Konvergensi Data Suara

Adnan Basalamah, Luthfi
Computer Network Research Group (CNRG) ITB

Dewasa ini di Indonesia, komunikasi data merupakan hal yang sudah umum dilakukan baik oleh perorangan, kelompok, maupun perusahaan dengan berbagai media yang tersedia. Beragam jenis pengguna komunikasi data tersebut menggunakan media yang telah tersedia untuk mengirimkan berbagai jenis informasi, tanpa dibatasi oleh ruang dan waktu, secara murah dan efisien. Salah satu jenis komunikasi data yang paling banyak digunakan adalah Internet. Internet dipilih karena saat ini merupakan alternatif komunikasi paling murah, mudah dipelajari, dan titik akses yang paling luas. 

Kondisi saat ini 

Dari sekian banyak jenis data yang dikomunikasikan, komunikasi suara merupakan satu hal yang masih dianggap tidak dapat diintegrasikan secara efisien dan berkualitas tinggi dengan media komunikasi data yang sudah ada, terutama Internet. Hal ini diakibatkan adanya perbedaan karakteristik jaringan yang digunakan untuk komunikasi suara dan data. Teknik pengiriman suara atau telpon lebih dikenal sebagai circuit switching. Pada dasarnya teknologi circuit switching akan mengalokasikan satu jalur tertentu pada jaringan telpon secara khusus untuk komunikasi antara pengirim dan tujuan. Komunikasi suara membutuhkan jaringan circuit switching, karena suara sangat rentan terhadap delay. Delay dapat dihilangkan apabila komunikasi suara dilakukan diatas jaringan circuit switching yang akan selalu mengalokasikan satu jalur khusus antara pengirim dan penerima . Sedangkan komunikasi data lebih disebut packet switching. Packet switching lebih efisien dibandingkan dengan circuit switching karena teknik ini lebih didasarkan pada penggunaan satu media untuk digunakan secara bersama-sama. Hal ini dilakukan  karena secara statistik jarang sekali komunikasi antara pengirim dan penerima akan menggunakan jaringan secara terus-menerus dan komunikasi ini tidak terlalu sensitif akan adanya delay di jaringan. 

Akibatnya, para pengguna jasa komunikasi data tetap memerlukan satu saluran lain (atau digunakan bergantian) yang khusus digunakan untuk melakukan komunikasi suara.

Gambar kondisi saat ini 

Dari model diatas, muncul peikiran-pemikiran untuk melakukan integrasi antara komunikasi suara dengan komunikasi data. Pemikiran tersebut muncul karena :
•	Pengguna harus mengeluarkan uang untuk dua jasa yang berbeda, yaitu suara dan data. Sedangkan untuk pemakaian dengan jangka waktu dan jarak tertentu, komunikasi data lebih murah dan lebih efisien bila dibandingkan komunikasi suara (telpon). Sebagai contoh, dapat kita bandingkan apabila kita melakukan percakapan telpon menggunakan SLI dengan melakukan percakapan melalui komputer yang terhubung ke internet. Tentu lebih murah melalui internet bukan ?
•	Teknologi yang sudah ada–terutama teknologi digital signal processing, telah memungkinkan integrasi antara data dan suara.
•	Untuk jaringan berskala besar, akan lebih mudah melakukan manajemen jaringan yang telah mengintegrasikan berbagai jenis komunikasi (baik suara, data, maupun video) pada satu platform tunggal. Biasanya, untuk masing-masing jenis jaringan (suara atau data) diperlukan satu divisi khusus untuk menangani dan memelihara jaringan tersebut.
•	Traffic jaringan akan dipenuhi oleh komunikasi data. Survei yang dilakukan oleh DataQuest pada oktober 1998 di Amerika Serikat menunjukkan bahwa pada tahun 2000, jumlah traffic data akan melebihi jumlah traffic suara.
•	Teknologi internet yang paling banyak digunakan pada komunikasi data telah dianggap sebagai teknologi transport data masa depan. Teknologi internet yang bersifat terbuka bagi semua orang, akan mempercepat tumbuhnya teknologi tersebut dengan hasil berupa alternatif-alternatif yang murah, mudah dikembangkan, dan kompatibel dengan sistem yang sudah ada. Hal ini sangat berbeda dengan teknologi jaringan telepon yang tidak bersifat terbuka. Organisasi yang mengatur bersifat eksklusif dan hanya diikuti oleh vendor terkemuka. Oleh karenanya perkembangan teknologi telepon atau circuit switched cenderung lebih lambat dan memakan biaya besar.

