Macam-Macam Jaringan Komunikasi Nirkabel

  1. Wireless Software-Defined Networking

        Salah satu tantangan utama jaringan komunikasi 5G adalah desain arsitektur jaringan yang fleksibel. Hal tersebut dapat diwujudkan melalui software-defined networking (SDN). Ide utama dari sistem ini adalah untuk memisahkan data plane dari control plane dan untuk memperkenalkan fungsionalitas kontrol jaringan baru. Dengan memanfaatkan konsep SDN, salah satu arsitektur baru yang dinilai cocok untuk solusi 5G adalah wireless SDN (WSDN) atau disebut juga SoftAir. SoftAir adalah salah satu solusi komprehensif yang mungkin dapat digunakan dalam sistem seluler 5G dalam memprcepat inovasi baik untuk infrastruktur maupun algoritma perangkat lunak, manajemen sumber daya yang efisien dan adaptif, mencapai efisiensi spektrum maksimum, mendorong konvergensi jaringan heterogenm dan meningkatkan efisiensi energi.

        Arsitektur keseluruhan untuk WSDN dalam sistem 5G tersusun dari data plane dan control panel. Data plane (SD-RAN dan SD-CN) bersifat terbuka, terprogram, dan virtual. Control plane terutama terdiri atas dua komponen, yaitu manajemen jaringan dan aplikasi yang disesuaikan dari penyedia layanan atau operator jaringan virtual.

1.1 arsitektur WSDN

2. Network Function Virtualization (NFV)

        Network Function Virtualization (NFV) merupakan konsep pelengkap SDN yang memungkinkan virtualisasi dari seluruh fungsi jaringan yang terkait dengan hardware sebelum melalui infrastruktur cloud, sehingga memberikan keuntungan dalam skalabilitas dan fleksibilitas. NFV sangat mengurangi biaya modal (capex) yang diperlukan untuk membeli hardware dan meng-hemat biaya opeerasional (opex) dengan menggabungkan sumber daya fungsu jaringan virtual yang berjalan dalam server terpusat.

        Satu kasus penggunaan NFV adalah Interner of Things (IoT). Penerapan IoT akan membuat jumlah perangkat yang terhubung ke jaringan semakin banyak, NFV mampu mengurangi biaya perangkat IoT dengan mengurangi fungsi dalam perangkat dengan fungsi-fungsi virtual. Nfv dapat membuat core network menjadi lebih cerdas, terukur, andal, dan fleksibel dengan virtualisasi berbagai entitas (misalnya, MME, PGW, SGW, dan lain-lain). Dengan fungsi virtualisasinya, Nfv mampu menghilangkan keterbatasan geografis layanan. Sebagai contoh, SGW dan PGW dapat co-location dengan base station.

        Menurut ETSI, arsitektur keseluruhan NFV terdiri atas empat elemen utama, yaitu NFV Infrastructure (NFVI), Virtual Network Functions (VNFs), Hypervisors, dan nfv Management and Orchestration (NFV MANO). Komponen utama dari NFV adalah VNFs yang merupakan softwaredari fungsi jaringan, berjalan pada infrastruktur cloud. VNFs melakukan tugas untuk perhitungan virtual, penyimpanan virtual, dan sumber daya jaringan virtual. NFVI adalah platform infrastruktur di atas VNFs yang merupakan kumpulan physical hardware, termasuk komputasi.Secara umum, Hypervisors memberikan gambaran dari sumber daya virtual di atas physical hardware (physical computation) agar VNFs dapat berjalan. Hypervisors juga memisahkan logical dari infrastruktur jaringan yang sebenarnya ke jaringan virtual untuk manajemen yang efisien. NFV MANO memberikan kerangka untuk mengelola dan mengatur semua sumber daya insfrakstruktur yang menyediakan virtual machine untuk mengelola sumber daya jaringan.

2.1 arsitektur NFV

3. MILIMETER WAVE

            Sebagaimana rekomendasi Federal Communication Commission (FCC), Milimeter wave merupakan unlicensed band yang dapat menyediakan tbrugbput hingga gigabit per second dengan potensi jumlah spektrum frekuensi yang tersedia masih sangat banyak. Millimeter wave biasanya beroperasi pada pita frekuensi di 30-300 GHz, namun ada juga yang menambahkan pita frekuensi orde centimeter, yaitu dari 24-28 GHz. 

