1

ANALISA QOS PADA CODEC G711 DALAM JARINGAN VOIP BERBASIS PROTOKOL SIP

Adi Darmawan1, Nur Alif2, Setio Basuki2 Jurusan Teknik Informatika, Universitas Muhammadiyah Malang

1adi.darmawan.09@gmail.com, 2nuralif@umm.ac.id, 3setio_basuki2@yahoo.co.id

ABSTRACT The development of human needs, especially in the field of communications has created a voice communication services such as VoIP. Economically VoIP has become an alternative service in addition to the PSTN with a relatively cheap rate. The basic concept in the provision of services such as VoIP telephony is a telephony service should be able to provide a minimum level of services already provided by the PSTN with various completeness of its features [20]. As a reference, the VoIP is supported by a variety of supporting technologies such as SIP, and codecs. SIP role in a variety of communication sessions, while the codec plays a role in changing the voice signals into digital signals that can be transmitted in IP networks. Satisfaction in the use of VoIP services is known as QoS. QoS becomes a reference in user satisfaction in using the services which is contained several parameters such as throughput, packet loss, delay and jitter. VoIP services in a LAN network using the SIP protocol and G711 codecs. This system was tested with a simulation tool is NS2, with testing carried out three scenarios covering QoS analysis of throughput, packet loss, delay jitter querying. Then the results of this analysis can be used as a reference in the design and management of VoIP services in accordance with existing needs. Keywords : VoIP, QoS, ns2, Codec, SIP 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi informasi menjadikan segala kebutuhan manusia menjadi lebih mudah untuk dicapai. Salah satu perkembangan tersebut ialah perkembangan sistem komunikasi suara. Dengan adanya sistem teknologi komunkasi suara ini memungkinkan interaksi sosial dapat dilakukan meskipun dengan jarak yang jauh. Sistem komunikasi awal dan sekaliguas menjadi tulang punggung komunikasi adalah PSTN (Public Switch Telephoni Network). Sebagai tulang punggung komunikasi ini PSTN memegang peranan penting dalam sistem komunikasi global [9]. Namun seiring dengan perkembangan zaman terutama bidang teknologi informasi, biaya komunikasi dengan PSTN dirasakan relatif mahal. Kekuranggan lain dari PSTN ini adalah skalabilitas yang tidak dapat mengcover jaringan yang lebih kompleks seperti jaringan IP. Dengan berbagai inovasi maka muncullah layanan komunikasi IP yang disebut VoIP.

VoIP merupakan layanan komunikasi suara yang dapat melewatkan data multimedia seperti suara dalam jaringan IP. Dalam komunikasi VoIP, suara dari caller (penelpon) akan diubah menjadi sinyal digital agar dapat dilewatkan dalam jaringan IP, dan kemudian akan diubah kembali menjadi sinyal analog berupa suara agar dapat didengar oleh callee (penerima telepon). Perubahan sinyal tersebut dikenal dengan istilah Codec. Dalam transmisinya trafik suara dilewatkan dengan protokol SIP yang bertugas dalam segala macam sesi komunikasi [4]. VoIP dibangun dan dirancang

untuk menciptakan layanan komunikasi suara yang setingkat PSTN dan memiliki fitur lain dalam hal skalabilitas.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut, beberapa permasalahan yang akan diangkat antara lain : • Bagaimana codec G711 dapat menjamin

kualitas QoS? • Bagaimana hubungan codec G711 dengan

protokol SIP? • Seberapa besar kapasitas yang dapat di tangani

dengan codec G711? • Bagaimana penerapan codec G711 pada

jaringan VoIP?

1.3 Batasan Masalah Beberapa asumsi dalam batasan masalah

penelitian tugas akhir ini dapat dipaparkan sebagai berikut : • Sistem ini bersifat simulasi dengan ns2 • Dalam topologinya tidak menggunakan jaringan

MPLS • Parameter yang digunakan untuk mengamati

kualitas layanan meliputi delay, jitter, packet loss dan throughput

• Pengalamatan IP menggunakan IPv4 • Tidak membahas mengenai keamanan jaringan

2. DASAR TEORI 2.1 VoIP

Voice over Internet Protocol merupakan teknologi pengiriman suara maupun data

2

multimedia lain dalam jaringan IP secara real time antara dua atau lebih partisipan. Dalam perkembangannya VoIP tidak hanya dapat mentransmisikan suara, namun juga paket data dan video. VoIP juga dapat diintegrasikan dan dapat berkomunikasi dengan layanan PSTN.

