Efisiensi dalam Akses Jaringan Internet Broadband
Achmad Maulana Ibrahim Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia achmad.m@ui.ac.id
Abstrak Akses internet broadband berkembang sangat pesat dalam satu dekade terakhir. Peningkatan akses tersebut tentu diiringi dengan akses ke jaringan broadband. Konsekuensi dari peningkatan akses ke jaringan broadband adalah kemungkinan penggunaan energi yang tidak efisien. Efisiensi energi sendiri sangat bergantung dari desain jaringan broadband yang digunakan. Terkait dengan desain jaringan broadband, terdapat dua tipe yang saat ini dominan, yakni jaringan fiber-optik dan jaringan nirkabel-fiber-optik. Dua tipe jaringan ini dapat di desain dan direkayasa ulang guna memenuhi kriteria jaringan hemat energi. Kata kunci : efisiensi, jaringan, broadband, internet, wireless- optical network, wireless-fiberoptical network, optical network units, passive optical network, algoritma I.
Pengantar Jaringan internet broadband (pita lebar) mulai mengalami proses perkembangan yang
signifikan seiring perkembangan teknologi web dan internet. Web yang semakin bervariasi dalam hal aplikasi dan konten menuntut kemampuan jaringan internet broadband dengan performa yang lebih cepat dan berkapasitas besar. Internet sendiri telah dipersiapkan dengan internet protocol (IP) versi 6 sebagai konsekuensi semakin banyaknya pengakses dari hari ke hari. Tentunya web dan internet ini tidak akan terakomodasi sepenuhnya tanpa peningkatan kualitas jaringan broadband. Terkait dengan usaha peningkatan kualitas jaringan broadband, aspek efisiensi energi menjadi salah satu yang amat krusial dan patut menjadi perhatian. Berdasarkan sumber yang diperoleh penulis, khusus wilayah Amerika Serikat diperoleh estimasi biaya energi listrik setara milyaran dolar AS hanya untuk akses internet. (Chowdhury et al., 2009) Jumlah ini tentu bisa berlipat ganda mengingat pengakses internet di negara-negara lain juga tidak sedikit.
Halaman| 2
Guna menjembatani kepentingan akses internet dengan kualitas yang memadai dan efisien dalam energi, penulis mencoba merangkum informasi dari beberapa jurnal dan paper terkait. Berdasarkan informasi tersebut, penulis memeroleh gambaran bahwa efisensi energi untuk jaringan broadband sangat bergantung pada desain jaringan itu sendiri dan proses routing yang terjadi selama jaringan dioperasikan. Tentunya desain hemat energi harus mampu mengimbangi kualitas jaringan yang telah lebih dulu operasional. Ada kemungkinan besar bahwa desain baru tersebut akan menjadi model untuk menggantikan desain lama yang kurang hemat energi. Hal itu yang menjadi inti pembahasan tulisan ini. Fakta bahwa desain jaringan yang selama ini digunakan seringkali rakus energi, memang tidak terbantahkan. Berdasarkan informasi dari salah satu jurnal, estimasi akses ke jaringan mendominasi energi listrik untuk telekomunikasi, yaitu sekitar 70%. (Chowdhury et al., 2010). Inilah salah satu alasan diperlukanya perancangan dan pengelolaan jaringan yang efisien energi. Dalam tulisan ini, pembahasan akan dibagi dalam beberapa bagian. Di bagian II, penulis akan mencoba memaparkan secara naratif, tipe-tipe jaringan broadband terkini. Di bagian III, fokus pembahasan pada isu efisiensi energi dalam jaringan broadband. Di bagian IV, penulis memberikan ringkasan perbandingan jaringan broadband. Pada bagian akhir V, kesimpulan akan diberikan.
II. a.
Tipe-tipe Jaringan Broadband Terkini Fiber-Optical Network
Fiber-optical network atau jaringan serat-optik yang berkembang saat ini telah merambah komunitas rumah dalam bentuk fiber to the home (FTTH). Jaringan serat-optik sendiri merupakan jaringan yang dikategorikan packet-centric. (Suzuki et al., 2007) Dalam hal pengembangan FTTH berbiaya rendah, dapat digunakan passive optical line (PON) dengan optical line terminal (OLT) dan cabang jalur fiber dibagi dalam optical network units (ONUs) ganda. (Suzuki et al., 2007) Sesuai spesifikasinya dalam IEEE802.3ah, Gigabit Ethernet PON merupakan desain yang sesuai untuk jaringan optikal yang berbasis packetcentric ini. (Suzuki et al., 2007)
Berikut diberikan ilustrasi keterkaitan infrastruktur
jaringan tetap dan nirkabel broadband.
Halaman| 3
Gambar 1. Infratruktur jaringan tetap dan nirkabel broadband. (Suzuki, 2007) b.
Wireless-Fiber-Optical Network
Wireless-optical network atau jaringan nirkabel-optik merupakan fenomena baru dalam
perkembangan
teknologi
desain
jaringan
internet
broadband.
