Di dalam sebuah sistem telekomunikasi selular yang konvensional, perangkat-perangkat pengguna (UE) adalah tidak dimungkinkan untuk saling berkomunikasi secara langsung (direct communication) di dalam bandwidth selular yang berlisensi. Semua komunikasi yang berlangsung harus melalui eNB atau base station (BS) sebagai jaringan inti (core network). Suatu kebutuhan untuk meningkatkan kapasitas jaringan dalam memenuhi permintaan-permintaan yang terus berkembang dari para pengguna telah membawa pada evolusi jaringan-jaringan telekomunikasi selular dari generasi pertama (1G) hingga generasi ke lima (5G). Sebuah metode baru D2D Communication diperkenalkan dalam standar telekomunikasi selular konvensional terbaru LTE. Metode D2D Communication ini di antaranya diterapkan pada sistem radio keselamatan publik (public safety radio system). Dan saat ini, sistem radio keselamatan publik yang berbasis LTE tersebut sedang dipertimbangkan untuk digunakan karena dapat mengurangi biaya-biaya operasional dan pembangunan jaringan. Fungsi-fungsi komunikasi secara langsung dengan mem-bypass eNB (tanpa melibatkan eNB) telah diperkenalkan di dalam standar spesifikasi 3GPP Release 12 LTE-Advanced untuk sistem radio keselamatan publik sehingga komunikasi-komunikasi dapat disediakan bahkan jika sebuah eNB mengalami down (failure atau kerusakan) karena adanya suatu bencana dengan skala yang besar, gempa bumi atau tsunami dsb. Fungsi-fungsi Device Discovery yang memungkinkan D2D komersial juga diperkenalkan pada release 12 tersebut.
Gambar 1. Evolusi teknologi 3GPP LTE [1]
Pendahuluan
Dengan banyaknya perangkat-perangkat cerdas hand-held, kebutuhan-kebutuhan para pengguna untuk mobile broadband mengalami peningkatan yang sangat cepat. Perkembangan yang drastis dari aplikasi-aplikasi yang haus bandwidth seperti misalnya video streaming dan multimedia sharing juga meningkat pada sistem-sistem selular saat ini. Kebutuhan yang terus bertambah untuk kapasitas dan rate data yang lebih tinggi memerlukan pemikiran yang tidak lagi konvensional untuk sistem-sistem telekomunikasi selular generasi selanjutnya (5G). Cooperative communication, yang merupakan suatu paradigma baru di dalam teknik-teknik telekomunikasi wireless yang menjanjikan. Pada metode transmisi ini, node-node yang berada di dalam suatu jaringan yang multiuser, dapat saling berbagi (share), berkoordinasi (coordinate) dan bekerja sama (cooperate) dalam merelay suatu informasi [?]. Paradigma transmisi yang baru ini menjanjikan peningkatan-peningkatan performa yang signifikan dalam hal kehandalan link (link reliability), efisisnsi spectrum (spectral effeiency), kapasitas sistem (system capacity) dan jangkauan/cakupan transmisi (coverage). Cooperative communication dan teknologi relay sendiri telah diadopsi di dalam standar spesifikasi IEEE 802.16 dan standar 3GPP Release 10 LTE-Advanced [?].
D2D Communication atau komunikasi piranti ke piranti, yang merupakan lanjutan dari metode sebelumnya, yaitu Cooperative Communication, memungkinkan dua perangkat-perangkat yang berdekatan untuk saling berkomunikasi di dalam bandwidth selular yang berlisensi, baik tanpa pelibatan sebuah eNB (envolved Node B atau base station BS) ataupun dengan pelibatan eNB yang terbatas. Pada generasi yang pertama dari empat generasi jaringan-jaringan selular, fungsionalitas Cooperative Communication dan D2D Communication belum dipertimbangkan. Kedua metode transmisi ini baru mulai diadopsi di dalam standar 3GPP Release 10 LTE-Advanced pada tahun 2011 dan 3GPP Release 12 LTE-Advanced pada tahun 2015. Fungsionalitas-fungsionalitas utama pada standar spesifikasi Release 12 dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori utama, yaitu: teknologi-teknologi baru untuk meningkatkan throughput pengguna, teknologi-teknologi baru untuk meningkatkan daerah cakupan (coverage) dan fungsionalitas yang ditingkatkan berdasarkan pada pengalaman-pengalaman operasi jaringan [5], seperti ditunjukkan pada Gambar 2 di bawah.