2.2 SIP

Session Initiation Protocol (SIP) merupakan protokol yang bekerja pada layer aplikasi untuk membangun, memodifikasi dan memutuskan sesi komunikasi. Cara kerja SIP sama dengan cara kerja protokol HTTP yaitu dengan metode client-server atau request-response. SIP memiliki keunggulan dari protokol sebelumnya (H323) diantaranya karakteristik SIP sederhana, berbasis teks dan sangat fleksibel terhadap pengembangan-pengembangan baru serta dapat mendukung implementasi berbagai layanan multimedia masa depan (19). SIP memiliki 2 komponen utama, yaitu: 1) User Agent, merupakan komponen end-point.

User Agent menginisialisasi dan mengakhiri sesi dengan pertukaran request dan respon. User agent dibagi menjadi 2 jenis : a) User Agent Client (UAC), yaitu suatu

aplikasi client yang menginisialisasi SIP request.

b) User Agent Server (UAS), suatu aplikasi server yang menghubungi user ketika suatu SIP request diterima dan mengembalikan respon.

2) SIP Server a) Proxy server, berfungsi sebagai mediator

antara UAC dan UAS. b) Registrar server, berfungsi menerima

permintaan REGISTER. c) Redirect server, berfungsi menerima inisiasi

dalam bentuk request SIP INVITE. Request pada SIP dikelompokkan menjadi 6 bagian seperti pada tabel berikut.

Tabel 1. Jenis-jenis SIP Request [1]

Proses Fungsi INVITE Inisialisasi panggilan ACK Konfirmasi final respon

apakah client sudah menerima request INVITE

OPTIONS Mengetahui kemampuan server

BYE Mengakhiri panggilan CANCEL Membatalkan panggilan REGISTER Pendaftaran

Berikut merupakan proses untuk fungsi

panggilan dan fungsi pemutusan pada SIP.

Gambar 1. Call setup dan Call Termination

pada SIP [1] 2.3 Codec G711

G.71l, juga dikenal sebagai Pulse Code Modulation (PCM), adalah codec yang umum digunakan dalam jaringan teleponi. G.711 menggunakan tingkat sampling dari 8.000 sampel per detik, dengan toleransi 50 bagian per juta (ppm). Berikut fitur-fitur dari codec G711 [8]: • Bitrate 64 Kbps • Mendukung untuk µ-law dan A-law • Standar ITU-T recomendation • Memiliki metode voice activity detection

(VAD), discontinuous transmission (DTX) dan comfort noise generation (CNG) untuk meminimalkan bandwidth.

• Dapat menyembunyikan packet loss selama transmisi, sehingga kualitas suara dapat dioptimalkan

• Mendukung untuk multi-chanel • Mendukung Multi-tasking

2.4 QoS

Quality of Service (QoS) merupakan ukuran tingkat kepuasan terhadap terhadap penggunaan suatu layanan. Secara umum, penghematan bandwidth dan biaya percakapan yang murah diusahakan masih dapat memenuhi standar Quality of service (QoS). Performansi mengacu pada tingkat kecepatan dan keandalan penyampaian berbagai jenis data dalam suatu komunikasi, seperti suara. Performansi merupakan kumpulan dari beberapa parameter besaran teknis, yaitu [23]: 1) Throughput

Throughput merupakan jumlah paket data yang dikirim pada satu waktu tertentu dalam satu chanel. Berikut merupakan formula throughput.

Ttpktik

Throughput ≤≤= 0.....det/det1

Pr

Pr = Paket yang diterima (paket), T =Waktu simulasi (detik), t = Waktu pengambilan sampel (detik).

2) Packet Loss Packet Loss, menunjukkan banyak jumlah paket yang hilang/di drop. Packet loss terjadi ketika satu atau lebih paket data yang melewati satu link/jaringan gagal mencapai tujuannya,

3

yang disebabkan berbagai faktor diantaranya kondisi trafik yang padat, bandwidth yang kurang, dan lain sebagainya. Berikut merupakan formula packet loss.

TtPs

PdPacketLoss ≤≤×

= 0%...100

Pd = Paket yang mengalami drop (paket), Ps = Paket yang dikirim (paket), T = Waktu simulasi (detik), t = Waktu pengambilan sampel (detik)

3) Delay Delay merupakan interval waktu yang dibutuhkan oleh suatu paket data saat data mulai dikirim dan keluar dari proses antrian dari titik sumber awal hingga mencapai titik tujuan. Packet loss dirumuskan sebagai berikut.