        Pada Oktober 2015, FCC mengusulkan aturan spektrum band millimeter untuk layanan 5G. Pita frekuensi yang yang FFC diusulkan untuk radio akses adalah pita 28 GHz (27,5-28,35GHz) dan pita 39 GHz (38,6-40 GHz). Sejak jaringan area lokal nirkabel (WLAN) pada 60 GHz telah digunakan sebagai standar IEEE 802.11ad dan menunjukan peningkatan kecepatan data yang tinggi dalam area dekat (dalam ruangan), FFC megusulkan untuk merilis 64-71 GHz yang berdekatan untuk karakteristik jangkauan area yang pendek (dalam ruamgan), Bandwidth tambahan dari pita 7 GHz akan dapat lebih meningkatkan kecepatan data untuk layanan WLAN. Selain itu, FCC memperkenalkan skema lisensi bybrid yang memberikan pilihan untuk penyedia layanan di band 37 GHz. Band bybird dapat membantu memfasilitasi pengembangan teknik jaringan broadband yang baru. World Radio Conference (WRC) 2015 merencanakan band di bawah 6 GHz untuk sistem komunikasi  mobile dan WRC 2019 direncanakan akan membahas penggunaan band di ataqs 6GHz untuk sistem komunikasi mobile. Teknologi 5G direncanakan akan didesain untuk dapat mengimplementasikan konsep spectrum aggregation antara band dibawah 6 GHz dan band di atas 6GHz tesebut.

4. MASSIVE MIMMO

        Selain millimeter wave, massive MIMO juga diusulkan sebagi solusi untuk jaringan 5G. Berbeda dari multiuser MIMO (MU-MIMO) dalam sistem 4G yang hanya beberapa komponen antena yang digunakan, desain massive MIMO menggunakan lebih banyak sistem antena untuk lebih meningkatakn kapasitas dan throughput system. Hal tersebut juga difungsikan untuk memberikan derajat cukupan yang merata. Massive MIMO menggunakan sistem spasial multiplexing dan time- division duplexing (TDD) untuk melayani beberapa pengguna pada dominan waktu dan frekuensi. Ada tiga kemungkinan jenis tata letak array antena MIMO di base station, yaitu linear, persegi panjang, dan silinder. Layaut dari BTS massive MIMO dirancang untuk skanario yang berbeda. sebagai contoh, antena array linear dan persegi panjang dapat dipasang pada bagian luar dari bangunan bertingkat tinggi untuk melayani pengguna dalam ruangan dengan berbagai ketinggian dan pejalan kaki di luar ruangan. Antena array persegi juga dapat melayani beberapa pengguna dengan teknik spasial multiplexing. Untuk pengguna bergerak, antena array silinder dapat digunakan untuk melacak rute pergerakan pengguna.

        Massive MIMO juga meningkatkan efisiensi spektrum, mebursngi latenct, dan menambah scalability strutktur air interface. Karena ada lebih banyak elemen antena di base station daripada yang ada di mobile terminal, prosedur precoding akan disederhanakan, sehingga efisiensi spektral dapat di tingkatkan dan latency dapat dikurangi. Massive MIMO mencoba untuk menghilangkan ketergantungan dari saluran frekuensi dan menghindari perngaruh dari frekuensi selektif fading terhadap kekuatan sinyal. karena ada banyak komponen antena base station saja yang akan aktif, sehingga energi per elemen antena dapat dikurangi. Jika terjadi lalu lintas data yang padat, maka semua elemen anterna akan aktif untuk menyediakan transimsi data yang cepat ke semua pengguna.

3.1 penggunaan antena array pada massive MIMO

5. ULTRA DENSIFICATION

        Dalam sistem 4G, macrocell menjadi salah satu arsitektur jaringan dasar. Lalu lintas data seluler bulanan di seluruh dunia diestimasi akan melebihi 16 exabyte berasal dari percepatan pembangunan jaringan dan permintaan bandwidth berasal dari percepatan pembangunan jaringan dan peningkatan jumlah smartphone, tablet, dan jenis-jenis perangkat lainnya yang memerlukan bandwidth besar. Dengan keragaman perangkat mobile, aplikasi, serta layanan, jaringan selular 5G memerlukan fleksibelitas tinggi pada semua lapisan jaringan.

