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).

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.

Wireless Localization Technique

Do you ever wonder how application like Google Map can predict your position? GPS? If we do not have GPS coverage, what technique can we use to predict location?

This post cover explanation about how wireless localization technique work, and we will give some example of  common localization technique in wireless system.

How Most Localization Technique Work?

In order for wireless localization technique to works we need to have a reference points which location is known. The best practice is follow n+1 reference points for n dimension coordinate. So when we want to predict location in 2-dimension coordinate (x,y coordinate) we need at least 3 reference points and  if we want to predict location in 3-dimension coordinate (x,y,z coordinate) we must have at least 4 reference points. These reference points should not located inline one and another for best location accuracy.

Inefficiency of Mobile App

Kenapa sih kalo browsing internet atau kalo jalanin aplikasi yang perlu koneksi internet handphone boros batere?

Apa sih sebabnya?

"Pembahasan ini merupakan tafsiran penulis dari penelitian dari Lab AT & T dan Univeritas Michigan, untuk artikel asli bisa dilihat di sini"

Karakteristik  Mobile Device dan Selular Network

Seperti yang kita tau semua mobile device (laptop, handphone, tablet,etc) sumber powernya itu berasal dari batere. Batere punya kapasitas terbatas. Untuk mengoptimalkan penggunaan batere ini jaringan selular punya mekanisme untuk meng-hybernate-kan transmisisi saat ga diperlukan. Dari segi network juga begitu  radio resource tidak selalu dipegang terus oleh 1 user(mobile device) setelah selesai mengirim data (contoh, kirim whatsapp message ke temen) resource akan dilepas. Jadi tidak selamanya selalu siap kirim data ke server.

Network 3G kita kenal ada 3 state yang menggambarkan status penggunaan resource (batere dan radio resource) seperti terlihat pada gambar 2 Idle saat device “hibernate”, full power saat user perlu kecepatan transfer data tinggi dan efeknya konsumsi batere juga tinggi. Half power  ada diantara idle dan full power namun dalam pembahasan ini half power tidak dibahas.

Ketidak-ideal-an Selular Network

Idealnya transisi antar state ini terjadi seketika tanpa ada waktu transisi, contoh saat kita mau browsing lewat handphone pertama kali pasti terasa lama loading awal pertama dibanding loading-loading berikutnya. Ini disebabkan oleh delay transisi dari idle ke full power. Delay ini mengakibatkan terganggunya user experience misal proses browsing jadi lebih lama.

Device to Deceive Communication use case: Location Based Services

Kenapa sih di post sebelumnya d2d diarahkan untuk location based service, apa sih untungnya dibandingin location based service tradisional. Disini kita akan bahas tentang salah satu location based service kira diimplementasi dalam device to device selular.

Apa sih Location Based Service?

gambar 1

Simpelnya location based services itu service yang gunain informasi lokasi dalam aplikasinya. Contoh paling gampang itu iklan kalo kita masuk mall. Suka adakan waktu kita masuk mall dapet sms “ selamat datang di mall … nikmati diskon di …. “. Ada lagi model Google Latitude,  pake itu kita bisa tau posisi temen kita dimana. GPS dan makandimana, juga termasuk location based services.

Location Based D2D selular

Buat yang baru join mau tau gambaran umum D2D itu kayak apa bisa dilihat di sini. Untuk pembahasan kali ini kita akan persempit ke model Promosi toko, buat lebih detil bisa liat 3GPP TR 22.803 V12.0.0.

Model Promosi Toko

Ilustrasinya  kayak di gambar1. Ketika kita ada di suatu tempat eh ada deh notifikasi promosi masuk. Sistem yang ada sekarang itu kurang lebih seperti gambar2 untuk notifikasi sms promosi.

gambar 2

Device to Deceive Communication in LTE Network

Pada kesempatan kali ini gw mau cerita tentang kerjaan gw di lab. Ini tulisan lama banget, bahasanya juga dulu jelek jadi gw edit lagi sama update sedikit.

Apa sih Device to Device Communication? 