Arsitektur jaringan yang menggabungkan komunikasi suara dan data dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :

Gambar integrasi jaringan

Pada arsitektur jaringan diatas, selain kita dapat melakukan pengiriman data, kita juga dapat melakukan pembicaraan telpon dengan tujuan yang terletak pada lokasi yang sama, maupun dengan lawan bicara yang terletak pada lokasi yang berbeda dengan menggunakan jaringan yang sama. Dengan teknologi ini, lawan bicara tidak harus menggunakan telpon tapi juga mampu menggunakan PC, sehingga pengguna tidak lagi dibatasi oleh ruang dan waktu baik untuk melakukan komunikasi data maupun suara. 

Tetapi sebelum kita membicarakan lebih lanjut teknologi diatas, perlu dibahas beberapa isu berikut ini :

Quality of Service (QoS)

Jaringan data memiliki karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan jaringan telpon. Data-data mengalir saling memperebutkan bandwidth yang ada. Kecepatan sampainya data tergantung pada banyak dan besarnya paket data yang berebut bandwidth pada saat yang sama. Semua paket data diperlakukan dengan perlakuan yang sama.

Kondisi jaringan yang seperti ini berbeda dengan jaringan telepon biasa, dimana satu kanal hanya dikhususkan untuk satu pembicaraan telepon. Tidak terdapat perebutan bandwidth disana. Akibatnya, kualitas suara pun terjaga.

Beberapa masalah yang timbul akibat tidak terjaminnya Quality of Service data yang harus disampaikan secara real-time ke tujuannya antara lain :
•	Kekurangan Bandwidth 
•	Delay yang terlalu lama
•	Jitter / Variasi Delay

Agar jaringan mampu melewatkan paket data berupa suara dengan kualitas tinggi, jaringan harus dimodifikasi sedemikian rupa sehingga mampu memberikan Quality of Service yang diminta. Beberapa protokol yang digunakan untuk memberikan QoS antara lain :  

Resource Reservation Protocol (RSVP)

Resource Reservation Protocol (RSVP) adalah protokol yang memungkinkan pengguna melakukan reservasi bandwidth ke tujuannya sebelum melakukan transaksi data. Pada umumnya di jaringan terdapat dua jenis traffic :
•	Traffic data yang tidak membutuhkan reservasi bandwidth karena telah diatur oleh protokol di level transport. Protokol di level transport seperti TCP memungkinkan adanya kontrol aliran data secara end-to-end.
•	Traffic data real-time yang membutuhkan reservasi bandwidth. Hal ini diperlukan karena trafic ini sering mengalami masalah apabila hanya bergantung pada protokol di level transport. 

Aplikasi-aplikasi berbasis data, umumnya tidak membutuhkan reservasi bandwidth dan membutuhkan bandwidth yang lebih kecil dibandingkan traffic real-time. Sedangkan pada aplikasi real-time membutuhkan hal yang sebaliknya. Pada jaringan tradisional, kedua aplikasi tersebut harus berebut resource jaringan yang ada.

Pada jaringan yang menggunakan RSVP, router-router yang telah RSVP-aware akan memeriksa prioritas data yang datang dan akan melakukan seleksi pengiriman data atas dasar prioritasnya. 

Mekanisme RSVP memungkinkan traffic data real-time melakukan reservasi bandwidth terlebih dahulu sehingga performa traffic akan selalu konsisten dari waktu ke waktu.

Real Time Protocol (RTP) dan Compressed Real Time Protocol (CRTP)

Real Time Protocol (CRTP) header merupakan protokol standar Internet yang digunakan untuk transportasi data-data real-time seperti suara pada VoIP. RTP ditujukan sebagai sarana transpor data untuk aplikasi-aplikasi video-audio conferencing dan aplikasi audio visual lain di jaringan. 

RTP terdiri dari dua bagian, header dan data. Bagian data merupakan satu protokol tersendiri yang digunakan untuk mendukung fungsi dari aplikasi yang digunakan. Bagian header RTP berukuran cukup besar, sebagai contoh apabila digabungkan dengan header IP dan UDP, ukuran header RTP dapat berukuran 40 byte. Untuk aplikasi VoIP dengan data yang hanya berukuran 20 byte, maka sangat tidak efisien apabila kita langsung mentransmisikan data dengan RTP tanpa mengkompresinya terlebih dahulu. 
Untuk meningkatkan efisiensi penggunaan bandwidth pada transmisi data menggunakan RTP, maka dikembangkan Compressed Real Time Protocol (CRTP). Protokol ini  mampu melakukan kompresi header RTP/UDP/IP dari 40 byte hingga berukuran 2 sampai dengan 5 byte saja.

