Tugas Jaringan Komputer (Group 5) Teorema Shannon dan Encoding

Teorema Shannon

Teorema yang berkembang oleh shannon ini sangat berpengaruh pada pemrosesan sinyal dan teori informasi yang mempelajari segala sesuatu dari bagaimana menurunkan kelebihan jarak sinyal yang dapat di terima secara efektif dari sebuah data yang di kirimkan. oleh karena itu shannon membuat sebuah teorema yang berkaitan tentang kapasitas link dalah hal bit per detik (bps) sebagai fungsi dari rasio gelombang suara dari link yang di ukur dalam desibel (dB) dan bandwidth diukur dalam Hertz (Hz).

Teorema Shannon berlaku untuk segala macam link mulai dari nirkabel atau wireless , kabel koaksial ke serat optik. Untuk membangun link berkapasitas tinggi di perlukan mulai dari channel bandwidth tinggi atau rasio sinyal suara bahkan lebih baik jika menggunakan kedua-duanya. Kemudian kondisi tersebut tidak akan menjamin bahwa kapasitas link tinggi karena membutuhkan kecerdasan orang yang mendisain atau merancang koding untuk mencapai batas teori jaringan.

1. Modem

For a typical telephone line with a signal-to-noise ratio of 30dB and an audio bandwidth of

3kHz, we get a maximum data rate of:

C = 3000 * log2(1001)

which is a little less than 30 kbps.

2. Satellite TV Channel

For a satellite TV channel with a signal-to noise ratio of 20 dB and a video bandwidth of 10MHz,

we get a maximum data rate of:

C=10000000 * log2(101)

which is about 66 Mbps.

Encoding

Langkah pertama dalam merubah nodes dan link menjadi block-block yang dapat dipakai yaitu dengan cara menghubungkan mereka sedemikian rupa sehingga bit-bit dapat di transmisikan dari satu node ke node lainnya. Karena itu, tugas berikutnya yaitu meng-encode binary data dari node asal yang akan dikirimkan ke sebuah pesan yang dapat dibawa oleh link dan kemudian di-decode kembali pesan tersebut menjadi data binary yang sesuai di node tujuan.

Proses ini akan dilakukan di Network Adapter, sebuah hardware yang menghubungkan node ke link. Network adapter terdiri dari komponen signalling yang sebenarnya meng-encode bit-bit menjadi pesan di node pengirim dan di-decode pesan tersebut menjadi bit-bit di node penerima.

Gambar 1. Signals travel between signalling components; bits flow between adaptors.

NRZ

Dalam encoding, hal yang pasti dilakukan yaitu memetakan data bernilai 1 menjadi high signal dan data bernilai 0 menjadi low signal. Hal ini tepat dengan pemetaan yang digunakan skema encoding bernama crytically enought, non-return to zero (NRZ).

Gambar 2. NRZ encoding of a bit stream.

Pada Gambar 2 secara skematis menggambarkan pesan NRZ ter-encode yang sesuai dengan transmisi dari urutan tertentu pada bit-bit.

Masalah yang ada pada NRZ yaitu :

-       Urutan beberapa 1s secara berturut-turut berarti pesannya tetap tinggi pada link untuk jangka waktu tertentu, begitu jika untuk beberapa 0s berarti sinyal tetap low untuk waktu yang lama. Hal tersebut memicu kondisi baseline wander.

-       Transisi yang sering terjadi dari tinggi ke rendah dan sebaliknya sangat dibutuhkan untuk memungkinkan clock recovery. Pemicu kesalahan yaitu ketika receiver clock sedikit lebih cepat atau lambat dari sencer clock, maka akan menyebabkan ketidak cocokan proses decode pesan tersebut.

NIRZ

Salah satu pendekatan yang menunjuk masalah ini yaitu disebut non-return to zero inverted (NRZI), menyuruh pengirim membuat transisi dari arus sinyal untuk encode 1 dan tetap pada arus sinyal untuk encode 0. Hal ini menyelesaikan masalah 1s berturut-turut, akan tetapi tidak melakukan apa-apa terhadap 0s berturut-turut.

Manchester

Alternatif lain yaitu Manchester encoding, melakukan tugas yang lebih jelas dari menggabungkan clock dengan signal dengan cara mentransmisikan XOR dari NRZ-encoded data dan clock-nya. Kerjanya yaitu dengan cara membayangkan sebuah local clock sebagai internal signal yang berganti dari low ke high; sebuah pasang low/high dianggap sebagai satu siklus clock. Ada juga beberapa variansi yang dimili Manchester Encoding, yang disebut Differential Manchester, yang mana 1 di-encode dengan setengah dari signal awal setara dengan setengah dari signal akhir dari bit signal sebelumnya dan 0 di-encode dengan setengah signal awal berlawanan dengan setengah signal akhir dari bit-bit signal sebelumnya.

Gambar 3. Different encoding strategies.

Masalah dari Manchester encoding :

-       Menggandakan rata-rata transisi signal yang mana dibuat pada link, yang artinya penerima hanya memiliki setengah waktunya untuk mendapatkan tiap-tiap pulse dari signal tersebut.

4B/5B

Encoding terakhir yaitu 4B/5B. mencoba untuk mengatasi ketidak efisiensi dari Manchester encoding tanpa mengalami masalah dari memiliki durasi yang berkelanjutan dari high/low signal.

Ide dari 4B/5B yaitu dengan menambahkan extra bit kedalam stream sehingga untuk mencegah urutan yang panjang dari 0s atau 1s. Spesifiknya, tiap 4 bit dari data sebenarnya akan di-encode dalam 5 bit code lalu ditransmisikan ke receiver, oleh sebab itu dinamakan 4B/5B. 4B/5B encoding juga menghasilkan 80% efisiensi.