Copper Wire Performance Limiter

Banyak yang bilang skg eranya Fiber, Copper sudah tidak sanggup digunakan untuk transmit data kecepatan tinggi. Tapi .... apakah benar demikan selain itu operator sudah banyak invest copper (jaringan telepon rumah) apa investasi mereka sekarang obsolete?

Seperti ilustrasi diatas, masalah jaringan copper ini cuma ada 2:

• Crosstalk
• Redaman

Teorinya investasi Operator untuk lastmile/last kilometer (tarikan yang kerumah) bisa dipertahankan tanpa harus diganti full fiber sampai ke rumah.

Access Control

Berhubung gw lagi baca ulang paper tentang D2D arsitektur standardnya Qualcom FlashlinQ yang isinya bahas hal ini sekalian aja gw bikin jadi tulisan.  Buat yang mau tau apa itu D2D cellular network bisa liat di sini.

referensi : 

Wu, Xinzhou, et al. "FlashLinQ: A synchronous distributed scheduler for peer-to-peer ad hoc networks." IEEE/ACM Transactions on Networking (TON) 21.4 (2013): 1215-1228.

Access Control

Kita tau radio resource itu terbatas tapi permintaan service cellular khususnya data service itu tinggi. Jadi mau tidak mau radio resource harus share. Tidak semua device bisa mengirim data bersamaan menggunakan resource yang sama. Nah access control ini berfungsi untuk menyeleksi device mana saja yang bisa menggunakan resource bersamaan agar interferensi antar device tidak sampai mempengaruhi penerimaan atau pengiriman data. Hal penting dalam access control ini adalah bagaimana mengatur agar satu resource bisa digunakan banyak device secara bersamaan namun tetap menjamin kualitas komunikasi setiap device. Selain itu efek protocol terhadap penggunaan batere harus diperhatikan. Salah satu access control yang terkenal adalah Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)

Inti dari CSMA/CA ini adalah sensing sebelum transmisi. Berikut contoh aplikasi CSMA/CA di D2D communication.

gambar 1. CSMA/CA

Pada gambar di atas transmiter (Tx) link 2 sedang aktif transmisi, Tx link 1 yang ingin mengirim data "mendengar" transmisi dari Tx link 2 akhirnya Tx link 1 tidak jadi mengirim data (backoff) untuk sementara waktu (backoff time). Ketika backoff time habis Tx link 1 kembali men-sensing apakah ada transmisi yang aktif bila tidak ada Tx link 1 dapat mengirim data ke receiver (Rx) link 1. Bila ternyata setelah menunggu masih ada transmisi yang aktif maka Tx link 1 akan backoff lagi selama backoff time tertentu.
Backoff time ini random, kenapa random? perhatikan ilustrasi berikut.

gambar 2. collision

Tx 1 dan Tx 3 memiliki backoff time yang sama yaitu 2 detik, setelah menunggu selama 2 detik keduanya akan bersamaan men-sensing transmisi lain. Keduanya merasa tidak ada transmisi yang aktif jadi secara bersamaan keduanya men-transmit data. Hasilnya, Rx 1 akan terganggu oleh sinyal Tx3 dan begitu pula Rx3 terganggu oleh sinyal Tx1. Kalo backoff time di buat random kemungkinan transmiter transmit bersamaan lebih kecil.

CSMA/CA ini memiliki kelemahan yaitu tidak ada proteksi di sisi Rx ini biasa disebut Hidden Terminal. Perhatikan ilustrasi di bawah.

gambar 3. Hidden Terminal

Dari gambar terlihat saat Tx1 ingin mengirim data sinyal dari Tx2 tidak ter-sensing oleh Tx1.
Sehingga Tx1 men-transmit data sehingga ada interferensi yang besar di Rx1.
Selain itu Tx bisa juga tidak jadi mentrasmit data walau pun Rx dari Tx lain tidak terganggu oleh transmisi dari Tx tersebut perhatikan ilustrasi berikut ini.

Oleh karena itu CTS/RTS handshaking diintegrasikan dalam CSMA/CA.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) with Request to Send (RTS) and Clear to Send (CTS) Handshaking

Untuk mengatasi hidden terminal CSMA/CA diintegrasikan dengan RTS/CTS. Sebelum mentransmisikan sinyal Tx melakukan sensing bila tidak ada transmisi aktif Tx mengirimRTS. Setelah menerima RTS Rx akan melakukan sensing bila tidak ada transmisi aktif maka Rx akan mengirim CTS. Dengan demikian Rx akan terproteksi.

Perhatikan ilustrasi berikut.

Pada ilustrasi di atas terlihat hidden terminal problem dapat terselesaikan. Namun nature dari RTS dan CTS ini hanya transmit atau yeild. Padahal bila ada kemungkinan Link 1 dan Link 2 melakukan transmisi secara bersamaan bila SNIR di setiap link cukup.

Qualcom dengan FlashlinQnya mem-propose access control yang memperhitungkan SNIR agar access control lebih efektif (melindungi sekaligus memperbesar peluang transmisi).

