan jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan defenisi-defenisi yang telah diberikan ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2. Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat copyright DTE FT USU 2014 130 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 pada jaringan persamaan-2 [4]: 2.3 Jaringan Switching Banyan Jaringan Banyan adalah sebuah jaringan switching bertingkat (Multistage Interconnection network/MIN), yang biasanya terdiri dari sejumlah elemen switching yang digabungkan ke dalam beberapa tingkat yang diinterkoneksikan oleh seperangkat link dengan jalur yang unik antara sumber dengan tujuan. Sebuah modul crossbar 2x2 dapat mengimplementasikan masing-masing elemen switching. Elemen switching crossbar biasa memiliki dua kondisi, yaitu “cross state” dan “bar state” seperti yang terlihat pada Gambar 3[2]. out io P jo io P P jo io 2 P Outputt input Input Output input output 2. output Cross State Bar State Gambar 3. Kondisi (state) elemen switching 3. Defenisi formal dari jaringan switching Banyan adalah sebagai berikut: 1. Memiliki N masukan, N keluaran, log2 N tingkat, dan N/2 elemen switching pada tiap tingkat. 2. Terdapat sebuah jalur yang unik antara masing-masing masukan dan tiap keluaran. Penelitian ini dilakukan untuk menghitung kinerja optical switch pada jaringan Banyan. Metode penelitian menggunakan metode perhitungan. Parameter yang dihitung adalah probabilitas blocking dan crosstalk. Untuk menghitung probabilitas blocking menggunakan persamaan-1[3]: =1− 1− 4. 5. 6. 3. Metode Penelitian (1) Dimana : Pk = Probabilitas paket dilewatkan melalui link masukan pada sebuah switch di tingkat k. n = Jumlah input/output switch crossbar pada tiap tingkat. Sedangkan untuk menghitung nilai crosstalk pada jaringan Banyan, terlebih dahulu menghitung persamaan dasar yang digunakan allchannel reference untuk menentukan nilai Pout dan Pout X M 1P gate jo i jo io P menggunakan N 1Rgate 1 X gate MPi j P M 1TF 1 X gate MPi j M 1 N 1TF Rgate j io N 1 Rgate N 1M 1 Rgate TF 2 j P M 1 TF 2 Pio N 1 M 1Rgate TF 2 N 1 M 1 R T N 1M 1 Rgate TF gate F j io ( M 1)( N 1) 1 N 2 M 2 2 Pioj Rgate t TF t RgateTF t t 1 t 1 t 1 1. Input jo io switching (2) Dimana: Pioout adalah power output pada kanal sinyal yang dijadikan sebagai acuan. Piojo adalah power input pada kanal sinyal acuan yang ditransmisikan pada serat optik acuan. Pi jo adalah power input seluruh kanal sinyal yang ditransmisikan pada serat optik acuan. Pioj adalah power input pada kanal sinyal acuan yang ditransmisikan pada seluruh serat optik. TF adalah faktor pentransmisian filter pada kanal optical switch. Rgate adalah ratio perbandingan state ON-OFF pada gate. 7. M adalah jumlah kanal sinyal panjang gelombang. 8. N adalah jumlah serat optik. 9. t adalah fungsi waktu terhadap crosstalk (coherent dan incoherent). Dengan menggunakan persamaan diatas nilai crosstalk dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-3 [4]: X allchannel reference Poutput Poutput reference Poutput (3) allchannel Poutput adalah power output yang dihitung reference dari seluruh kanal pada input, dan Pout adalah power output yang dihitung pada kanal yang diteliti dari optical switch dengan parameter TF sebagai acuan. copyright DTE FT USU 131 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 Tabel 2. Hasil analisis perhitungan probabilitas blocking dengan P0= 0.5 – 1 4. Hasil dan Analisis Untuk menganalisis kinerja jaringan switching optic harus didapat hasil dari perhitungan. Jadi dengan menggunakan persamaan (1), (2) dan (3) nilai perhitungan probabilitas blocking seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2 dan crosstalk seperti pada Tabel 3 dan Tabel 4. 4.1 Perhitungan Probabilitas Blocking Pada perhitungan jaringan ini hanya difokuskan untuk menganalisis probabilitas blocking dari jaringan tersebut, maka kecepatan dari jaringan ini tidak diperhitungkan. Parameter yang digunakan pada jaringan ini adalah : 1. Jumlah tingkat switching Banyan : k = log2 N 2. Jumlah Terminal masukan=Jumlah Terminal Keluaran= N = k 3. Ukuran elemen switching (Directional Coupler) = n x n = 2 x 2 4. Probabilitas paket yang dihasilkan pada jaringan sebelum memasuki switching Banyan (P0) 5. Probabilitas ada berapa paket pada setiap masukan tertentu pada tingkat ke-m dari jaringan (Ps) Pk +1 = 1 – (1 − ) Berikut ini akan dihitung Kinerja Optical Switch pada Jaringan Banyan dengan N=16, N=32, N=64, dan N=128 dengan P0 = 0.1 sampai dengan 1 Nilai parameter pendukung perhitungan probabilitas blocking sudah ditentukan, maka hasil analisis perhitungan dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1. Hasil analisis perhitungan probabilitas blocking dengan P0= 0.1 - 0.4 Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) didapat bahwa jika jumlah input ditambah dengan nilai P0 yang tetap, maka probabilitas blocking akan semakin kecil. Sebaliknya jika nilai P0 bertambah besar dengan input yang tetap, maka probabilitas blocking akan semakin besar. Untuk Nilai Input 2 dengan P0 = 0.1 Probabilitas blocking jaringan Banyan adalah 0,0975, probabilitas blocking akan semakin kecil jika jumlah input ditambah, yaitu untuk nilai input 128 dengan P0 = 0,1 , Probabilitas blocking jaringan Banyan adalah 0,0848. Sebaliknya untuk nilai input 2 dengan nilai P0 = 0.2, 0.3, 0.4, dan 1 probabilitas blocking pada jaringan Banyan berturut-turut adalah 0.1900, 0.2775, 0.3600, 0.4375. 