        Dalam rangka mengakomodasi terminal pengguna yang harus tumbuh dan offload pada BTS 4G, diciptakan spatial densification dan spectrum aggregation, yang dapat menciptakanlwbih banyak lapisan sel dan mengelola sumber daya spektrum dalam meningkatkan kapasitas. Secara khusus, spatial densification mencakup gagasan dari heterogen network (HetNet), yang telah dikembangkan dalam sostem 4G LTE. Elemen HetNet yang lebih kecil termasuk picocells, femocell, dan distribusi elemen antena akan menjadi sesuatu yang penting dalam meningkatkan kinerja sistem. Di sisi lain, spectrum aggregation memainkan peran dalam menggabungkan fragmen-fragmen yang non-contiguous dalam sumber daya resource bandwidth dan mengoordinasikan spectrum sharing dan  licensed dan unlicenced spectrum dalam mencapai utilisasi spektrum yang lebih tinggi.

6. BIG DATA DAN MOBILE CLOUD COMPUTING

        Dalam menghadapi thoughput jaringan yang meningkat, teknik penyimpanan data juga akan mengalami evolusi pada era teknologi 5G. Penyimpanan data pada perangkat lokal seperti yang digunakan saat ini diperkirakan tidak akan mampu lagi untuk menangani peningkatkan daya, terutama ketika pengguna ingin men-download file besar, atau bahkan streaming video HD. Dalam beberapa tahun terakhir, cloud computing sangat populer karena pengguna dapat meng-upload data ke server cloud melalui internet. Dalam jaringan 5G, cloud computing akan menjadi bagian tak terelakkan, dan  mobile cloud computing akan menjadi metode utama untuk komputasi data pada tingkat yang lebih tinggi.

        Selain itu, jumlah data yang dihasilkan oleh perangkat mobile dan jaringan juga menjadi masalah dalam era mendatang. Kemampuan 5G dalam mengatasi penyimpanan data yang lebih besar dan mobile cloud computing harus memiliki fleksibelitas dan efisiensi yang lebih tinggi dalam hal pengelolaan data. Karena semakin banyak pengguna melakukan penyimpanan file di server cloud, mobile cloud computing harus dapat melakukan manajemen data pada server cloud. Berbeda dengan sistem seluler saat ini di mana downlink memainkan peran utama pada kinerja sistem, sistem cloud computing akan lebih menekankan pada sisi uplink dan backhaul.

4.1 sistem cloud computing

7. INTERNET OF THINGS (IOT)

        Internet of Things (IoT), merupakan sebuah konsep yang bertujuan untuk memperluas manfaat dari konektivitas internet yang tersambung secara terus-menerus. Adapun kemampuan yang ditawarkan, seperti kemampuan data sharing, remote control, dan sebagainya, termasuk juga pada benda-benda di dunia nyata. Contohnya, bahan pangan, elektronik, koleksi, dan peralatan apa saja yang termasuk benda hidup yang semuanya tersambung ke jaringan lokal dan global melalui sensor yang tertanam pada perangkat dan selalu aktif. Pada dasarnya, Internet of Things mengacu pada benda yang dapat diidentifikasikan secara unik sebagai representasi virtual dalam struktur berbasis internet.

           Metode yang digunakan oleh Internet of Things adalah nirkabel atau pengendalian secara otomatis tanpa mengenal jarak. Implementasi Internet of Things sendiri biasanya selalu mengikuti developer dalam mengembangkan sebuah aplikasi yang diciptakan. Sebagai contoh, apabila aplikasi tersebut diciptakan untuk membantu monitoring sebuah ruangan, maka implementasi dari Internet of Things itu sendiri harus mengikuti alur diagram pemrograman mengenai sensor dalam sebuah rumah, berapa jauh jarak agar ruangan dapat dikontrol, dan kecepatan jaringan internet yang digunakan.

5.1 IoT dalam aktivitas manusia

8. KOMUNIKASI MACHINE TO MACHINE (M2M)

        Komunikasi Machine to Machine (M2M) merupakan teknologi yang memungkinkan peralatan-peralatan elektronik untuk saling berkomunikasi satu sama lain. Konektivitas perangkat seperti ponsel, mobil, lemari es, hingga mesin cuci menjadi lebih mudah. Pengguna nantinya dapat mengendalikan AC dan lemari es dari ponsel atau peralatan yang bekerja otomatis karena dipivu peralatan yang lain. Misalnya, AC rumah langsung menyala ketika mendekteksi mobil yang akan masuk garasi,. Bidang-bidang yang sudah didukung dengan teknologi M2M ini juga banyak, antara lain, keamanan, logistik, transportasi, kesehatan, dan keuangan.

