IF Notes

Jaringan Seluler (2G hingga 4G LTE)

7 min read

Back to IF2230 Jaringan Komputer

Jaringan Nirkabel: Jaringan Seluler (2G hingga 4G LTE)

Questions/Cues

  • Apa saja komponen arsitektur jaringan seluler?
  • Apa itu sel (cell) dan Base Station (BS)?
  • Apa fungsi Mobile Switching Center (MSC)?
  • Bagaimana spektrum radio dibagi?
  • Bagaimana arsitektur jaringan 2G (voice)?
  • Bagaimana arsitektur jaringan 3G (voice+data)?
  • Apa peran SGSN dan GGSN?
  • Apa perubahan besar pada arsitektur 4G LTE?
  • Apa itu Evolved Packet Core (EPC)?
  • Apa peran MME, S-GW, dan P-GW?
  • Jelaskan konsep “all-IP core”.
  • Bagaimana QoS diterapkan di LTE?

Reference Points

  • Lecture 9, Slides: 542, 544-550, 553

Arsitektur Dasar Jaringan Seluler

Arsitektur seluler dirancang untuk menyediakan konektivitas bagi pengguna yang bergerak dalam area geografis yang luas.

  • Komponen Dasar:

    • Cell: Area cakupan geografis yang dilayani oleh satu stasiun pemancar. Jaringan seluler merupakan kumpulan dari banyak sel yang saling tumpang tindih.
    • Base Station (BS): Dikenal juga sebagai menara seluler. Berfungsi sebagai access point untuk perangkat seluler di dalam sebuah sel.
    • Mobile Switching Center (MSC): Pusat dari beberapa BS. Bertugas mengelola pengaturan panggilan, menghubungkan jaringan seluler ke jaringan telepon kabel publik (PSTN), dan menangani handoff (perpindahan pengguna dari satu sel ke sel lain).

  • Pembagian Spektrum Radio:

    Untuk melayani banyak pengguna sekaligus dalam spektrum frekuensi yang terbatas, digunakan beberapa teknik, di antaranya:

    • FDMA/TDMA: Frekuensi dibagi menjadi beberapa channel (FDMA), dan setiap channel dibagi lagi menjadi slot waktu (TDMA). Setiap pengguna mendapat alokasi slot waktu pada channel tertentu.
    • CDMA: Semua pengguna menggunakan frekuensi yang sama pada waktu yang sama, namun dipisahkan oleh kode matematis yang unik.

Evolusi Arsitektur: Dari 2G ke 3G

  • Jaringan 2G (Hanya Suara - Voice-centric):

    Arsitektur 2G (seperti GSM) dirancang utamanya untuk layanan suara. Inti jaringannya berbasis circuit-switching. Komponen utamanya adalah Base Station System (BSS) yang terhubung ke MSC. MSC inilah yang menjadi pusat kendali panggilan.

  • Jaringan 3G (Suara + Data):

    Perubahan kunci pada 3G adalah penambahan jaringan inti data berbasis packet-switching yang beroperasi secara paralel dengan jaringan inti suara yang sudah ada.

    • Jaringan suara (berbasis MSC) tetap dipertahankan.
    • Jaringan data baru, disebut GPRS Core, ditambahkan dengan dua komponen utama:
      1. SGSN (Serving GPRS Support Node): Berfungsi seperti MSC untuk data. Ia melacak lokasi perangkat, mengelola sesi data, dan melakukan autentikasi.
      2. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Berfungsi sebagai gerbang (gateway) yang menghubungkan jaringan data seluler internal ke jaringan eksternal seperti internet. Ia juga yang mengalokasikan alamat IP untuk perangkat pengguna.

Arsitektur 4G LTE: All-IP Core

4G LTE membawa perubahan paradigma besar dengan memperkenalkan arsitektur yang lebih datar dan sepenuhnya berbasis IP. Tidak ada lagi pemisahan antara jaringan inti suara dan data.

  • Evolved Packet Core (EPC): Ini adalah nama untuk arsitektur jaringan inti 4G yang serba IP (All-IP Core). Semua lalu lintas, baik data maupun suara (yang dikonversi menjadi VoIP), diperlakukan sebagai paket IP dan dilewatkan melalui EPC.

  • Komponen Kunci EPC:

    • MME (Mobility Management Entity): Dianggap sebagai “otak” dari EPC. MME tidak menangani data pengguna, tetapi hanya sinyal kontrol. Tugasnya adalah mengelola status koneksi perangkat (aktif/idle), melakukan paging, melacak lokasi, dan menangani autentikasi.
    • S-GW (Serving Gateway): Titik jangkar (anchor point) untuk mobilitas. Bertugas merutekan dan meneruskan paket data pengguna di dalam jaringan operator. Saat pengguna berpindah antar base station (eNodeB), S-GW memastikan koneksi tetap terjaga.
    • P-GW (Packet Data Network Gateway): Gerbang akhir antara jaringan EPC dan internet. Bertugas mengalokasikan alamat IP untuk perangkat, menerapkan kebijakan, dan memfilter paket.
    • HSS (Home Subscriber Server): Database terpusat yang menyimpan semua informasi terkait pelanggan, seperti profil layanan dan informasi keamanan.