4.2 Perhitungan Nilai Crosstalk Perangkat Optical Switch yang akan dianalisis menggunakan daya masukan atau Pinput sebesar -50 dB, sedangkan parameterparameter yang digunakan pada perangkat Optical Switch ditunjukkan pada Tabel 3. Dengan menggunakan nilai parameter rancangan pada Tabel 3, dapat ditentukan nilai allchannel reference dari Poutput dan Poutput yang digunakan untuk menghitung besarnya nilai crosstalk yang terdapat pada perangkat Optical Switch. allchannel Poutput merupakan daya keluaran yang dihitung dengan menggunakan parameter standar pada perangkat Optical Switch, reference sedangkan Poutput adalah daya keluaran yang dihitung dengan mengubah nilai dari salah satu parameter optical Switch yang diteliti dengan parameter TF sebagai acuan. copyright DTE FT USU 2014 132 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 Tabel 3. Nilai Parameter Rancangan Parameter Rancangan Rgate Xgate TF Nilai -50 dB -0.1 mW-1 -40 dB reference Untuk menentukan nilai Pout dan allchannel Pout , diperoleh dengan menggunakan parameter rancangan pada Tabel 2. Dengan menggunakan nilai dari parameter rancangan pada Tabel 2. Dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) maka allchannel didapatkan hasil Pout P reference dan , out Crosstalk terlihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil Perhitungan Nilai Crosstalk pada Optical Switch Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) Nilai crosstalk pada jaringan optik Banyan akan semakin besar dengan bertambahnya nilai input. Untuk jaringan dengan input/output 2, 4 dan 8, besarnya nilai crosstalk masih berada pada batas yang diperbolahkan yaitu kecil dari –20dB [5], sedangkan untuk jaringan optical switch Banyan dengan jumlah input/output 16, 32 dan 64 nilai crosstalk lebih besar dari –20dB sehingga jaringan optical switch Banyan dengan input/output 16, 32 dan 64 dan seterusnya tidak direkomendasikan karena nilai crosstalk melewati batas yang diizinkan. 5. Kesimpulan Dari hasil analisis yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Perubahan jumlah input/output pada jaringan switching Banyan berbanding terbalik dengan nilai probabilitas blocking. Untuk jaringan Banyan yang dibangun dengan jumlah input 2 dan input 128 maka probabilitas blockingnya adalah 0.0975 dan 0.0848. Namun jika nilai P0 semakin besar dengan input/output yang tetap, maka nilai probabilitas blocking akan semakin besar. 2. Perubahan jumlah input/output pada jaringan switching optik Banyan berbanding lurus dengan nilai crosstalk. Untuk jaringan switching optik Banyan dengan nilai input 2, 4, 8, 16, 32 dan 64 nilai crosstalk pada jaringan switching optik Banyan berturut-turut adalah -43.58 dB, -31.72 dB, -22.58 dB, -15.22 dB, -8.17 dB dan -0.45 dB . Namun untuk nilai input 128 Nilai crosstalk tidak dapat dihitung karena daya input yang dihasilkan dari parameter rancangannya tidak mencukupi (minus), maka untuk nilai input 128 dan seterusnya parameter rancangan harus diubah. 3. Jumlah input/output yang diperbolehkan untuk jaringan optical switch Banyan adalah 2, 4 dan 8, karena besarnya nilai crosstalk masih berada pada batas yang diizinkan yaitu kecil dari –20dB, sedangkan untuk jaringan optical switch Banyan dengan jumlah input/output 16, 32 dan 64 dan seterusnya, nilai crosstalk lebih besar dari –20dB sehingga jaringan optical switch Banyan dengan input/output 16, 32 dan 64 dan seterusnya tidak direkomendasikan karena nilai crosstalk melewati batas yang diizinkan. 6. Ucapan Terimakasih Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada Alm. Iskandar.D dan Almh. Arwita selaku orang tua penulis, Syamsidar.D, AMd dan Aryanto Selaku orang tua yang telah membesarkan penulis sampai sekarang ini. Ir. M Zulfin, MT, selaku dosen pembimbing dan juga Ir. Arman Sani, MT dan Naemah Mubarakah, ST. MT, selaku dosen penguji penulis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan paper ini, Serta seluruh teman-teman penulis yang telah memberikan dukungan selama pembuatan paper ini. copyright DTE FT USU 2014 133 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.3 /Maret 2014 7. Daftar Pustaka [1]. Zulfin, M. 2008. Dasar Switching. Buku Ajar Teknik Penyambungan. Medan. Hlm.1-14. [2]. Zhong, Jiling. 2005, Upper Bound Analysis And Routing In Optical Bener Network, Phd.D Dissertation. Hlm.22-38 [3]. Dias, Daniel M., 1981. Analysis and Simulation of Buffered Delta Networks. IEEE Transactions on Computers, vol. C30, no.4. Hlm. 278. [4]. Gyselings, Tim. August 1999. Crosstalk Analysis of Multiwavelength Optical Cross Connect”. IEEE Transaction on Lightwave Technology, Vol. 17, No. 8. Hlm.12771278. [5]. Agrawal, G.P. 2002. Fiber-Optic Communication Systems. New York, USA. Hlm. 347 copyright DTE FT USU 2014 134