TtikTsTr

Delay ≤≤

−= 0.....detPr

Tr = Waktu penerimaan paket (detik) Ts = Waktu pengiriman paket (detik) Pr = Paket yang diterima (paket) T = Waktu simulasi (detik) t = Waktu pengambilan sampel (detik)

4) Jitter Jitter merupakan variasi delay yang terjadi akibat adanya selisih waktu atau interval antar kedatangan paket di penerima. Variasi tersebut dapat berupa panjang antrian, waktu pengolahan data dan waktu pennghimpunan ulang paket-paket diakhir perjalanan jitter. Jitter dapat dikalkulasingan sesuai dengan rumus sebagai berikut.

)()()( 11 iiii SRSRijitter −−−= ++ Ri = Received Time Si = Sent Time.

3. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Arsitektur Kebutuhan Sistem

NS2 merupakan salah satu tool simulator yang memiliki fitur yang lengkap. NS2 tidak hanya dapat mensimulasikan kejadian yang sedang berlangsung di jaringan, tapi juga dapat mengkalkulasikan berbagai macam perhitungan seperti perhitungan parameter-parameter QoS serta membuat grafik dari hasil simulasi. Berbagai kelengkapan yang dimiliki ns2 tersebut membuat simulator jaringan ini banyak digunakan sebagai tester pengembangan jaringan.

Simulasi akan dijalankan berdasarkan tcl script dan terbentuk file NAM yang menggambarkan topologi jaringan. Simulasi akan berjalan tiga kali sesuai dengan skenario yang dirancang, setelah masing-masing simulasi berjalan akan dihasilkan file trace. File trace tersebut menggambarkan segala macam kejadian yang terjadi selama simulasi berlangsung. File trace

tesebut digunakan sebagai acuan dalam pengukuran QoS (berdasarkan parameter QoS) dengan bantuan file AWK yang berisi rumus perngukuran parameter QoS. File AWK akan menampilkan persentasi dan hasil pengukuran berdasarkan parameter-parameter yang digunakan. Berikut adalah alur simulasi yang dirancang.

Gambar 2. Diagram Alur Simulasi

3.2 Topologi Jaringan Sistem yang dirancang menggunakan jaringan

Local Area Connection (LAN). Dalam jaringan tersebut terdapat 2 SIP proxy server, 2 node penelpon (caller), 2 node penerima (callee), 2 node tester untuk kalkulasi paket, 2 switch dan 10 router. Topologinya seperti pada gambar berikut.

Gambar 3. Topologi Sistem

3.3 Agent ns Agent dalam ns2 bertugas dalam mengatur

aliran traffik dari sumber ke tujuan. Dalam perancangan simulasi ini digunakan berbagai macam agent seperti udp, null, dan udpsip.

3.4 Application ns

Aplikasi berada pada level tertinggi dari agent transport di ns2. Pada ns terdapat 2 tipe aplikasi dasar yang disimulasikan yaitu simulated application (contoh : ftp dan telnet) dan generator traffic (contoh : eksponensial dan CBR).

3.5 Protokol ns

Protokol mengatur agar terciptanya hubungan komunikasi, pertukaran data (voice) antara dua atau lebih partisipan. Dalam perancangan sistem yang digunakan dua protokol, yaitu protokol UDP dan protokol SIP.

3.6 Routing

Routing merupakan proses meneruskan paket dari network yang berbeda . Berdasarkan perancangan sistem ini, untuk menanggulangi kegagalan link pada skenario tiga digunakan

TCL NA

Trace

NS

AWK

Hasil

4

unicast routing. Meskipun secara default ns2 menggunakan metode routing statis. Pada perancangan sistem ini, simulasi paket suara disampaikan ke tujuan dengan menggunakan global topologi routing. Algoritma routing yang digunakan adalah Distance Vector.

3.7 File Trace

File trace merupakan hasil dari simulasi yang telah terjadi. Parameter yang dapat diamati dari file trace diperlihatkan pada tabel berikut.