Gambar 2. Fungsionalitas utama pada standard 3GPP Release 12 [4]
Fungsionalitas D2D dapat memainkan sebuah peranan yang vital di dalam cloud computing mobile dan memfasilitasi sharing resources (spectrum, computational power, aplikasi-aplikasi dan konten-konten sosial) yang efektif untuk pengguna-pengguna (user equipment UE) yang berdekatan secara spasial satu sama lain. Service provider juga dapat mengambil keuntungan dari fungsionalitas D2D ini karena akan mengurangi beban jaringan di dalam sebuah area lokal seperti misalnya sebuah stadion atau mall yang besar dengan memungkinkan transmisi langsung (direct transmission) di antara ponsel dan perangkat-perangkat lainnya. Komunikasi piranti ke piranti juga dapat menjadi suatu penggunaan suatu kondisi yang kritis karena adanya bencana alam.
Gambar 3. Komunikasi piranti ke piranti [2]
Seperti dijelaskan di atas, sistem radio keselamatan publik (masyarakat) adalah metode komunikasi yang digunakan di dalam situasi-situasi gawat darurat. Saat ini, sistem radio keselamatan publik yang berbasis LTE sedang dipertimbangkan untuk mengurangi biaya-biaya operasional dan biaya pambangunan jaringan, dan menyediakan komunikasi-komunikasi broadband dengan sistem tersebut. Sistem radio tersebut idealnya dapat menyediakan komunikasi-komunikasi ketika sebuah eNB tidak dapat beroperasi karena suatu kondisi, seperti adanya bencana alam yang hebat, gempa bumi, tsunami dll. Bahkan di dalam area-area yang berada di luar cakupan (coverage) eNB seperti misalnya di daerah-daerah pegunungan atau perbukitan. Sebuah jaringan komunikasi yang mendesak dapat segera dibangun dengan menggunakan fungsionalitas D2D dalam jangka waktu yang cepat, menggantikan infrastruktur atau jaringan eksisting yang rusak akibat bencana alam tersebut (lihat Gambar 3). Oleh karenanya, 3GPP telah merancang spesifikasi-spesifikasi untuk fungsi-fungsi komunikasi piranti ke piranti yang mem-bypass peran eNB. Juga penggunaan D2D komersial sedang dipertimbangkan untuk menyediakan Device-to-Device Proximity Service ProSe pada terminal-terminal yang berada di sekitarnya, spesifikasi-spesifikasi dirancang untuk teknologi-teknologi Device Discovery di antara terminal-terminal yang berada di sekitarnya. Maka seperti ditunjukkan pada Gambar 4, dan eNB pada metode ini adalah optional.
D2D Communications di dalam sistem LTE terdiri dari dua fungsi, yaitu: Direct Communication dan Device Discovery. D2D Communications di dalam LTE meliputi dua skenario, yaitu pertama autonomous D2D communication, di luar area-area cakupan eNB, dan yang kedua yaitu Device to Device Communications (komunikasi piranti ke piranti) dengan bantuan eNB di dalam area-area cakupan (coverage) eNB. Di dalam skenario berikutnya, bantuan eNB memungkinkan komunikasi-komunikasi yang lebih efisien. Bagaimanapun, bahkan jika tersedia bantuan eNB, di dalam komunikasi D2D maka data ditransmisikan dan diterima secara langsung di antara terminal-terminal tanpa melalui eNB atau base station (BS) sebagai jaringan inti (core network). Selanjutnya, untuk penggunaan frekuensi yang efektif dan untuk meminimalkan implementasi tambahan yang diperlukan oleh terminal-terminal eksisting, komunikasi D2D di dalam LTE akan menggunakan sebuah subset dari sumber radio-sumber radio.
