ELEKTRO INDONESIA                      Edisi Perdana, Maret 1996

TELEKOMUNIKASI

Kontrol Kongesti pada Jaringan Frame Relay

Pendahuluan

Terjadinya kontrol kongesti pada jaringan bila terjadi kelebihan beban. Ada dua kemungkinan mengatasi kelebihan beban dalam jaringan :
  1. Panggilan yang baru di blok,dan
  2. Menyesuaikan dengan situasi jaringan (membuat sumber- sumber baru atau dengan mengurangi perintah di dalam jaringan atau dengan mengurangi tambahan servis).

Suatu jaringan Frame Relay membawa keuntungan data "bursty" pada trafik sebagaimana keputusan memblok panggilan baru hanya dilaksanakan jika kapasitas kombinasi rata-rata (tidak maksimum) pada arus panggilan akan dilebihkan. Solusi dari kongesti dalam jaringan Frame Relay adalah mencoba mengadabtasikan jumlah masukan dari frame-frame ke dalam bagian arus kongesti. Sebab "flow control" tidak tersedia pada layer-2 interface user-network (flow control dalam Frame Relay terjadi pada end-to-end), ini tidak dapat digunakan untuk mengontrol "kongesti" seperti kasus dalam beberapa jaringan packet-switch. Atau jika terjadi kongesti, masing-masing user harus mendeteksi kongesti secara "implisit"(dengan mengamati beberapa penggunaan servis), atau ketika jaringan mendeteksi suatu keadaan kongesti, secara "eksplisit" harus diberitahukan kepada user. User harus mengambil tindakan mengurangi jumlah frame-frame yang dimasukkan ke dalam jaringan.

Kongesti terjadi ketika sumber jaringan kelebihan beban, sumber akan menjadi individual transmission link, kelompok buffer penuh pada node-intermediate atau pada sistem tujuan atau proses dalam salah satu dari sistem-sistem ini. Kongesti mungkin juga terjadi karena adanya gangguan.

Bahwa kontrol kongesti tidak dapat tercapai dengan menambahkan sumber-sumber dalam jaringan dalam formasi kapasitas buffer atau menambah kecepatan link lebih tinggi. Kedua-duanya tidak dapat dikontrol dengan konfigurasi balans; sebab kejadian trafik dapat diramalkan, kemacetan masih dapat terjadi. Kongesti mungkin "inherent" terjadi dalam beberapa jaringan packet dan jaringan Frame Relay tanpa kecuali. Sebab itu hal ini penting untuk memiliki "strategi" kontrol kongesti untuk jaringan Frame Relay.

Jika beban trafik terus meningkat, kongesti akan menjadi semakin serius (parah) dan beban prosesor sistem akan semakin berat, serta dapat mengakibatkan kegagalan sistem. Untuk mencegah terjadinya kegagalan sistem ini, diperlukan suatu kontrol kongesti yang dapat mengurangi beban sistem.

Indikator-indikator dan cara mengatasi kongesti

Gambar 1 menunjukkan bentuk karakteristik kinerja throughput dari sebuah jaringan"store" dan "forward". Kurva dapat dibagi menjadi 3 (tiga) daerah kongesti dari level jaringan. Daerah-daerah ini dapat dianggap sebagai indikator-indikator kongesti yang mana mungkin dilakukan pendekatan untuk melakukan pengontrolan kongesti dalam masing-masing daerah tersebut. Daerah di bawah menunjukkan tidak ada kongesti. Kongesti "moderat" terjadi antara "knee" dan "cliff", sumber-sumber bisa saja melebihi dan sesuai dengan Qualiy of Service (QOS) (throughput, delay atau frame loss) tidak dapat dipertahankan.

Dengan menetapkan daerah kinerja jaringan suatu pendekatan skema kongesti dapat diimplementasikan untuk mengatasi kongesti yang mana akan mengarahkan bentuk kurva dengan 2 (dua) daerah pertama dan mencegahnya melewati daerah cliff. Rencana penanggulangan kongesti memiliki banyak obyek angka masukan frame discard yang diminimumkan, mempertahankan QOS, mencegah suatu single-user dari monopoli penggunaan jaringan dan membatasi timbulnya kongesti pada jaringan tersebut atau pada jaringan yang lain. Suatu rencana pencegahan yang baik akan jadi mudah untuk dilaksanakan dan akan menghasilkan penambahan jaringan trafik minimal.

