Frame Relay Multiplexing (FDM, CDM, TDM)

Pengantar Frame Relay
Frame Relay adalah protokol WAN yang beroperasi pada layer pertama dan kedua dari model OSI, dan dapat diimplementasikan pada beberapa jenis interface jaringan. Frame relay adalah teknologi komunikasi berkecepatan tinggi yang telah digunakan pada ribuan jaringan di seluruh dunia untuk menghubungkan LAN, SNA, Internet dan bahkan aplikasi suara/voice.
Frame relay adalah cara mengirimkan informasi melalui wide area network (WAN) yang membagi informasi menjadi frame atau paket. Masing-masing frame mempunyai alamat yang digunakan oleh jaringan untuk menentukan tujuan. Frame-frame akan melewati switch dalam jaringan frame relay dan dikirimkan melalui “virtual circuit” sampai tujuan.



Fitur Frame Relay
Beberapa fitur frame relay adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan tinggi
2. Bandwidth Dinamik
3. Performansi yang baik/ Good Performance
4. Overhead yang rendah dan kehandalah tinggi (High Reliability)
Perangkat Frame Relay
Sebuah jaringan frame relay terdiri dari “endpoint” (PC, server, komputer host), perangkat akses frame relay (bridge, router, host, frame relay access device/FRAD) dan perangkat jaringan (packet switch, router, multiplexer T1/E1). Perangkat-perangkat tersebut dibagi menjadi dua kategori yang berbeda:



• DTE: Data Terminating Equipment
DTE adalah node, biasanya milik end-user dan perangkat internetworking. Perangkat DTE ini mencakup “endpoint” dan perangkat akses pada jaringan Frame Relay. DTE yang memulai suatu pertukaran informasi.
• DCE: Data Communication Equipment
DCE adalah perangkat “internetworking” pengontrol “carrier”. Perangkat-perangkat ini juga mencakup perangkat akses, teatpi terpusat di sekitar perangkat jaringan. DCE merespon pertukaran informasi yang dimulai oleh perangkat DTE.
Virtual Circuit (VC) Frame Relay
Pengantar Virtual Circuit (VC)
Suatu jaringan frame relay sering digambarkan sebagai awan frame relay (frame relay cloud), karena jaringan frame relay network bukan terdiri dari satu koneksi fisik antara “endpoint” dengan lainnya, melainkan jalur/path logika yang telah didefinisikan dalam jaringan. Jalur ini didasarkan pada konsep virtual circuit (VC). VC adalah dua-arah (two-way), jalur data yang didefinisikan secara software antara dua port yang membentuk saluran khusur (private line) untuk pertukaran informasi dalam jaringan.Terdapat dua tipe virtual circuit (VC):
• Switched Virtual Circuit (SVC)
• Permanent Virtual Circuit (PVC)
Switched Virtual Circuit (SVC)
Switched Virtual Circuits (SVC), adalah koneksi sementara yang digunakan ketika terjadi transfer data antar perangkat DTE melewati jaringan Frame Relay. Terdapat empat status pada sebuah SVC:



Empat status pada SVC :
1. Call setup
2. Data transfer
3. Idling
4. Call termination
Status SVC
Call Setup

Call Setup: Dalam status awal memulai komunikasi, virtual circuit (vc) antar dua perangkat DTE Frame Relay terbentuk.
Data Transfer

Data Transfer: Kemudian, data ditransfer antar perangkat DTE melalui virtual circuit (vc).
Idling

Idling: Pada kondisi “idling”, koneksi masih ada dan terbuka, tetapi transfer data telah berhenti.
Call Termination

Call Termination: Setelah koneksi “idle” untuk beberapa perioda waktu tertentu, koneksi antar dua DTE akan diputus.
Permanent Virtual Circuit (PVC)

PVC adalah jalur/path tetap, oleh karena itu tidak dibentuk berdasarkan permintaan atau berdasarkan “call-by-call”. Walaupun jalur aktual melalui jaringan berdasarkan variasi waktu ke waktu (TDM) tetapi “circuit” dari awal ke tujuan tidak akan berubah. PVC adalah koneksi permanen terus menerus seperti “dedicated point-to-point circuit”.
Perbandingan PVC vs SVC
PVC lebih populer karena menyediakan alternatif yang lebih murah dibandingkan “leased line”. Berbeda dengan SVC, PVC tidak pernah putus (disconnect), oleh karena itu, tidak pernah terdapat status “call setup” dan “termination”. Hanya terdapat 2 status :
• Data transfer
• Idling
Format Frame “Frame Relay”
Struktur Frame
Dalam sebuah frame Frame Relay, paket data user tidak berubah, Frame Relay menambahkan header dua-byte pada paket. Struktur frame adalah sebagai berikut:



• Flags - menandakan awal dan akhir sebuah frame
• Address - terdiri dari DCLI (data link connection identifier), Extended Address (EA), C/R, dan “Congestion control information”
• DLCI Value - menunjukkan nilai dari “data link connection identifier”. Terdiri dari 10 bit pertama dari “Address field”/alamat.
• Extended Address (EA) - menunjukkan panjang dari “Address field”, yang panjangnya 2 bytes.
• C/R - Bit yang mengikuti byte DLCI dalam “Address field”. Bit C/R tidak didefinisikan saat ini.
• Congestion Control - Tiga bit yang mengontrol mekanisme pemberitahuan antrian (congestion) Frame Relay.
• Data - terdiri dari data ter-encapsulasi dari “upper layer” yang panjangnya bervariasi.
• FCS - (Frame Check Sequence) terdiri dari informasi untuk meyakinkan keutuhan frame.
Pendeteksi Error pada Frame Relay
Frame Relay menerapkan pendeteksi “error” pada saluran transmisi, tetapi Frame Relay tidak memperbaiki “error”. Jika terdeteksi sebuah “error”, frame akan dibuang (discarded) dari saluran transmisi. Proses seperti ini disebut :
Cyclic redundancy check (CRC)
Cyclic redundancy check (CRC) adalah sebuah skema “error-checking” yang mendeteksi dan membuang data yang rusak (corrupted). Fungsi yang memperbaiki error (Error-correction) (seperti pengiriman kembali/retransmission data) diserahkan pada protokol layer yang lebih tinggi (higher-layer).
Implementasi Frame Relay
Frame Relay dapat digunakan untuk jaringan publik dan jaringan “private” perusahaan atau organisasi.
Jaringan Publik
Pada jaringan publik Frame Relay, “Frame Relay switching equipment” (DCE) berlokasi di kantor pusat (central) perusahaan penyedia jaringan telekomunikasi. Pelanggan hanya membayar biaya berdasarkan pemakain jaringan, dan tidak dibebani administrasi dan pemeliharan perangkat jaringan Frame Relay.
Jaringan “Private”
Pada jaringan “private” Frame Relay, administrasi dan pemeliharaan jaringan adalah tanggungjawab perusahaan (private company). Trafik Frame Relay diteruskan melalui “interface” Frame Relay pada jaringan data. Trafik “Non-Frame Relay” diteruskan ke jasa atau aplikasi yang sesuai (seperti “private branch exchange” [PBX] untuk jasa telepon atau untuk aplikasi “video-teleconferencing”).

MULTIPLEXING
Pembagian suatu saluran komunikasi untuk dipakai secara bersama diistilahkan sebagai multiplexing
Keuntungannya :

# Komputer host hanya butuh satu port I/O untuk banyak terminal
# Hanya satu line transmisi yang dibutuhkan.




Tiga teknik multiplexing :

# Frequency-Division Multiplexing (FDM), paling umum dipakai untuk radio atau TV
# Time-Division Multiplexing (TDM) atau synchronous TDM, dipakai untuk multiplexing digital voice dan banyak digunakan untuk menggabungkan aliran suara digital dan aliran data

# Peningkatan efisiensi Synchronous TDM dengan variasi sebagai berikut :
o Statistical TDM atau
o Asynchronous TDM atau
o Intelligent TDM

Bertujuan memperbaiki efisiensi synchronous TDM dengan cara menambahkan rangkaian yang lebih kompleks di sisi multiplexer

Frequency Division Multiplexing

Tiap sinyal dimodulasikan ke dalam frekuensi carrier yang berbeda dan frekuensi carrier tersebut terpisah dimana bandwidth dari sinyal-sinyal tersebut tidak overlap.





 FDM dimungkinkan jika bandwidth media transmisi jauh lebih besar daripada required BW sinyal yang akan dikirim.
Contoh: sistem siaran televisi, CATV, AMPS analog

 Pada gambar di atas , ada 6 sumber sinyal input mux, kemudian masing-masing dimodulasi menjadi frekuensi berbeda (f1, …, f6)

 Untuk menghindari interferensi, antar kanal dipisahkan oleh guard band (menjadi bagian dari spektrum yang tak terpakai)




 Sejumlah sinyal analog atau digital [mi(t); i=1,…n] dimultiplex pada media Transmisi yang sama.

 Masalah yang harus diatasi sistem FDM:crosstalk dan derau intermodulasi.



Contoh sederhananya : transmisi tiga sinyal voice (suara) secara simultan melalui suatu medium.



Synchronous Time-Division Multiplexing

 Time division multiplexing dimungkinkan apabila data rate yang dapat dicapai oleh media transmisi lebih besar daripada data rate sinyal digital yang akan dikirim.

 Pada gambar berikut, sejumlah sinyal digital [mi(t); i=1,…n] dimultiplex pada media transmisi yang sama. Data yang datang dari tiap sumber mula-mula dimasukkan ke buffer.

 Buffer di-scan secara sekuensial untuk membentuk sinyal digital gabungan mc(t). Operasi scan harus berlangsung cukup cepat agar tiap buffer dapat berada dalam keadaan kosong sebelum data berikutnya masuk.