Tipe
ini
mengombinasikan kekuatan masing-masing di sisi belakang (back) dengan basis serat-optik serta di depan (front) dengan basis wireless (Kantarci, Mouftah 2010) yang umumnya langsung berhadapan dengan pengguna. Dalam implementasinya, untuk menekan total biaya serta agar mampu melayani pengguna sebanyak mungkin, dapat digunakan desain wavelength
division multiplexing
passive
diharapkan
optical
network
(WDM-PON).
Desain
inilah
yang
mampu
mengintegrasikan tipe fiber-optik dan nirkabel dengan mulus.(Chang, 2007) Berikut ini ditampilkan ilustrasi arsitektur jaringan yang mengombinasikan layanan ganda serat-optik dan nirkabel.
Gambar 2. Arsitektur layanan gabungan serat-optik dan nirkabel. (Chang, 2007)
Halaman| 4
Menurut Sarkar, (Sarkar et.al, 2007) WDM-PON menggunakan pendekatan langsung dalam bentuk pemisahan kanal panjang gelombang dengan dari OLT ke setiap ONU, keduanya berlaku dalam arah bolak-balik, baik upstream maupun downstream. Tambahan lagi, dalam WDM-PON, setiap ONU dapat beroperasi hingga bit rate penuh dalam kanal panjang gelombang. Namun, Sarkar menggolongkan WDM –PON ini ke dalam wired network. Hal ini tampak kontras dengan Kantarci yang menggolongkan WDM-PON sebagai jaringan nirkabel. Perbedaan penggolongan tersebut memang bukan hal yang krusial. Namun, akan elegan jika ada suatu kesaman pandangan yang dituangkan dalam bentuk tertulis, misalnya dalam bentuk paper. Dengan demikian, kesamaan sudut pandang akan memudahkan orang untuk memelajari dan menggunakan teknologi ini. III.
Akses Internet Broadband Versus Efisiensi Energi a.
Peningkatan akses internet broadband
Sebagai suatu fenomena, peningkatan akses internet dalam sepuluh tahun terakhir memang layak dicermati. Berdasarkan informasi dari paper Abdollahi et.al (2010), pada tahun 2000 pelanggan internet broadband di seluruh dunia belum mencapai satu miliar. Angka ini berlipat hingga lima kalinya pada tahun 2009 menjadi sekitar 4,6 miliar pelanggan. (Abdollahi et.al 2010) Konsekuensi dari peningkatan jumlah pelanggan ini tentu berupa berlipatgandanya penggunaan energi. b.
Efisiensi energi dalam akses internet
Seiring
peningkatan akses internet, konsumsi energi dalam akses jaringan tentu
berbanding lurus. Hal ini menjadi tantangan tersendiri untuk menghasilkan desain jaringan dengan konsumsi energi minimal yang dapat diakses oleh sekian banyak user. Dalam konteks jaringan nirkabel, Chowdhury (Chowdhury et a.l, 2010) menawarkan desain wireless optical broadband access network (WOBAN) Desain ini mengoptimalkan kombinasi jaringan optik di sisi backhaul (contohnya PON, seperti telah dijelaskan pada awal tulisan) dengan jaringan nirkabel di sisi front-end. Masih menurut Chowdhury (Chowdhury et a.l, 2010), arsitektur akses yang hierarkikal merupakan ciri dari WOBAN karena gateway sebagai pembuka lalu lintas agregasi poin.-poin. Setelah melewati gateway, ONUs menjadi agregator berikutnya dan
Halaman| 5
berakhir di level hierarki tertinggi di OLT. OLT-lah yang terhubung langsung dengan internet. Berikut ini akan diberikan ilustrasi arsitektur WOBAN.
Gambar 3. Arsitektur WOBAN. (Chowdhury et al., 2010) Dalam hal modus transmisi data, WOBAN di sisi back-end optik, merupakan mediaakses multipoint untuk upstream (daro ONU ke OLT/CO). Namun, untuk downstream dari front-end nirkabel, jaringan ini bersifat unicast, yang berarti gateway hanya akan mengirimkan paket ke destinasi spesifik (pengguna). Untuk memperjelas mekanisme ini, berikut ditampilkan ilustrasi protokol upstream dan downstream untuk WOBAN. (Sarkar et al. 2007)
Gambar 4. Protokol upstream dan downstream untuk WOBAN. (Sarkar et al. 2007) Berdasarkan penjelasan aspek teknis tersebut, untuk mendesain topologi WOBAN yang dapat mengurangi konsumsi energi, kita harus memerhatikan beberapa poin. Pertama, topologi WOBAN dapat menimbulkan redundansi lintasan bagi suatu paket untuk mencapai destinasinya. Kedua, variasi beban trafik data pada jam yang berbeda pada hari yang sama. Jadi, menurut Chowdhury et al., secara selektif node-node dapat “ditidurkan� (masuk ke modus sleep) saat jam-jam tidak sibuk. Dengan demikian konsumsi energi akan seminimal mungkin.