Pendekatan untuk kontrol kongesti dalam jaringan Frame Relay

Ada 3 (tiga) pendekatan utama untuk kontrol kongesti dalam jaringan Frame Relay :
  1. User mendeteksi secara implisit daerah kongesti pada jaringan,
  2. User dapat mengindikasi jaringan yang mana dari frame-frame mungkin dibuang pada saat terjadi kongesti, dan
  3. Pemberitahuan diberikan pada user pada saat jaringan itu sendiri mendeteksi adanya kongesti.

CCITT memberikan Rekomendasi I.370 tentang manajemen kongesti untuk ISDN tentang frame relaying bearer service, yaitu tindakan untuk menyelesaikan pencegahan kongesti dihubungkan dengan respon pada jaringan dan end- user. Rekomendasi juga menetapkan bahwa meskipun pemberitahuan kongesti tidak sesuai perintah, ini sangat diperlukan.

User dapat menetapkan kongesti yang implisit didasarkan pada suatu jumlah parameter-parameter sebagai contoh jumlah REJ yang diterima, rate kehilangan frame yang terjadi atau throughput dari call. Kontrol biasanya digunakan dengan memvariasikan ukuran window. Untuk contoh di dalam sistem prediksi-dasar yang digambarkan belakangan ini, perbedaan window meningkatkan/menurunkan "algoritma" yang digunakan tergantung daerah kongesti mana yang diantisipasi.

Di dalam rencana (scheme) Bandwidth Management (BMW), end-user menegosiasi dengan jaringan selama tahap pembentukan call bagi suatu jaminan throughput (Committed Information Rate = CIR). Selama tahap pentransferan data, jaringan memonitor rate dari frame yang mana yang dikirim oleh end-user. Jika rate kedatangan berlebihan sesuai throughput yang disetujui, beberapa frame dikirim di atas level yang diberi label (menggunakan indikator Discard Eligibility = DE) sesuai kelebihan frame. Frame-frame yang dikirim di bawah level diberi label committed frames. Pada saat jaringan terjadi kongesti, kelebihan frame dibuang. Ketika tidak terjadi kongesti, end-user mungkin meningkatkan rate pengiriman di atas negosiasi yang disetujui. Penerapan BMW untuk call admittance dan kontrol kongesti digunakan dalam jaringan ATM.

Secara eksplisit skema dasar pada jaringan mengetahui antrian buffer occupancy dan tingkat yang mana dari link individu yang mungkin overload (kelebihan beban). Informasi Explicit Binary Feedback (EBF) dapat digunakan langsung pada kondisi kongesti, dan dalam rekomendasi I.370 menjelaskan daerah kongesti. Untuk transfer kontrol-tujuan (tempat untuk rate-control yang mana biasanya berfungsi pada layer-transport) untuk meneruskanpemberitahuan kongesti secara eksplisit. Dalam keadaaan transfer kontrol-sumber (dimana informasi menyusun window dengan baik) mengirimkan informasi langsung pada backward memberitahu kongesti secara eksplisit. Pemberitahuan yang mungkin dapat mengidikasikan letak dalam frame yang menormalkan travelling langsung tepat pada sisa overhead (di atas) dengan teknik pendekatan.

Satu lagi bentuk secara eksplisit yang betul-betul dipertimbangkan untuk panggilan Stop Duration. Dalam skema, jaringan secara terus-menerus memonitor kedatangan frame-frame di dalam buffer. Jika penempatan frame yang lain dapat menekan dalam buffer- occupancy melebihi beberapa threshold, pengiriman akan "stop message" oleh jaringan ke pengirim end-user menjawab dan seluruhnya berhenti pada trafik layer-3. Selama parameter dibawa dalam menentukan "stop message" setelah periode yang mana boleh mengirim lagi ke trafik.

Teknik prediksi untuk mengatasi kongesti

Teknik menghindari kongesti secara implisit digunakan metode dasar prediksi dengan metode Kalman-filter, dengan menggunakan Kalman Congestion Avoidance Scheme (CAS). Observasi throughput pada level particular virtual circuit dapat digunakan untuk menyimpulkan mengenai gambaran status kongesti dalam jaringan. Pengiriman user dapat digunakan sebagai aksi pencegahan untuk menghindari kongesti sebelum benar-benar terjadi, atau alternatif/kemungkinan lain terjadi penambahan jumlah aliran trafik yang diharapkan dapat mengantisipasi beban pada jaringan.

Skema ini memerlukan 4 (empat) tahap :

  1. Observasi throughput.
  2. Membuat prediksi level kongesti.
  3. Keputusan dibuat sesuai untuk menambah atau mengurangi beban trafik.
  4. Window ditambahkan atau dikurangi dalam line dengan tegas.
Perputaran diulang pada beberapa preset interval pengamatan.