  • eNodeB (Base Station): Komponen ini berada di jaringan akses radio (E-UTRAN) dan menangani fungsi-fungsi yang berhubungan langsung dengan sinyal radio.

    • Manajemen Sumber Daya Radio Antar Sel (Inter-cell RRM).
    • Kontrol Radio Bearer (RB control).
    • Kontrol Mobilitas Koneksi (Connection Mobility Control).
    • Kontrol Penerimaan Akses Radio (Radio Admission Control).
    • Konfigurasi dan penyediaan pengukuran eNB.
    • Alokasi sumber daya dinamis (Penjadwal / Scheduler).

Kualitas Layanan (QoS) di LTE

Karena arsitektur LTE dirancang untuk menangani berbagai jenis layanan (suara, video, web) di atas infrastruktur IP yang sama, QoS menjadi fitur yang sangat penting.

  • QoS di LTE diimplementasikan melalui QCI (QoS Class Identifier). Setiap aliran data (disebut bearer) diberi nilai QCI dari 1 hingga 9.
  • Nilai QCI ini menentukan prioritas, budget penundaan (delay budget), dan tingkat toleransi kehilangan paket (packet error loss rate).
  • Contoh: Panggilan suara (VoLTE) akan mendapatkan QCI dengan prioritas tertinggi dan budget delay terketat, sedangkan Browse web biasa akan mendapatkan QCI dengan prioritas lebih rendah.

Mekanisme Tunneling Paket Data di 4G LTE

  • Paket IP dari perangkat pengguna (UE) pertama kali dienkapsulasi (dibungkus) di dalam sebuah pesan GPRS Tunneling Protocol (GTP) di level eNodeB.
  • Pesan GTP tersebut kemudian dienkapsulasi lagi di dalam paket UDP.
  • Paket UDP tersebut selanjutnya dienkapsulasi di dalam paket IP.
  • Hasil akhirnya adalah sebuah paket IP berukuran besar yang ditujukan ke alamat S-GW, yang kemudian akan meneruskannya ke P-GW melalui tunnel lain.
  • Proses enkapsulasi berlapis ini menciptakan sebuah “terowongan” (tunnel) logis yang membawa data pengguna secara aman dan terkelola melintasi berbagai antarmuka jaringan:
    • Antara UE dan eNodeB: antarmuka LTE-Uu.
    • Antara eNodeB dan S-GW: antarmuka S1-U.
    • Antara S-GW dan P-GW: antarmuka S5/S8.

Detail Kuantitatif Quality of Service (QoS) di LTE

QoS di jaringan akses radio LTE diimplementasikan menggunakan QCI (QoS Class Identifier), yaitu nilai numerik yang menentukan perlakuan terhadap sebuah aliran data.

  • QCI 1 (untuk Suara Percakapan / Conversational Voice)
    • Tipe Sumber Daya: GBR (Guaranteed Bit Rate).
    • Prioritas: 2.
    • Packet Delay Budget (Batas Toleransi Delay): 100 ms.
    • Packet Error Loss Rate (Batas Toleransi Kehilangan Paket): 10⁻² (1 dari 100 paket boleh hilang).
  • QCI 4 (untuk Game Real-Time / Real-time Gaming)
    • Tipe Sumber Daya: GBR.
    • Prioritas: 3.
    • Packet Delay Budget: 50 ms.
    • Packet Error Loss Rate: 10⁻³ (1 dari 1000 paket boleh hilang).
  • QCI 7 (untuk Video Streaming / Buffered Streaming)
    • Tipe Sumber Daya: Non-GBR.
    • Prioritas: 6.
    • Packet Delay Budget: 300 ms.
    • Packet Error Loss Rate: 10⁻⁶ (1 dari 1.000.000 paket boleh hilang).
  • QCI 9 (untuk Internet Umum, misal WWW, Email, Chat)
    • Tipe Sumber Daya: Non-GBR.
    • Prioritas: 9 (terendah).
    • Packet Delay Budget: 300 ms.
    • Packet Error Loss Rate: 10⁻⁶.

Summary

  • Jaringan seluler berevolusi dari arsitektur 2G yang fokus pada suara, ke 3G yang menambahkan jaringan data paralel (dengan komponen SGSN/GGSN), hingga 4G LTE yang menyatukan semuanya dalam arsitektur All-IP Core yang disebut EPC.
  • Arsitektur 4G LTE lebih sederhana dan datar, dengan komponen inti yang memisahkan fungsi kontrol (MME) dan fungsi data (S-GW untuk mobilitas internal dan P-GW sebagai gerbang ke internet).
  • Semua lalu lintas di 4G, termasuk suara, diperlakukan sebagai paket IP. Kualitas Layanan (QoS) dikelola secara ketat melalui nilai QCI untuk memastikan performa yang sesuai bagi berbagai jenis aplikasi.

Graph View

Backlinks