Gambar 1

Device to Device (D2D) communication adalah cara dua device tukar data secara langsung satu sama lain tanpa ada node perantara dalam proses tukar datanya. Bluetooth, WiFi Direct dan NCF tapping adalah beberapa contoh dari D2D communication. Berdasarkan penggunaan frekuensinya,  ada 2 kategori D2D communication. Ada license exempt (exempt = free) band D2D communication seperti contoh diatas, satu lagi license band D2D communication. Dalam tulisan ini gw cuma akan bahas license band D2D khususnya D2D di jaringan LTE.

Kenapa sih perlu ada D2D di jaringan LTE padahal sudah ada itu Bluetooth, WiFi Direct dan NCF.
Ada beberapa alasan :

1.  Interferensinya terkontrol. Untuk mendapatkan license band frequensi ini sulit juga mahal jadi bisa di bilang interferensi di frekuensi ini terbatas kita tau sendiri frekuensi gratis itu padat (banyak device yang bekerja pada frekuensi ini e.g wifi, bluetooth, wimax dan zigbee).
2. Beberapa service traditional jaringan cellular bisa hadi lebih efficient dengan D2D. Di traditional cellular sistem biar pun kita sebelahan chatting atau telfonan jalur komunikasinya tetap muter lewat Core Network. Dengan adanya D2D ini diharapkan beberapa service bisa ambil jalur langsung jadi mengurangi beban jaringan. selain itu karena cuma ada 1 hop diharapakan kualitas service(delay, latency, jitter kecil) lebih baik.

WiFi offload sebagai alternatif layanan telekomunikasi dalam ruangan

Tulisan ini gw berdasarkan pengalaman gw pernah bantu-bantu PoC dan Trial AAA (Authentication Authorization Acounting) Server Huawei untuk proyek indonesia WiFinya TELKOM. Rencananya radio WiFinya di pegang TELKOM namun AAA dan TTG (Tunnel Termination Gateway)nya di Telkomsel karena AAA dan TTG ini konek langsung Core Network TSEL (AAA-HLR, dan AAA-TTG -GGSN). Di artikel ini gw bahas kenapa sih pake ada proyek WiFi ini (istilah kerennya WiFi Offload).

Kenapa sih sering ga dapat sinyal kalo di dalam ruangan?

Jawabannya simple, di ruangannya ga ada base station (BS)-nya. Awalnya cellular network mau itu 3G (UMTS/WCDMA) atau 2G (GSM/CDMA) dirancang komunikasi outdoor. BS dipasang di luar biasanya di tempat tinggi supaya sinyalnya mengcover daerah yang luas. Nah untuk dalam gedung bisanya kalau gedung kecil atau di rumah sinyalnya tetap sinyal dari luar yang masuk. Untuk gedung besar biasanya di instal BS kecil yang terhubung dengan BS besar di atap gedung. Namun seiring berjalannya waktu pola pemakaian handphone berubah, dulu handphone cuma digunakan saat diluar gedung supaya bisa dihubungi saat di jalan,  sekarang justru kita lebih sering pakai handphone saat sedang duduk atau santai. Kadang untuk twitteran, liat-liat facebook orang atau chatting. Jadi trafik cellular yang tadinya banyak berada di luar ruangan pindah ke indoor.
Untuk mencukupi permintaan data indoor ini selain dengan menambah BS indoor tradisional (sebar sinyal dari BS besar diatas) bisa juga menggunakan femtocell atau relay. Femtocell itu BS kecil seperti WiFi bisa dipasang selama ada koneksi internet yang stabil supaya femtocellnya bisa konek ke jaringan cellular standar. selain itu masih ada  alternatif lain, yaitu WiFi Offload.

Apa sih WiFi Offload?

gambar 1a. architecture basic

gambar 1b. architecture detail

WiFi Offload itu sebenernya cuma mengganti sinyal cellular yang kita biasa pake data service (internet,blackberry service, corporate vpn) ke sinyal WiFi tanpa mengubah jalur koneksi di belakang. 

Kenapa WiFi sih yang dipilih jadi alternatif?  WiFi dipilih karena instalasi wifi relatif lebih murah infrastrukturnya dan pemasangannya lebih mudah dan cepat.