Komunikasi Data

Fungsi Lapisan Data Link

• Frame Sync. – membuat abstraksi dari channel "frame-at-a-time" untuk layer yang lebih tinggi
• Addressing - bila banyak node berbagi link transmisi
• Flow Control – kendali laju transmisi untuk mencegah over-run
• Error Control – membetulkan kesalahan transmisi (dengan pengiriman ulang)
• Sequence Control -
• Link Management - inisiasi, perawatan, & penghentian koneksi

1 - Flow Control

Teknik untuk mengontrol laju data sehingga pengirim tidak over-run penerima

1. Stop-and-wait
2. Sliding-window

Stop-and-wait

1. Pengirim mengirim frame
2. Penerima menerima frame & mengakuinya
3. Pengirim menunggu untuk menerima "ack" sebelum mengirim frame berikutnya (Jika penerima belum siap untuk menerima frame lain dengan menahan ack)

Utilisasi (Efisiensi) dari Stop & Wait

1. Waktu propagasi: waktu yang dibutuhkan untuk sinyal untuk melakukan perjalanan dari S ke R. Jadi bit pertama yang ditransmisikan pada t = 0 tiba pada R pada t = Tp = d / V.
2. Waktu transmisi: waktu yang dibutuhkan untuk memancarkan semua bit
3. frame pada pengirim = Tt = L / B.

2 - Deteksi Error

3 – Kendali Error

4 - High-Level Data Link Control (HDLC)

A synchronous data link protocol
Widely used, and basis for many other data link control protocols
Connections can be multipoint or point-to-point
Can be used in half-duplex or full-duplex
Three types of stations

• Primary station - (Mainframe) Controls the operation of the link, issues commands, and receive responses
• Secondary station - (Terminal) Usually only communicates (response) to a primary station
• Combined station - Can be both a primary and a secondary

Two link configurations

• Unbalanced configuration - One primary and one or more secondary stations
• Balanced configurations - Two combined stations

Three data transfer modes

• Normal response mode (NRM) - Unbalanced config. Primary station always dictates who sends and receives
• Asynchronous balanced mode (ABM) - Two combined stations
• Asynchronous response mode - Unbalanced config. Secondary station can send at any given time, but only one secondary can be active at a time

¢Two common techniques
¢• Parity checks
¢• Cyclic redundancy checks (CRC)
¢– Parity Check
¢• One extra “parity” bit is added to each word
¢– Odd parity: bit added so as to make # of 1’s odd
¢– Even parity: makes total # of 1’s even
¢• Single parity is very effective with white noise, but not very robust with noise bursts (which may extend over whole word duration.)
¢• Additional block check characters (longitudinal check characters) are used: parity bit for first bits of all chars, 2nd bits of all chars and so on
¢• This decreases residual error rates by 2 to 4 orders of magnitude.

Konsep Enkode Data

Teknik Enkoding dan Modulasi

• Enkoding ke sinyal digital

• Modulasi ke sinyal analog

1 - Data Digital ► Sinyal Digital

Sinyal digital adalah sekuen diskrit dari pulsa tegangan yang diskontinu. Setiap pulsa merupakan elemen sinyal.
Data biner ditransmisikan dengan mengkodekan setiap bit data menjadi elemen sinyal
Skema pengkodean: Memetakan dari bit data ke elemen sinyal
Istilah transmisi data

Istilah	Satuan	Definisi
Data element	bits
Data rate	bits per second (bps)
Signal element	Digital: a voltage pulse of constant amplitude Analog: a pulse of constant frequency, phase, and amplitude
Signaling rate atau modulation rate	Signal element per second (baud)

Tanda: digit biner 1; Spasi: digit biner 0
Berbagai skema pengkodean

Faktor-faktor evaluasi

• Spektrum sinyal: bandwidth kurang, tidak ada komponen dc, bentuk spektrum (lebih baik ke pusat di tengah bandwidth)
• Clocking: kemampuan self clocking diinginkan untuk sinkronisasi
• Deteksi kesalahan: lebih baik memiliki kemampuan deteksi error
• Sinyal gangguan dan kekebalan kebisingan:
• Biaya dan kerumitan

RZ (Return to Zero)

• 0: pulsa positif
• 1: pulsa negatif
• Sinyal kembali ke nol setelah setiap bit yang dikodekan

NRZ (Nonreturn to Zero)

Level tegangan konstan selama interval bit (tidak kembali ke tingkat tegangan nol)

NRZ-L (NRZ Level)

• 0: tegangan positif
• 1: tegangan negatif

NRZ-I (NRZ Inverted)

• sebuah bentuk pengkodean diferensial
• 1: transisi pada awal interval bit
• 0: tidak ada transisi

• NRZ sederhana, dan efisien dalam penggunaan bandwidth
• Keterbatasan NRZ
• adanya komponen dc
• kurangnya kemampuan sinkronisasi