Kesimpulan

Solusi terbaik bagi kontrol kongesti dalam jaringan Frame Relay adalah satu dasar dalam penanggulangan kongesti lebih baik dari pada pendeteksian yang sederhana dan penemuan kembali (recorvery) dan ini telah ditetapkan dalam rekomendasi CCITT.

Teknik dasar prediksi kita seringkali menggunakan pendekatan untuk penanggulangan kongesti dan akan bekerja ketika jaringan tidak memberikan pemberitahuan adanya kongesti pada user. Hal ini tidak memerlukan kerja lebih dengan jaringan dan frame-frame untuk implementasi. Ini seperti halnya suatu kombinasi dari skema ini dengan beberapa bentuk pemberitahuan yang eksplisit akan menjadi suatu kekuatan penuh untuk mencegah terjadinya kongesti di dalam jaringan Frame Relay.

Daftar pustaka

  1. A.G. Waters and K.Ab. Hamid, "Congestion Control for Frame Relay Networks", CDROM BPPT Jakarta, 1995.
  2. Darren L.Spohn, "Data Network Design", McGraw-Hill, Inc., 1993.
  3. Frank J.Derfler, Jr., "PC Magazine Guide to Linkins LAN'S", Ziff. Davis Press, 1992.
  4. Kim-Joan Chen and Kiran M.Rege, "A Comparative Performance Study of Various Congestion for ISDN Frame Relay Networks", IEEE 1989.
  5. Lynn A. Neir & David W.Petr, "Time-to-delivery queuing : A Multi Purpose Resource Allocation and Congestion Control Technique", IEEE 1993.

Ir. Syafruddin Syarif tinggal di Bandung


The MSS Spectrum Requirements for The Asia-Pacific

(ELEKTRO No. 6, August 1995)

Introduction

The international telecommunications community has experienced in the past view years a most prodigious change in the radio regulation and frequency spectrum re-allocation. The advent of the new MSS concepts and its feeder links have led to an avid requirement of new frequencies, despite of a very limited spectrum resource that operators operate with many constraints. Such an exigency will certainly affect the operationability and the future of different existing installations that make use of the pertinent spectrum globally. Apparently however the most grieved parties would certainly be such of the developing nations.

Figure 1 depicts a severe overlapping situation that the future MSS allocated spectrums will be in conflict with those of the present terrestrial fixed services.
The coming WRC-95 in Geneva November 1995 shall attempt to shed a light of relevant problems in particular to pursuing the measures to this very spectrum coordination equation. Judgement from various operators will seemingly be predominated by the oblique idea of heavy investment being made in the past in the realm of fixed services. That a large amount of existing backbone terrestrial system in place should prevent the use of MSS system despite its potential to relieve great many problems in developing very basic telecommunications infrastructure in most developing countries.

The November 95 conference shall urge some future CPM to perform a more thorough and realistic study in view of the terrestrial fixed service-MSS tradeoffs. We have thought that compromise measures based upon more accurate result of the MSS bandwidth requirement prediction and existing data on the present and future investments on the Non-MSS systems, shall be exercised. This paper present some preliminary analysis to the said equation.

The MSS Spectrum Requirements

Asia and the Pacific represent a unique but important telecommunications problem. Here are some statistics underlying that potent requirement. We should also note the difficulty in which terrestrial systems encounter in fulfilling the demand especially those prevailing in the rural, remote and harsh areas : deserts, islands, isolated communities, in economically and timely.The recent studies [CPM] on bandwidth requirements of the MSS have come up with preliminary results as follows: (Table 2).

MSS Frequency Coordinations Problems

The CPM 95, a conference of Preparatory Meeting which has been held in Genewa from 22 March to 4 April 1995, has come up with interesting results as regard to the spectrum sharing problems between MSS and other services, in particular the Fixed Services. The conference has also noted different level of difficulties in sharing the frequency bands, and in view of the necessary introduction of certain MSS service, options in some regulatory aspects have been proposed.

In spite of the various WARC92 bands allocated for the MSS service, however the CPM95 has put a focus on the bands that will be of immediate interest for the implementations of some MSS. It seems that there is still a long way to arrive to a state where significant agreement on the sharing possibilities based upon coexistence between MSS and the rest of the services can be achieved. This in part is due to the high investments already in place for different service, in the developing countries.