How to model packet delay variation

Lately our lab are working on simulating packet delay variation in NS-3-DCE. My adviser was given a project to simulate a cellular network(base station to core network) throughput given delay and packet delay variation (PDV). 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mathematical Modeling

We model transmission delay between node/hop as exponential random variable and processing time from each node/hop as a fixed value (t(px)) where x represent node index.

From our assumption we model total end to end delay as total transmission delay plus total processing time as shown in the equation 1 below.

Equation 1

Furthermore we denote d as the total processing time. Total transmission delay which is sum of exponential random variable can be model as Erlang random variable. We construct Erlang random varibale from Gamma Distribution with integer shape parameter (k). We use Gamma distribution because it is available in NS-3.  Gamma Distribution is characterized by shape parameter (k) and scaling variable (θ). It has mean/average/expectation equal to  kθ and variant equal to k*θ^2.

Equation 2

Based on equation 2. we can model average delay as the expectation (average) of end to end delay.

Equation 3

Next we model packet delay variation (PDV). PDV is the difference between end to end delay of two consecutive packet.

In the illustration it is t(n)-t(n-1). Then to make sure there is no reordering if we find that current packet arrives earlier than previous packet we will set current packet arrival time equal to previous packet.

So PVD is the expectation (average) of  t(n)-t(n-1).

Equation 4

Where both X(n) and X(n-1) follow Gamma distribution (Γ(k,θ)). Then we can write it as  

Equation 5

We can take the scaling parameter out from the expectation, so we get expectation of the difference between two unit scale gamma distribution multiply by scaling parameter θ.

Equation 6

We denote expectation of the difference between two unit scale gamma distribution as Pk. We calculate Pk using matlab. First, we select value of k then we generate two unit scale gamma random number with shape parameter k. then we find the absolute difference between those value then try it again several times and find the average. We calculated Pk for several value of k. This value serve as look up table.

Finally our goal is to create average delay and PDV to be the same as what is given form the user.

So for each average delay and PDV we need to set simulation parameter d and Gamma distribution parameter k and θ. To make this happen we set the value of k and given k we find average delay and θ. From Equation 6 we can find θ, and given θ value we can use Equation 3 to find d.

Kerjaan temen-temen di Lab PART 1

Pada kesempatan kali ini gw mau ceritain kerjaan temen temen di Lab. Intelligent Networks Lab punya 8 orang anggota, ada 3 orang s1 Moonbak, Mingook dan Youngsu, 4 s2 gw, Dimas, Aneta dan Salah juga ada satu s3 Mas Dedi. Di bagian pertama ini gw akan bahas kerjaan Dimas sama Aneta.

Machine to Machine Communication in Cellular Networks (Dimas)

Machine to machine (M2M) dianggap sebagai salah satu service penting dari cellular network dalam LTE-A network beserta Device to device (D2D) communication dan Heterogeneous Network (Het-Net). Gw sudah pernah bahas tentang D2D, kalau Het-Net ini itu buat nambah kapasitas sama untuk mengurangi blind spot di coverage, selain install macrocell (Base station yg biasa kita kenal) diinstall juga microcell, picocell, relay sama femtocell(mirip AP wifi bisa dipasang di rumah). Nah balik ke M2M, M2M ini komunikasi antar mesin ga ada trigger dari manusia untuk menginisiasi komunikasinya. Contoh aplikasinya smartmeter ngirim data pemakaian dari tiap rumah ke PLN, Tracking delivery dan komunikasi antar mobil untuk mencegah tabrakan. 

Gambar 1. contoh M2M : smart meter

Tantangan di M2M selular network ini itu device yang kemungkinan berpartisipasi sangat banyak tetapi datanya sedikit. Kalau menggunakan mekanisme yang sekarang digunakan di LTE (misalnya kayak kita connect terus upload data ke youtube) prosesnya lama dan tidak efisien karena memang tidak didesign untuk mengirim data yang sedikit namun dikirim secara periodik. Gambar dibawah ini adalah proses random access, setelah random access selesai baru kita bisa upload data.

Gambar 2. Random access procedure LTE

Setelah upload selesai kita releases radio resource yang kita gunakan. Nah kerjaan Dimas ini untuk mencari cara yang efisien.

Multipath Transmission Control Protocol (Aneta)

Laptop kita, handphone kita punya lebih dari satu cara untuk akses internet. contohnya laptop kita bisa pake kabel Ethernet atau wifi atau klo ada modem cellular kita bisa pake LTE juga tapi kita ga bisa pake itu semua bersamaan. Nah ini ide asal dari multipath transmission control protocol (MPTCP).

Gambar 3. MPTCP stack

MPTCP sendiri berada diatas TCP layer. Sama kayak TCP MPTCP menjaga congestion window. MPTCP paket di bagi ke semua TCP layer yang ada di bawahnya.  Gambar di bawah contoh MPTCP dengan dua interface beda misal satu Ethernet (tcp1) satu wifi (tcp2). Dengan asumsi Ethernet lebih cepat dan lebih stabil dari wifi, Ethenet diberikan lebih banyak packet dibanding wifi.