 Jadi, besarnya laju data mc(t) harus lebih dari atau sama dengan penjumlahan laju data masing-masing sumber (mi(t)). Sinyal digital mc(t) dapat dikirim langsung, atau dilewatkan melalui modem untuk membentuk sinyal analog.



Dalam hal ini dipakai 2 teknik interlaving :

 Character-interlaving :
o Dipakai dengan sumber asynchronous.
o Tiap time slot mengandung 1 karakter dari data.

 Bit-interlaving :
o Dipakai dengan sumber synchronous dan boleh juga dengan sumber asynchronous.
o Tiap time slot mengandung hanya 1 bit.

Synchronous TDM :

 Disebut synchronous karena time slot-time slot-nya di alokasikan ke sumber-sumber dan tertentu dimana time slot untuk tiap sumber ditransmisi. Biar bagaimanapun sumber mempunyai data untuk dikirim.
 Dapat mengendalikan sumber-sumber dengan kecepatan yang berbeda-beda.

Statistical Time-Division Multiplexing

 Statistical TDM yang dikenal juga sebagai Asynchronous TDM dan Intelligent TDM, sebagai alternative synchronous TDM.

 Pada synchronous TDM, banyak kasus time slot kosong (tidak berisi data). Statistical TDM memanfaatkan fakta bahwa tidak semua terminal mengirim data setiap saat, sehingga data rate pada saluran output lebih kecil dari penjumlahan data rate semua terminal.

 Ada n saluran input, tetapi hanya k time slot yang tersedia pada sebuah frame TDM. Di mana k < n.

 Di sisi pengirim, fungsi multiplexer adalah scanning buffer, mengumpulkan data sampai frame penuh, kemudian mengirimkan frame tersebut.
 Konsekuensi: tambahan overhead, karena diperlukan field address dan length. Informasi address dibutuhkan untuk memastikan bahwa data diantarkan kepada penerima yang tepat.

 Pada gambar berikut, ada 4 sumber data yang transmit pada waktu t0, t1, t2, t3. Multiplexer statistik tidak mengirimkan slot kosong jika terdapat data dari user lain




Code Division Multiplexing (CDM)
Code Division Multiplexing (CDM) dirancang untuk menanggulangi kelemahankelemahan yang dimiliki oleh teknik multiplexing sebelumnya, yakni TDM dan FDM.. Contoh aplikasinya pada saat ini adalah jaringan komunikasi seluler CDMA (Flexi) Prinsip kerja dari CDM adalah sebagai berikut :
1. Kepada setiap entitas pengguna diberikan suatu kode unik (dengan panjang 64 bit) yang disebut chip spreading code.

2. Untuk pengiriman bit ‘1’, digunakan representasi kode (chip spreading code) tersebut.

3. Sedangkan untuk pengiriman bit ‘0’, yang digunakan adalah inverse dari kode tersebut.

4. Pada saluran transmisi, kode-kode unik yang dikirim oleh sejumlah pengguna akan ditransmisikan dalam bentuk hasil penjumlahan (sum) dari kode-kode tersebut.

5. Di sisi penerima, sinyal hasil penjumlahan kode-kode tersebut akan dikalikan dengan kode unik dari si pengirim (chip spreading code) untuk diinterpretasikan.
selanjutnya :
- jika jumlah hasil perkalian mendekati nilai +64 berarti bit ‘1’,
- jika jumlahnya mendekati –64 dinyatakan sebagai bit ‘0’.

Contoh penerapan CDM untuk 3 pengguna (A,B dan C) menggunakan panjang kode 8 bit (8-chip spreading code) dijelaskan sebagai berikut :

a. Pengalokasian kode unik (8-chip spreading code) bagi ketiga pengguna :

- kode untuk A : 10111001
- kode untuk B : 01101110
- kode untuk C : 11001101

b. Misalkan pengguna A mengirim bit 1, pengguna B mengirim bit 0 dan pengguna C mengirim bit 1. Maka pada saluran transmisi akan dikirimkan kode berikut :

- A mengirim bit 1 : 10111001 atau + - + + + - - +
- B mengirim bit 0 : 10010001 atau + - - + - - - +
- C mengirim bit 1 : 11001101 atau + + - - + + - +
- hasil penjumlahan (sum) = +3,-1,-1,+1,+1,-1,-3,+3

c. Pasangan dari A akan menginterpretasi kode yang diterima dengan cara :

- Sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3
- Kode milik A : +1 –1 +1 +1 +1 -1 –1 +1
- Hasil perkalian (product) : +3 +1 –1 +1 +1 +1 +3 +3 = 12
Nilai +12 akan diinterpretasi sebagai bit ‘1’ karena mendekati nilai +8.

d. Pasangan dari pengguna B akan melakukan interpretasi sebagai berikut :

- sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3
- kode milik B : –1 +1 +1 –1 +1 +1 +1 –1
- jumlah hasil perkalian : –3 –1 –1 –1 +1 –1 –3 –3 = -12
berarti bit yang diterima adalah bit ‘0’, karena mendekati nilai –8.