Multilevel Binary

Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion)

• Tiga level tegangan (positif, zero, negatif)
• 0: tegangan nol
• 1: bergantian dengan tegangan positif dan negatif
• Sinkronisasi yang lebih baik daripada NRZ
• Tidak ada komponen DC
• Kemampuan deteksi error

Pseudoternary

• Sama seperti bipolar-AMI, kecuali representasi 0 dan 1 yang dipertukarkan

Biphase

• Selalu transisi di tengah setiap interval bit
• Manchester
• 0: transisi tinggi ke rendah
• 1: transisi rendah ke tinggi
• Differential Manchester
• 0: transisi pada awal interval bit
• 1: tanpa transisi
• Kemampuan sinkronisasi dan deteksi  kesalahan, dan tidak ada komponen dc

Definisi format pengkodean sinyal digital

• Nonreturn-to-Zero-Level (NRZ-L): 0 = high level, 1 = low level
• Nonreturn-to-Zero Inverted (NRZI): 0 = no transition at beginning of interval (one bit time), 1 = transition at beginning of interval
• Bipolar-AMI: 0 = no line signal, 1 = positive or negative level, alternating for successive ones
• Pseudoternary: 0 = positive or negative level, alternating for successive zeros, 1 = no line signal
• Manchester: 0 = transition from high to low in middle of interval 1 = transition from low to high in middle of interval
• Differential Manchester: Always a transition in middle of interval
• 0 = transition at beginning of interval
• 1 = no transition at beginning of interval
• B8ZS: Same as bipolar AMI, except that any string of eight zeros is replaced by a string with two code violations
• HDB3: Same as bipolar AMI, except that any string of four zeros is replaced by a string with one code violation

Laju Modulasi

• Data rate (dinyatakan dengan bps) = laju modulasi (atau kecepatan sinyal atau kecepatan transisi sinyal) (dinyatakan dalam baud) dikalikan jumlah bit per elemen sinyal.

• Normalisasi kecepatan transisi sinyal dari berbagai skema pengkodean

2 - Data Digital ► Sinyal Analog

¢Enkoding adalah dengan modulasi sinyal pembawa sinusoidal kontinyu. Ini melibatkan perubahan beberapa karakteristik dari sinyal pembawa - amplitudo, frekuensi, atau fase.
¢Beragam teknik enkoding seperti, ASK, FSK, PSK, ...

	ASK	FSK	(Diff.) PSK
Binary 1	cos(2pfct + qc)	A cos(2pf1t + qc)	A cos(2pfct + 180°)
Binary 0	-	A cos(2pf2t + qc)	A cos(2pfct)

• QPSK(Quadrature PSK)
• – Each signal element represents two bits
• PSK using 12 angles and two amplitudes
• – 9,600 bps modem (2,400 baud x 4)

3 - Data Analog ► Signal Digital

PCM (Pulse Code Modulation)
¢Berdasarkan Teorema Sampling Nyquist: Jika sebuah sinyal secara berkala diambil sampelnya pada tingkat ³ dua kali komponen frekuensi tertinggi yang signifikan dalam sinyal, maka dapat direkonstruksi dari sampel dengan menggunakan filter low-pass

DM (Delta Modulation)
¢Menggunakan "n" = 1, contoh: sinyal digital biner dihasilkan; "0" berarti perubahan -d dan "1" untuk perubahan + d.
¢Tingkat sampling yang lebih tinggi daripada PCM (tingkat Nyquist) diperlukan, namun masing-masing sampel hanya menggunakan 1 bit dan bukan n.
¢Implementasi jauh lebih sederhana dibanding PCM.

4 - Data Analog ► Signal Analog

AM (Amplitude Modulation)
Alasan

• Sinyal analog frekuensi rendah tidak dapat ditransmisikan pada media yang tidak terpandu. (akan membutuhkan antena dengan diameter km) -> frekuensi yang lebih tinggi diperlukan.
• Untuk FDM (Frequency Division Multiplexing)

5 - Spread Spectrum

Konsep Media Transmisi

• Jalur fisik antara pemancar dan penerima
• Dipandu atau terarah (nirkabel)
• Komunikasi berupa gelombang elektromagnetik
• Karakteristik dan kualitas transmisi data ditentukan oleh karakteristik media dan sinyal
• Pada media yang dipandu, karakteristik medium lebih penting, sedangkan pada medium yang tanpa pandu, karakteristik sinyal lebih penting

Spektrum Elektromagnetik untuk Telekomunikasi

 