Gambar 4. MPTCP

Tantangan dari MPTCP ini itu gimana caranya dapat throughput total maksimum. Kalau kita punya dua koneksi bersamaan yang diharapkan kita bisa dapat throughput sebesar gabungan throughput dua koneksi. Tapi kalau ada beda bandwidth yg besar antar koneksi bisa terjadi congestion window blocking seperti gambar dibawah. Di gambar kita liat semua packet dari Ethernet sudah di -acknowledge tapi send window ga bisa gerak karena satu packet dari wifi belum di-acknowledge akibatnya throughput pasti lebih rendah dibanding dengan kalo cuma pake Ethernet saja dari awal.

Gambar 5. MPTCP send window blocking

Nah kerjaan aneta ini berkaitan sama hal tadi bagaimana mengatur packet mana ke koneksi yang mana agar throughput bisa maksimal.

Sekian sebagian dari kerjaan temen-temen di lab bagian pertama. Semoga bermanfaat.

Relay in Cellular Network

Mungkin ga sih memperluas coverage cellular network tanpa harus membangun base station (BS) baru?

Relay

Seperti yang kita tau awalnya cellular network ini di-design untuk outdoor. BS dipasang di tempat terbuka, wilayah yang tinggi agar dapat mengcover wilayah yang luas. Seiring dengan integrasi komunikasi data dan membesarnya permintaan data ini tren penggunaan handphone berubah. Dulu digunakan untuk komunikasi saat di luar ruangan saat bepergian sekarang digunakan didalam ruangan dan diam ditempat.  Di kota besar yang padat gedung sering ditemukan blind-spot (tempat tidak dapat sinyal) karena sinyal terhalang gedung. Sekarang ini di Indonesia untuk mengakali blind-spot biasanya BS di-install banyak dan dekat-dekat, akibatnya keluar biaya besar karena BS ini mahal. Pada  bahasan yang lalu penulis pernah membahas tentang meng-ofload traffic data ke WiFi sebagai solusi alternative. Untuk kesempatan kali ini alternative lain akan dibahas yaitu RELAY. Relay gampangnya pem-forward sinyal dari device ke BS terdekat.

Selain untuk memperluas atau mengcover blind-spot, relay juga memperbaiki kualitas sinyal dengan menambah jalur sinyal (satu langsung, satu lewat relay) sehingga power sinyal yg diterima lebih besar juga kalau satu jelek masih ada dari yang satunya bisa. 

Dalam standar 3GPP dijelaskan 2 tipe relay seperti pada gambar berikut.

• Tipe 1 : Berfungsi untuk memperluas coverage BS, bisanya di-install di luar coverage BS.
• Tipe 2 : Di-install di dalam coverage BS, fungsi utamanya untuk memperbaiki kualitas sinyal seperti disebutkan sebelumnya.

Bitcoin and How It Becomes Real Money

Background

Cryptocurrency is a secure digital medium of exchange which use principle of cryptography. Bitcoin is the most well-known cryptocurrency. Bitcoin trading was began on 2009 and the number of Bitcoin user have increased significantly since then. Like gold, Bitcoin is obtained buy so called mining process which is a process to solve complex algorithm and miner will obtain Bitcoin if they can solve it. Bitcoin is a decentralize money and open source. It means that it is not controlled by an entity (e.g central bank) and many people can monitor it, so it immunes to predation of banker and politician. The unique subject of Bitcoin phenomenon is how it gains a value and how it becomes real currency. Bitcoin do not have intrinsic value, same as paper money. Long time ago paper money value is tied to the value of gold. However now their value come from a government backing because important commodity are priced in them e.g oil only can be bought using USD. How about Bitcoin?

Tukang Jualan

Ga tau kenapa gw lagi pengen nulis tentang tukang jualan jaman gw kecil dulu.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Di depan rumah nenek gw suka lewat tukang ketoprak, Ujang dipanggilnya sama sudara-sudara gw. Kayaknya dia jualan dari jaman gw kecil banget ini. Ketopraknya enak, bumbu kacangnya ga kecairan dan beneran kacang, terus tahunya bagus, kayaknya togenya seger (gw ga pernah pesen pake toge). Bisa ditambah tambahin lagi bumbunya, misal mau bawang putih  banyak kayak Om gw, bisa atau mau kerupuk banyak,  mau kerupuknya sama bumbu kacangnya aja juga boleh.

Terus ada lagi tukang sate ayam, dipanggilnya Si Cak. Sate madura ini. Si Cak ini juga jualan dari gw kecil keliling kandang lewat rumah kadang lewat rumah nenek, kalo ada bunyi bell sepedah terus ada teriakan sate pasti itu Si Cak. Yang gw suka dari dia ini satenya ayamnya enak, lembek-lembek ditengah satenya ga amis kalo kelamaan dikunyah sama bumbu kacangnya manis terus ga encer. Gw makan nasinya diaduk sama kuah satenya.