Halaman| 6
Terkait usaha efisiensi WOBAN, Chowdhury et al. kembali mengusulkan suatu algoritma untuk menonaktifkan ONU secara terkoordinasi. Susunan algoritma tersebut adalah sebagai berikut. Algoritma shut-down ONU terkoordinasi Input: WOBAN topology, Low Watermark (LW), and High Watermark (HW). Output: Set of ONUs that can be shut down. • Initialization: Initialize LW and HW. • Measurement: At different hours of the day, OLT quantifies traffic load at different ONUs by measuring the length of corresponding input queues (maintained by the OLT).
• Decision: ONUs, —If load LW, shut down ONU. —else if load HW, keep ONU active and turn on another inactive ONU. —else keep ONU active. Menurut Chowdhury et al., algoritma ini memang belum sepenuhnya menjadi standar dalna IEEE untuk mendefinisikan ONU dalam status energi rendah, namun proposal IEEE.802.3av telah diajukan untuk melengkapi kondisi tersebut. IV.
Tabel Perbandingan Desain Jaringan Broadband
Tipe Jaringan
Basis
Back end
Front end
Fiber Optik
Packet-centric
Optikal
Optikal
FTTX (Fiber to the x) X = {Node, Buliding, Home, Curb, etc.}
Halaman| 7
(Hybrid) NirkabelFiber Optik
V.
Packet-centric
Optikal
Nirkabel
Kesimpulan 1.
Akses internet yang semakin meningkat dari hari ke hari memerlukan penanganan akses dan desain jaringan yang hemat energi.
2.
Desain jaringan broadband hemat energi dapat diimplementasikan, baik dalam jaringan fiber-optik maupun nirkabel fiber-optik dengan bantuan algoritma shutdown ONU terkoordinasi.
3.
VI.
Penulis manyarankan implementasi algortima shut-down ONU terkoordinasi juga dalam jaringan optikal yang telah operasional agar tercapai efisiensi maksimum dalam penggunaan energi untuk akses jaringan.
Daftar Pustaka Jurnal dan Paper Abdollahi, S.R.; Al-Raweshidy, H.S.; Nilavalan, R.; Darzi, A.; , "Future broadband access network challenges," Wireless And Optical Communications Networks (WOCN), 2010 Seventh International Conference On , vol., no., pp.1-5, 6-8 Sept. 2010 doi:10.1109/WOCN.2010.5587309 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5587309&isnumb er=5587304 Chowdhury, P.; Tornatore, M.; Sarkar, S.; Mukherjee, B.; , "Towards Green Broadband Access Networks," Global Telecommunications Conference, 2009. GLOBECOM 2009. IEEE , vol., no., pp.1-6, Nov. 30 2009-Dec. 4 2009 doi:10.1109/GLOCOM.2009.5426298 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5426298&isnumb er=5425208
Halaman| 8
Chowdhury, P.; Tornatore, M.; Sarkar, S.; Mukherjee, B.; , "Building a Green Wireless-Optical Broadband Access Network (WOBAN)," Lightwave Technology, Journal of , vol.28, no.16, pp.2219-2229, Aug.15, 2010 doi:10.1109/JLT.2010.2044369 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5424000&isnumb er=5524641 Gee-Kung Chang; Jianjun Yu; Zhensheng Jia; , "Architectures and Enabling Technologies for Super-Broadband Radio-over-Fiber Optical-Wireless Access Networks," Microwave Photonics, 2007 IEEE International Topical Meeting on , vol., no., pp.24-28, 3-5 Oct. 2007 doi:10.1109/MWP.2007.4378126 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4378126&isnumb er=4378110 Kantarci, B.; Mouftah, H.T.; , "Reliable and fast restoration for a survivable wirelessoptical broadband access network," Transparent Optical Networks (ICTON), 2010 12th International Conference on , vol., no., pp.1-4, June 27 2010-July 1 2010 doi:10.1109/ICTON.2010.5548954 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5548954&isnumb er=5548932 Suzuki, M.; Horiuchi, Y.; Hayashi, M.; Otani, T.; , "Optical Network for High-Quality Broadband Services," Transparent Optical Networks, 2007. ICTON '07. 9th International Conference on , vol.1, no., pp.46-49, 1-5 July 2007 doi:10.1109/ICTON.2007.4296027 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4296027&isnumb er=4296000 Sarkar, S.; Dixit, S.; Mukherjee, B.; , "Hybrid Wireless-Optical Broadband-Access Network (WOBAN): A Review of Relevant Challenges," Lightwave Technology, Journal of , vol.25, no.11, pp.3329-3340, Nov. 2007 doi:10.1109/JLT.2007.906804 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4357916&isnumb er=4397111 Web http://www.ftthcouncil.eu/documents/studies/FTTH-DefinitionsRevision_January_2009.pdf diakses pada 22 November 2010, pukul 12.40