Tabel 2. Parameter File Trace [12] Kolom Parameter 1 Event 2 Time 3 From node 4 To node 5 Packet type 6 Packet size 7 Flags 8 Fid 9 Src addr 10 Dst addr 11 Seq num. 12 Pkt id

3.8 File AWK

Awk merupakan script untuk menerjemahkan file trace ke hasil berupa nilai numerik. AWK ditulis dalam bahaca c++ yang titempatkan pada direktori yang sama dari trace file. AWK dimulai dengan inisialisasi variabel yang akan digunakan dalam kalkulasinya. Kemudian menginisialisasikan parameter-parameter file trace, dan memberikan rumus/formula untuk mengkalkulasikan parameter-parameter QoS.

4. PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL 4.1 Pengujian Sistem

Pada sistem yang dirancang ini, codec G711 diukur dianalisa berdasarkan 3 prosedur skenario pengujian antara lain : • Skenario 1. Trafik voice dilewatkan pada

jaringan tanpa ada trafik data lain (tidak ada trafik data selain voice) yang ditransmisikan pada jaringan.

• Skenario 2. Trafik voice dilewatkan bersamaan dengan trafik data seperti CBR, FTP dan telnet melewati jaringan yang sama.

• Skenario 3. Trafik voice dilewatkan bersamaan dengan trafik data (seperti CBR, FTP dan telnet), dan pada saat simulasi berjalan terdapat beberapa kegagalan link pada waktu-waktu tertentu.

Dalam setiap skenario pengujian tersebut diatas, dilakukan perubahan parameter uji seperti : • Dalam setiap pengujian akan divariasikan total

waktu simulasi yaitu selama 20 detik, 40 detik dan 60 detik.

• Parameter lain yang diubah adalah bandwidth. Bandwidth yang diuji divariasikan menjadi 3 macam, yaitu 10 Mb, 54 Mb dan 100 Mb.

• Jumlah panggilan divariasikan sebanyak sampai 10 kali panggilan dalam satu waktu simulasi.

Dari berbagai parameter tersebut, codec G711 akan diuji sebanyak 1080 kali pengujian (10 panggilan x 4 parameter QoS x 3 skenario pengujian x 3 variasi bandwidth x 3 variasi waktu simulasi ). Berikut merupakan hasil capture dari masing-masing pengujian.

Pengujian Skenario 1

Gambar 4. Pengujian Skenario 1 Pengujian Skenario 2

Gambar 5. Pengujian Skenario 2 Pengujian Skenario 3

Gambar 6. Pengujian Skenario 3

4.2 Hasil dan Analisa Pengujian 4.2.1 Throughput

Dari hasil pengujian, diperoleh grafik throughput sebagai berikut.

5

Gambar 7. Throughput skenario 1

Gambar 8. Throughput skenario 2

Gambar 9. Throughput skenario 3 4.2.2 Packet Loss

Dari hasil pengujian, diperoleh grafik packet loss sebagai berikut.

Gambar 10. Packet Loss skenario 1

Gambar 11. Packet Loss skenario 2

Gambar 12. Packet Loss skenario 3

4.2.3 Delay

Dari hasil pengujian, diperoleh grafik delay sebagai berikut.

Gambar 13. Delay skenario 1

Gambar 14. Delay skenario 2

6

Gambar 15. Delay skenario 3

4.2.4 Jitter

Dari hasil pengujian, diperoleh grafik jitter sebagai berikut.

Gambar 16. Jitter skenario 1

Gambar 17. Jitter skenario 2

Gambar 18. Jitter skenario 3

5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Hasil akhir dari pengujian ini menuju pada parameter-parameter QoS, yaitu dapat dijabarkan sebagai berikut.

1) Besar throughput sangat dipengaruhi oleh kapastitas bandwidth, jumlah trafik dan jumlah panggilan. Kapasitas bandwidth yang diperbesar akan meningkatkan persentasi throughput yang ditunjukkan dengan bandwidth 54 Mb dan 100 Mb.

2) Packet Loss menunjukkan jumlah paket yang hilang selama waktu transmisi. Berdasarkan penelitian ini, packet loss dipengaruhi oleh kepadatan aliran trafik yang melewati suatu link. Jumlah trafik yang tinggi dapat menyebabkan kongesti pada jaringan, dan berdampak pada persentasi packet loss yang semakin tinggi. Kongesti pada penelitian ini dominan terjadi pada jaringan dengan bandiwdth 10 Mb dengan persentasi maksimum 27,818%.