        M2M mengacu pada teknologi yang memungkinkan sistem, baik wireless maupun wired untuk berkomunikasi  dengan perangkat lain. M2M dapat menggunakan perangkat (seperti sensor) untuk menangkap sebuah kejadian (seperti suhu, pergerakan, dan lain-lain), yang disampai-kan melalui jaringan (wireless, wired, atau kombinasi) ke pusat server . Sebuah aplikasi (program software) dibuat untuk merekam kejadian tersebut serta memberitahukan kepada pengguna. Pengguna juga dapat mengendalikan perangkat-perangkat tersebut secara remote tanpa harus bersentuhan langsung dengan perangkat. Perangkat yang dapat didukung untuk teknologi M2M sendiri juga semakin banyak, mulai dari handphone, mesin cuci, AC, peralatan rumah tangga, dan masih banyak lagi.

9. GREEN COMMUNICATION

        Berkenaan dengan jumlah perangkat yang akan terhubung ke jaringan yang diharapkan meningkat 100 kali dalam dekade berikutnya, maka salah satu tantangan dalam komunikasi masa depan dalam memenuhi persyaratan adalah dengan cara yang terjangkau dan berkelanjutan. Saat ini, operator sudah menghadapi kenyataan bahwa tagihan listrik menjadi beban yang cukup tinggi dari belanja operasional. Menurunkan konsumsi energi dan bergerak menunu alternatif komunikasi hijau tidak hanya penting dari perspektif lingkungan, namun juga signifikan dari perspektif ekonomi. Pendekatan lain untuk mencapai jaringan komunikasi hijau tersebut adalah dengan menggunakan sumber daya energi terbarukan seperti tenaga surya, angin, getaran di base station, dan menggunakannya untuk mengurangi konsumsi listrik yang boros sebagaimana terjadi saat ini.

10. TEKNIK RADIO AKSES

        Permintaan kecepatan tinggi pada jaringan 5G memotivasi munculnya riset mengenai akses radio yang harus mampu mendukung kecepatan data yang lebih tinggi tersebut. Karena spektrum adalah sumber daya yang terbatas, efisiensi spektrum merupakan faktor utama yang diperhatikan pada teknik akses radio yang akan dikembangkan dalam teknologi 5G. Beberapa aplikasi jaringan 5g, akan membutuhkan latency sangat rendah (1 ms). Hal tersebut merupakan kendala pada perspektif latency dari opengembangan teknik radio akses. Beberapa inovasi dalam pengembangan teknik radio akses dalam sistem komunikasi masa depan, antara lain pengmbangan sistem modulasi, sistem komunikasi full duplex, teknik multiple access SCMA (Sparse Code Multiple Access), teknologi Filtered OFDM (Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing), massive MIMO, dan saluran coding (polar coding).

        Sistem komunikasi full duplex memungkinkan transmisi secara simultan dan penerimaan sinyal pada pita frekuensi yang sama. Hal tersebut berbeda dengan komunikasi half duplex yang menggunakan Time Division Duplexing (TDD) atau Frequency Division Duplexing (FDD) dalam melakukan komunikasi. Sistem half duplex tidak dapat melakukan komunikasi dua arah sekaligus. Meskipun sistem full duplex mengatasi alokasi bandwidth yang tidak fleksibel, serta inefisiensi dalam persyaratan guard interval dan pita frekuensi, dalam teknologi 5G dianggap tidak layak untuk menerapkan sistem full duplex secara praktis karena akan sangat tiggi interfrensinya. Teknik self-interfrence cancellation dikembangkan untuk mengurangi gangguan pada penerima. Komunikasi full duplex dapat digunakan dalam meningkatkan kapasitas jaringan seluler 5G. Dalam skenario pertama, peralatan pengguna mengirimkan datanya ke base station atau perangkat lain dalam komunikasi M2M, sementara base station mengirimkan data ke user equiptment (UE) yang sama pada waktu yang sama. Skenario lainnya adalah transmisi langsung yang mirip dengan relay full duplex, di mana node pertama mentransmisikan data ke node kedua dan kemudian mentransmisikan data ke node ketiga. Peningkatan thoughput yang dapat dicapai dari pengembangan sistem full duplex tersebut sekitar 30 sampai 40 persen.