Gambar 5. Direct communication dan device discovery [6]
Komunikasi Keselamatan Publik
Sampai saat ini, tipikalnya ada dua sistem komunikasi yang digunakan, yaitu yang pertama untuk melayani kebutuhan komunikasi komersial seperti halnya pada sistem komunikasi selular, dan yang kedua adalah untuk melayani kebutuhan komunikasi kritikal seperti misalnya komunikasi untuk keselamatan publik. Ada bermacam-macam metode untuk sistem komunikasi keselamatan publik yang digunakan di seluruh negara. Banyak negara-negara mempunyai sistem-sistem yang berbeda dan dibangun secara independen oleh organisasi mereka, misalnya saja di Amerika dan sebagian Asia menggunakan sistem Project25 sementara di Eropa sebagian besar menggunakan sistem TETRA. Sistem komunikasi keselamatan publik ini misalnya digunakan pada badan-badan seperti kepolisian dan pemadam kebakaran, yang berarti ada tantangan untuk deployment jaringan, mengurangi biaya-biaya operasi jaringan dan meningkatkan interoperability di antara badan-badan pemerintah dan layanan-layanan gawat-darurat mereka. Oleh karenanya, banyak negara-negara kemudian mempertimbangkan untuk mengalihkan jaringan keselamatan publik eksisting (P25/APCO-25 dan TETRA) ke jaringan LTE karena LTE menawarkan banyak keuntungan-keuntungan, di antaranya yaitu: biaya-biaya terminal dan jaringan yang lebih rendah, biaya-biaya yang lebih rendah melalui sharing fasilitas-fasilitas jaringan LTE komersial, interoperability yang dijamin oleh standar spesifikasi-spesifikasi dan komunikasi-komunikasi broadband.
Pembahasan tentang metode transmisi komunikasi piranti ke piranti ini lebih difokuskan pada sistem radio keselamatan publik (public safety radio system) yang rencananya akan digunakan sebagai fitur tambahan pada sistem jaringan komunikasi LTE. Meskipun masih berupa kajian, akan tetapi pembahasan tentang komunikasi piranti ke piranti ini menarik perhatian banyak pihak, baik para peneliti, akademisi dan operator-operator jaringan telekomunikasi dibanyak negara. Merekapun berpartisipasi aktif didalam proses standarisasi di dalam badan-badan standarisasi seperti 3GPP di atas.
Keunggulan komunikasi piranti ke piranti (D2D) adalah (1) komunikasi D2D dapat mengurangi latensi ujung ke ujung. (2) Komunikasi D2D mengurangi beban lalu lintas yang diterima oleh eNB. (3) Meningkatkan efisiensi spektrum. (4) Meningkatkan efisiensi energi. (5) Dibandingkan dengan WLAN atau Bluetooth, tidak diperlukan proses pemasangan manual atau pengaturan titik akses. (6) Pasangan D2D sudah menggunakan koneksi aman yang disediakan oleh jaringan seluler. Tidak diperlukan pengaturan keamanan khusus untuk koneksi D2D.
Tabel 1. Perbedaan antar teknologi D2D [5]
@bannerkuy mau bikin banner sekelas? di Bannerkuy bisa lho!😉✨️ #sidangskripsi #bannersidang #bannerwisuda #bannersekelas #desainbannermurah #cetakbannermalang #malang ♬ suara asli - 👽👽👽👽👽👽👽𖣂︎ - hbibi
Komunikasi Piranti ke Piranti
Dalam merespon serangan teroris tanggal 11 September, Amerika membuat sebuah keputusan untuk membangun sebuah jaringan keselamatan publik (public safety) berbasis LTE yang berskala nasional pada tahun 2012 [4]. D2D Communication terutamanya Direct Communication akan digunakan sebagai tambahan pada komunikasi selular dalam sistem-sistem LTE keselamatan publik. Spektrum frekuensi untuk sistem-sistem LTE keselamatan publik didiskusikan oleh International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R) sebagai keselamatan publik broadband, Public Protection and Disaster Relief (PPDR) seperti yang direncanakan untuk penggunaan di US dan Korea. Komunikasi D2D untuk tujuan komersial juga banyak menarik perhatian pada tahun-tahun belakangan ini termasuk bermacam-macam Device Discovery dan fungsi-fungsi komunikasi seperti misalnya Bluetooth Low Energy (BLE)-enable iBeacon, Wi-Fi Aware, fungsi-fungsi yang mendukung transmisi beacon (data ID ditransmisikan melalui udara) untuk menemukan perangkat-perangkat di dalam lingkungan sekitar (vicinity). Pada umumnya, tipe Device Discovery memungkinkan user ID dan ID tersebut bersesuaian dengan user interest information yang tertanam di dalam beacon tersebut untuk memungkinkan bermacam-macam layanan. Sebagai contoh, teknologi ini dapat diaplikasikan pada sharing economy yang banyak mendapatkan perhatian pada tahun-tahun belakangan ini untuk berbagi dan bertukar layanan, produk atau dana moneter yang berdasarkan lokasi dari user tersebut atau interest-interest mereka. Sistem-sistem ini juga memungkinkan layanan-layanan seperti misalnya distribusi iklan lokal (local advertising distribution) pada terminal- terminal didalam area tersebut, pemandu lokal (local guidance) untuk para turis atau memantau hewan peliharaan dari jauh (remote pet monitoring) [5]. Layanan-layanan Direct discovery berbasis LTE ini dapat menyediakan komunikasi yang stabil dalam suatu jangkauan yang luas dari area-area komunikasi (lihat Gambar 7 di bawah).