Although some of the problems are under study, it is clear that the coming WRC will make use of some results and recommendations of the CPM95, so it is worthwhile if we could discuss those results at present. The CPM95 finding are as follows:

  1. Sharing of Frequency Bands in the 1-3 GHz between transmitting Stations in FS and E-S MSS (non- GSO/MSS) (The studies have focussed on sharing in the 1610- 1626.5 MHz and 1970-2010 MHz) [see Table 3]
    In view of the above results, regulatory options as regard to the 1970-2010 MHz bands will eventually be needed for introduction of the MSS system.
  2. Sharing of frequency bands in the 1-3 GHz range between transmitting stations in the FS and the Earth-to-Space GSO/MSS:
  3. Sharing of frequency bands in the 1-3 GHz range between stations of non- GSO/MSS Space-to-Earth service and the FS receiving stations:
  4. Sharing of frequency bands in the 1-3 GHz range between stations of GSO/MSS Space-to-Earth service and the FS receiving stations :
  5. Sharing of frequency bands in the range below 1 GHz between non GSO/MSS service and the FS.
    Frequency Bands allocated for the MSS below 1 GHz (Table 4) will be shared by various other existing services such as Space Operations, Meteorological Satellites, Meteorological Aids, Space Research, Radio Navigation-Satellite, Radio Astronomy, Broadcasting, Fixed and Mobile Service. Whilst the sharing studies between MSS and Meteorological Aids are not yet accomplished, the present studies have shown many ways of alleviating the obstacles in achieving sharing-possible conditions. Among other methods are : that the MSS systems are to operate in either a narrow-band, frequency agile fashion to coexist with terrestrial services, or with wideband, low-power density, spread spectrum transmissions (that conditions apply to MSS uplink directions).
    The MSS downlink operations shall also exploit various techniques in view of achieving sharing possible conditions. These include spread spectrum, orthogonal- polarizations, and co-channel avoidance procedures.

  6. Sharing of frequency spectrums in the C, Ku and Ka bands between MSS Feeder Links, FS and FSS services :
    Method of bidirectional sharing, on the other hand, seems to be promising albeit certain constraints. Table 3 outlines the CPM95 study result on the sharing problems between MSS Feeder links and other services.

Matters Relating to The Date of Entry into Force of Allocations in the Bands 1980-2010 MHz, and 2170-2200 MHz in Regions 1 and 3

RR 746B, following the WARC92, states that use of the above bands for MSS services in Region 1 and Region 3 shall not commence before 1 January 2005. Possible commencement of MSS services will require a definite prerequisite : clearance in the sharing problems. This means that every administration shall be prepared for certain migration plan for its FS networks, especially those which utilize the frequency bands that will be allocated and utilized by MSS Earth-to space service. Otherwise, noting a severe sharing environment prevailing, the MSS introduction will be hampered. As to with the Space-to-Earth MSS bands case, since it poses less problems, migration plan of the FS using the associated bands could be somewhat extended at a later years after2005.

The sharing problems in the MSS feeder links, as stated earlier, can be solved partly by bidirectional scheme. But this means that redesign is to be made in the MSS feeder links, to ensure bidirectional sharing with the existing FSS networks. Only if the MSS planner be ready to modify the specifications timely, then there will be no significant delay affecting the original schedule.

Possible Arrangement of Mitigating The Interference Problem with the MSS frequency band

As a summary, in order to facilitate the introduction of the MSS, certain procedures can be made as follows :
MSS Planner :
  1. Use of narrow-band, frequency-agile fashion, or
  2. Wideband, low-power density spread spectrum transmission uplinks MSS transmission systems.MSS and FS planners have to exploit at maximum the following techniques.
  3. Orthogonally-polarized, low-power density, spread-spectrum downlinks.
  4. Co-channel avoidance.MSS planner shall make its best efforts to
  5. Use of higer frequency spectrum, i.e. : Upper Ku and Ka bands, for their feeder links, in view of heavy investment in the C and lower Ku bands.This will retain at some longer periods the use of the C and some lower Ku bands by the FSS and FS, which will be benefited particularly by the developing countries.
    FS planner should endeavour and do a diligence in exercising the
  6. Liberalization of some bands < 1 GHz and between 1 to 3 GHz is to be exercised.MSS planner shall continue to do a
  7. Detailed study about the evolution of the MSS bandwidth requirement.
  8. Every country is obliged to incorporate in their long term national plan, as a part of their network modernization framework, to systematically phase out the FS networks and replace them with fibre networks.

By Dr. Ir. Arifin Nugroho

[Sajian Utama] [Sajian Khusus] [Profil Elektro]

[KOMPUTER] [KENDALI] [ENERGI] [ELEKTRONIKA] [INSTRUMENTASI] [PII NEWS]


Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO INDONESIA.
Click here to send me email.
© 1996 ELEKTRO ONLINE and INDOSAT NET.
All Rights Reserved.