Media Transmisi Terpandu

Twisted Pair

• Media tertua, paling mahal, dan paling umum digunakan
• Sepasang kabel berisolasi dipelintir bersama untuk mengurangi kerentanan terhadap gangguan (dua kabel paralel lurus cenderung bertindak sebagai antena dan mengambil sinyal lain)
• Sangat rentan terhadap noise dan interferensi
• Hingga 250 kHz untuk sinyal analog dan beberapa Mbps pada sinyal digital (untuk sinyal jarak jauh point-to-point perlu repeater setiap 2-3 km (digital), dan penguat setiap 5-6 km (analog))
• Mungkin sudah terpasang (penggunaan telepon)
• Banyak upaya yang dilakukan jika ingin menggunakannya pada LAN berkecepatan tinggi (10-100 Mbps)

Kabel Coaxial 

• Media paling serbaguna (LANs, TV kabel, telephones jarak jauh, koneksi VCR ke TV)
• Ketahanan terhadap noisenya bagus.
• Kapasitas saluran sangat tinggi (100 MHz / 100 Mbps)
• Butuh repeater / amplifier setiap beberapa kilometer atau lebih (kira-kira sama dengan twisted pair)

Serat Optik

• Fleksibel, tipis (beberapa untuk beberapa ratus mm), kaca yang sangat murni / serat plastik yang mampu menyalurkan sinar optik
• Bandwidth yang sangat tinggi: mampu ≥ 2Gbps
• Kekebalan noise yang sangat tinggi, tahan terhadap interferensi elektromagnetik
• Tidak memancarkan energi / menimbulkan gangguan
• Sangat ringan
• Butuh repeater hanya berjarak 10 atau 100 km
• Sangat sulit disadap (keamanan yang lebih baik tapi multipoint tidak mudah)
• Perlu antarmuka optik-listrik (lebih mahal dari pada antarmuka listrik)

Tiga jenis transmisi serat optik

Step index multimode

• Variety of angles that reflect. Each angle defines a path or a mode
• Limited data rate due to the different path lengths

Single mode

• The diameter of the core is reduced to the order of wavelength s.t. only a single angle or mode can pass
• Superior performance

Graded index multimode

• Use the fact that speed of light depends on the medium; light travels faster through less optically dense media
• The boundary between core and cladding is not sharply defined; Moving out radially from the core, the material becomes gradually less dense

Karakteristik khas serat optik

Karakteristik transmisi media terpandu point-to-point

Media Transmisi	Total data rate	Bandwidth	Repeater spacing
Twisted pair	4 Mbps	3 MHz	2 to 10 km
Kabel Coaxial	500 Mbps	350 MHz	1 to 10 km
Serat Optik	2 Gbps	2 GHz	10 to 100 km

Transmisi Nirkabel

(Terrestrial) Microwave

• Biasanya digunakan kala peletakkan kabel tidak lagi praktis (tidak ada cara yang benar)
• Antena berbentuk piringan parabolik (f »10 ft) mentransmisikan / menerima gelombang elektromagnetik pada kisaran 2-40 GHz
• Jalur dalam garis lurus (line-of-sight propagation)
• Jarak maksimum peletakan antena, dalam km
• Kecepatan data yang tinggi: 100 Mbps
• Atenuasi :  d=jarak
•   l=panjang gelombang
• Repeater berjarak 10 - 100 km terpisah
• Aplikasi ► komunikasi telepon jarak jauh

Satellite Microwave

• Menggunakan satelit di orbit geostasioner (geosynchronous) (»36.000 km)
• Sumber mentransmisikan sinyal ke satelit yang menguatkan atau mengulanginya, dan mentransmisikan ulang ke tujuan
• Transmisi optimum dalam kisaran 1 - 10 GHz; Bandwidth dari 100 MHz
• Delay propagasi yang signifikan »270ms
• Total delay propagasi tidak tergantung jarak antar pengirim dan penerima
• Aplikasi ► Telepon jarak jauh, Siaran televisi , Jaringan bisnis privat

VSAT (Very Small Aperture System)

• Untuk aplikasi data bisnis yang memerlukan data kecepatan tinggi untuk jangka waktu yang pendek (National Weather Service, layanan berita, verifikasi kartu kredit, teller otomatis, agen penyewaan mobil, ...)
• Biasanya menghubungkan lokasi sentral dengan remote yang jauh
• Komunikasi antara dua situs dilakukan melalui satelit dan memungkinkan antena antena berbiaya rendah (»5 kaki)

(Broadcast) Radio

• Gelombang elektromagnetik di kisaran 30MHz ~ 1GHz
• Omnidirectional
• Seperti pada microwave,
•   h = antena dalam m
• Atenuasi :  d=jarak
•   l=panjang gelombang
• Kurang atenuasi dari pada microwave karena l lebih

Infrared

• Untuk komunikasi jarak pendek
  • Kontrol jarak jauh untuk TV, VCR, dan stereo
  • LAN nirkabel dalam ruangan
• Tdak dapat melewati dinding/penghalang
  • Keamanan yang lebih baik dan tidak ada gangguan (dengan sistem serupa di kamar di sebelahnya)
• Tidak dibutuhkan lisensi pemerintah
  • Tidak bisa digunakan di luar rumah (karena sinar matahari)