Gambar 7. Direct LTE [2]
Arsitektur Jaringan D2D
Gambar 8 di bawah ini menunjukkan sebuah contoh dari arsitektur D2D LTE [9]. Sebuah terminal UE yang berada di dalam area cakupan (coverage) berinteraksi dengan fungsi ProSe, yang merupakan sebuah fungsi lojik di dalam Evolved Packet Core (EPC) untuk D2D. Fungsi ProSe mengautentikasi terminal tersebut dengan menggunakan Home Subscriber Server (HSS), sementara SLP (Secure User Plan Location (SUPL) Location Platform) adalah digunakan untuk mendistribusikan seting-seting komunikasi yang tepat.
Gambar 8. Arsitektur jaringan [6]
Fungsi ProSe memungkinkan konfigurasi-konfigurasi yang perlu untuk komunikasi-komunikasi di luar coverage area. Seting-seting untuk komunikasi-komunikasi di luar area-area cakupan (coverage) adalah berkaitan dengan region yang melarang pengiriman (transmission) dan penerimaan di dalam area-area cakupan dimana regulasi tidak mengijinkannya. Juga dengan mengatur security keys dengan jaringan, level-level yang tinggi dari security diperlukan untuk layanan-layanan seperti misalnya group calling dapat dipastikan. Selain dari konfigurasi ini melalui jaringan tersebut, ada juga metode-metode untuk pre-configure pengaturan di dalam terminal-terminal atau kartu-kartu Subscriber Identity Module (SIM). Di dalam area-area cakupan, sebagai tambahan terhadap konfigurasi- konfigurasi yang ditransfer dari fungsi ProSe, parameter-parameter radio D2D adalah diindikasikan dari eNB. Lebih jauh lagi, EPC ProSe user IDs dan ProSe function IDs adalah disimpan di ProSe Application Server yang juga berasosiasi dengan user IDs pada application layer dengan EPC ProSe User ID. Terminal-terminal adalah di-enable untuk Direct Communication dan Device discovery, setelah setting parameter-parameter di luar coverage ini atau konfigurasi dari eNB di dalam area-area coverage. Bagaimanapun, Direct discovery area-area di luar cakupan (coverage) adalah tidak disupport di dalam Release 12, meskipun diskusi-diskusi mengenai hal tersebut dilakukan.
Struktur Dasar Layer 1 dan Layer 2
Berikut ini adalah struktur dasar dari Physical Layer (Layer 1) dan Media Access Control MAC (Layer 2). Sebuah subset dari sumber-sumber radio uplink dari komunikasi- komunikasi selular adalah digunakan untuk D2D Communication, sementara kanal-kanal fisiknya adalah distrukturkan seperti pada Gambar 9 di bawah. Berikut ini ilustrasi bermacam-macam sinyal, kanal-kanal, dan penggunaannya.
Gambar 9. Struktur kanal D2D [6]
Pengaturan Sinkronisasi
A. Area-Area Coverage di dalam eNB
Didalam area-area cakupan (coverage) eNB, pengiriman dan penerimanan D2D adalah dilakukan pada sinkronisasi dengan Primary/Secondary Synchronization Signal (PSS/SSS) yang adalah merupakan sinyal sinkronisasi yang ditransmisikan oleh eNB. Selain daripada beberapa pengecualian, D2D transmission timing adalah PSS/SSS reception timing, dan Timing Advance (TA) yang digunakan dengan transmisi pada uplink selular adalah tidak diaplikasikan.