3) Berdasarkan hasil penelitian ini, delay dipengaruhi oleh jumlah trafik yang terjadi pada jaringan. Pada saat jaringan memiliki trafik yang tinggi, maka paket pada setiap router akan melalui antrian pengiriman yang panjang sehingga menambah waktu delay. Delay rata-rata yang terjadi pada jaringan sebesar 0,0818 s namun saat kapasitas bandwidth dinaikkan menjadi 100 Mb, nilai delay menurun menjadi 0,0505 s.

4) Jitter merupakan salah satu variasi delay. Besarnya nilai jitter dipengaruhi oleh kepadatan trafik pada suatu link, delay serta kapasitas bandwidth. Semakin besar beban trafik pada jaringan akan menyebabkan semakin besar peluang terjadinya kongesti dan dengan demikian nilai jitter akan semakin besar. Besar jitter pada penelitian ini dapat ditekan dengan kapasitas bandwidth sebesar 100 Mb sehingga jitter rata-rata sebesar 0,00392 s..

5.2 Saran Berdasarkan kesimpulan tersebut maka

penulis memberikan saran dalam pengembangan layanan VoIP seperti : 1) Diimplementasikan pada jaringan MPLS 2) Dirancang menggunakan jaringan WiMAX

yang mendukung mobilitas. 3) Menambah fitur SIP server yang dapat

mencover komunikasi jaringan wireless. 4) Dirancang dengan metode traffic engineering

mengoptimalkan utilisasi link

DAFTAR PUSTAKA [1] Ansyori, Rizal. 2008. Desain,

implementasi, dan analisis interkoneksi antara protokol H.323 dan SIP pada jaringan VoIP. Institut Pertanian Bogor

[2] Altman E, Jimenex. NS Simulator for Beginners. Univ De Los Andes. France

[3] Bacioccola A, dkk. User-level

7

Performance Evaluation of VoIP Using ns-2. Italy

[4] Basuki, Mudji. Voice Over IP [5] Boutremans C, Iannaccone G, Diot C.

2002. Impact of link failures on VoIP performance. Switzerland

[6] Doshi, Bharat T, dkk. 2003. VoIP Network Architectures and QoS Strategy. Lucent Technologies Inc.

[7] Fall K, Varadhan K, The ns Manual, UC Berkeley.

[8] G.711, http://en.wikipedia.org/wiki/G.711, diakses tanggal 12 Januari 2010

[9] Goulart, Ana. Internet Protocols and Quality of Service

[10] Gunawan I dan Haryadi S. Analisis kinerja VoIP-SIP Menggunakan RSVP pada proxy server. Institut Teknologi Bandung

[11] Han, Mongnam, dkk. Evaluation of VoIP Quality over WiBro. Chungnam National University

[12] Institut Teknologi Telkom. Modul Pelatihan ns2 on Slackware

[13] Kajian kerja protokol pada jaringan (voip) jaringan intranet ugm, http://p3m.amikom.ac.id/ , diakses tanggal 28 Desember 2009

[14] Kumar, A. An overview of voice over internet protocol (VoIP). Rivier College

[15] Lapierre J, dkk. 2008. NOISE shaping in an ITU-T G.711-interoperable embedded codec. Canada

[16] Macias, Estevan. 2007. The Proliferation of VOIP. Global Technology Resources Inc. Colorado

[17] Mohd A, Lee O. 2007. Performance of voice over IP (VoIP) over wireless lan (WLAN) for different audio/voice codecs

[18] Munadi, Rendy. 2009, Teknik Switching, Bandung, Informatika.

[19] Nazri Mohd. 2009. Analyzing of MOS and Codec Selection for voice over IP technology. Malaysia

[20] Politeknik Telkom. Kualitas layanan pada sistem telekomunikasi.

[21] Purbo, Onno W. 2007. Voip cikal bakal Telkom rakyat. Jakarta, Info Komputer.

[22] Rodman, Jeffrey, 2008. VoIP to 20 kHz : Codec Choices for High Definition Voice Telephony. USA

[23] Sukiswo. Evaluasi untuk kerja routing

link-state pada jaringan packet switched menggunakan ns-2 (network simulator 2). Universitas Diponegoro

[24] Syambas N.R, Praditya D. Analisis dan simulasi model trafik pada jaringan NGN. Institut Teknologi Bandung

[25] Tutorial tool simulator ns2. www.isi.edu/nsnam/ns/

[26] Wirawan A, Indarto E. 2004. Mudah membangun simulasi dengan network simulator-2. Yogyakarta. Andi Publisher