B. Area-Area Coverage di luar eNB
Primary/Secondary Sidelink Synchronization Signals (PSSS/SSSS) ditransmisikan oleh terminal pengguna (UE) di dalam atau di luar area-area coverage adalah ditentukan sebagai sinyal-sinyal untuk sinkronisasi antara terminal-terminal D2D diluar area-area coverage eNB. Serupa dengan PSS/SSS, PSSS/SSSS juga menggunakan Zadoff-Chu sequences dan M sequences secara berturut-turut yang dikirimkan pada interval-interval 40ns dengan menggunakan pusat dari bandwidth sistem. Seperti ditunjukkan pada Gambar 10, ketika sebuah UE adalah berada di dalam sebuah area coverage mengirimkan PSSS/SSSS berdasarkan pada eNB sync timing, UE di luar area coverage dapat juga melakukan Direct Communication dengan eNB sync timing [6].
Gambar 10. Sync timing relay dengan komunikasi antar terminal-terminal yang berada di dalam dan luar cakupan [6]
Didalam Direct Communication, D2D frame number, system bandwidth dan Time Division Duplex (TDD) UL/DL subframe configuration dst., adalah ditransmisikan oleh Physical Sidelink Broadcast Control Channel PSBCH juga PSSS/SSSS. Bahkan dengan Device discovery yang hanya support di area-area coverage, PSSS/SSSS dapat digunakan untuk sinkronisasi diantara UE dalam sel-sel yang berbeda.
Parameter-Parameter Radio
Parameter-parameter radio adalah diberitahukan di dalam informasi broadcast dari eNB di dalam area-area coverage. Sebagai contoh, pemberitahuan ini termasuk PSSS/SSSS configurations, candidate time dan frequency resources (resources pool) yang digunakan untuk pengiriman dan penerimaan Physical Sidelink Control Channel PSCCH4, Physical Sidelink Shared Channel PSSCH5, dan Physical Sidelink Discovery Channel PSDCH6 dst. UE di luar area-area coverage menggunakan preconfigured parameters untuk D2D.
Direct Communication
PSCCH dan PSSCH yang didefinisikan dengan siklus komunikasi ProSe (misal 40 ms cycle) adalah digunakan di dalam Direct Communication. Serupa dengan uplinks, untuk mencapai Peak to Average Power Ratio (PAPR) yang rendah di dalam kedua kanal, sebuah struktur sinyal berbasis pada Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) digunakan. PSCCH adalah sebuh kanal kendali (control) yang menginginformasikan scheduling untuk data yang dikirimkan dengan PSSCH dan bagian dari ID tujuan layer 2. PSSCH adalah sebuah kanal data yang dishared untuk Direct Communication. Dengan mengirimkan Multiple Media Access Control Protocol Data Units (MAC PDU) di dalam serial pada siklus komunikasi ProSe, pengiriman single control data PSCCH memungkinkan transmisi-transmisi multiple MAC PDU, yang mengurangi overhead karena control signalling terutama dengan komunikasi-komunikasi suara.
Alamat ID yang disangkutkan pada layer 2 header adalah didefinisikan untuk Unicast/ Groupcast/ Broadcast secara berturut-turut. Berbeda dari komunikasi-komunikasi selular yang konvensional, ini mencapai filtering penerimaan pada layer 2. Juga Direct Communication tidak support suatu kanal feedback yang didefinisikan didalam physical layer sementara banyak fungsi-fungsi seperti misalnya transmisi ACKnowledgement (ACK) / Negative ACK (NACK) adalah dijaga di layer-layer yang lebih atas.
Device Discovery
Device discovery menggunakan PSDCH yang didefinisikan dengan ProSe discovery cycle (misalnya 320 ms cycle), sementara UE mengirimkan Discovery Messages secara periodik atau berkala. Struktur sinyal adalah berdasar pada PUSCH dengan cara yang sama seperti PSCCH/PSSCH. Berbeda dari Direct Communication, informasi control seperti PSCCH adalah tidak dikirim dengan Device Discovery, tetapi UE yang sedang menerima secara langsung mendeteksi Discovery Message di dalam PSDCH resource pool dan melakukan filter penerimaan pada layer aplikasi berdasar pada isi konten didalamnya user interest informations. Pada umumnya, karena konten dari Discovery Messages tidak sering dirubah, siklus ProSe Discovery adalah diset agak panjang, berkisar dari 320 ms hingga 1.024 s. Pengiriman dan penerimaan Discovery Message adalah dilakukan untuk semua UE dengan sync di dalam sell untuk PSS/SSS yang dikirim oleh eNB di dalam area coverage, yang memungkinkan suatu duty ratio yang rendah (Discovery Message Transmission Time Ratio) yang mencapai efek-efek seperti misalnya overhead dan pengurangan konsumsi daya terminal.
Aplikasi-Aplikasi Piranti ke Piranti
Gambar 11. Aplikasi-aplikasi dari komunikasi piranti ke piranti [8]
Penutup
Komunikasi piranti ke piranti diperkenalkan didalam standar spesifikas 3GPP Release 12 LTE-Advanced dan sistem radio keselamatan publik (public safety radio system) adalah merupakan aplikasi dari komunikasi piranti ke piranti tersebut. Sistem radio keselamatan publik merupakan metode komunikasi yang digunakan selama dalam keadaan darurat atau emergency. Banyak negara-negara yang berencana untuk menggantikan sistem radio keselamatan publik eksistting (Project25 dan TETRA) dengan sistem radio keselamatan publik berbasis jaringan komunikasi selular LTE. Sementara itu, D2D yang berbasis LTE tersebut juga mendukung Device Discovery yang akan memungkinkan layanan-layanan untuk pendistribusian informasi terhadap terminal-terminal didalam proximity area (yang berada di sekitarnya). Metode D2D Communication ini banyak menarik perhatian, baik dari para peneliti, akademisi, vendor-vendor maupun operator-operator telekomunikasi di banyak negara. Dan diskusi-diskusi atau kajian tentang perluasan fungsi-fungsi keselamatan publik dari D2D pada Release 12 tersebut pun masih berlanjut hingga saat ini. Dan diantisipasi bahwa metode komunikasi piranti ke piranti ini akan memainkan sebuah peranan yang sangat penting di dalam merespon terhadap permintaan-permintaan untuk layanan komunikasi broadband dengan kecepatan yang tinggi di masa mendatang.
Daftar Pustaka
[1] Mohammad Reza Fasihi, Brian L. Mark. 2025. Device-to-Device Communication in 5G/6G: Architectural Foundations and Convergence with Enabling Technologies. https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.06946
[2] Jongwoo Hong, Seungil Park, Hakseong Kim, Sunghyun Choi, and Kwang Bok Lee. 2013. Analysis of Device-to-Device Discovery and Link Setup in LTE Networks. IEEE 24th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications: Mobile and Wireless Networks
[3] Sunghyun Choi. D2D Communication: Technology and Prospect. Professor Multimedia & Wireless Networking Lab. Dept. of Elec. & Comp. Eng. Seoul National University. Slide ppt.
[4] Satoshi Nagata , Kazuaki Takeda dan Hidaki Takahashi . 2015. LTE- Advanced Release 12 Standardization Technology Overview. NTT DOCOMO Technical Journal. Volume 17 (2), hal. 32-35.
[5] Daquan Feng; Lu Lu; Yi Yuan-Wu; Li, G.; Shaoqian Li; Gang Feng. 2014 "Device-to-device communications in cellular networks," Communications Magazine, IEEE , vol.52, no.4, pp.49-55
[6] Yasukawa Shinpi, Harada Hiraki, Nagato Satoshi dan Zhao Qun. 2015. D2D Communications in LTE- Advanced Release 12. NTT DOCOMO Technical Journal. Volume 17 (2). Hal. 56-64.
[7] Samsung. 2016. Public Safety LTE Solution: For a Reliable, Fast and Secure Network. www.samsungnetworks.com.
[8] Ometov Alexandr. 5G Vision and D2D Communications. Tampere University of Technology. Slide ppt.