Selain protokol-protokol diatas, digunakan juga beberapa algoritma di layer data link untuk melakukan traffic shaping (contoh : generic traffic shaping), pengaturan queueing (contoh : Custom queuing, weighted fair queuing), menghindari kongesti (contoh : Random Early Detection), dan peningkatan efisiensi jaringan (contoh : link fragmentation and interleaving). Pada implementasinya, QoS di jaringan dapat dicapai dengan penggabungan protokol dan algoritma diatas yang sesuai dengan kondisi jaringan yang digunakan.

Digital Signal Processing

Suara manusia dan semua suara yang bisa kita dengar, secara umum merupakan sinyal analog. Public Service Telephone Network (PSTN) atau jaringan telpon mentransmisikan suara dalam bentuk sinyal digital karena transmisi sinyal analog memiliki banyak kelemahan. 

PSTN merubah sinyal suara dari telepon diubah ke format digital yang disebut Pulse Code Modulation (PCM). PCM melakukan sampling sinyal analog dengan rate 8000 sample/detik dan tiap sample direpresentasikan dalam satu kode 8 bit, sehingga untuk satu percakapan dibutuhkan satu kanal dengan kapasitas 64 Kbps. Salah satu pengembangan dari PCM yaitu ADPCM menggunakan pengkodean 4 bit untuk setiap sample sehingga membutuhkan kanal dengan kapasitas 32 Kbps untuk setiap percakapan.

Transmisi digital pada PSTN, baik menggunakan PCM maupun ADPCM harus dilakukan secara sinkron. Akibatnya walaupun tidak terdapat percakapan, selalu terdapat aliran data terus menerus pada kanal yang digunakan, padahal secara statistik 50 % waktu yang digunakan pada saat percakapan telepon merupakan silent period.  

Untuk menghemat bandwidth, International Telephony Union (ITU) telah mengeluarkan beberapa standar baru untuk voice coding yang membutuhkan bandwidth lebih kecil. Voice coding tersebut dapat dilihat pada tabel 1. 

Untuk melakukan perbandingan kualitas suara yang dihasilkan oleh voice coding diatas, dibuat satu pengukuran yang didasarkan pada skala Mean Opinion Score (MOS). Skala MOS memiliki rentang antara 0 (paling rendah) sampai dengan 5 (paling tinggi). Hasilnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini. 

Metode Kompresi	Bit Rate (kbps)	Processing Power (MIPS)	Framing Size
(ms)	Skala  MOS
	
G.711 PCM	64	0.34	0.125	4.1	
G.726 ADPCM	32	14	0.125	3.85	
G.728 LD-CELP	16	33	0.625	3.61	
G.729 CS-ACELP	8	20	10	3.92	
G.729 x2 Encoding	8	20	10	3.27	
G.729 x3 Encoding	8	20	10	2.68	
G.729a CS-ACELP	8	10.5	10	3.7	
G.723.1 MPMLQ	6.3	16	30	3.9	
G.723.1 ACELP	5.3	16	30	3.65	

Tabel 1. Voice coding

Dari tabel diatas, juga ditampilkan delay masing-masing voice coding. Delay menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan decoding dan encoding data menggunakan voice coding tersebut. Delay merupakan salah satu parameter yang harus diperhatikan sebelum kita memilih voice coding yang hendak digunakan karena transmisi suara sangat sensitif terhadap delay. Delay sendiri tidak mempengaruhi kualitas suara yang dihasilkan.

Kata-kata yang diucapkan oleh seseorang memiliki sebuah arti. Arti tersebut dapat terdistorsi apabila pada terdapat delay yang terlalu besar pada saat transmisi. Oleh karenanya jaringan transmisi yang dibuat harus mampu menyampaikan suara yang diucapkan pada saat dilakukan percakapan secara reliable, sinkron, dan sesuai dengan arti kata sebenarnya.

Digital Signal Processor merupakan platform yang digunakan untuk melakukan kompresi suara. Semakin cepat kecepatan pengolahan Digital Signal Processor, maka kualitas suara yang dihasilkan semakin tinggi dan bandwidth yang dibutuhkan akan semakin kecil. Gambar dibawah ini menunjukkan perbandingan harga dan kualitas suara yang diukur dalam satuan Mean Opinion Score (MOS).

Open Standard

Berbagai macam standar yang mendefinisikan cara-cara pengiriman suara melalui jaringan data  yang telah tersedia. Standar-standar tersebut memungkinkan terjaminnya interoperabilitas periferal yang diproduksi oleh vendor yang berbeda. Selain antar periferal, standar tersebut juga memungkinkan interoperabilitas dengan jaringan telpon (PSTN) yang sudah ada. Salah satu standar yang digunakan adalah H.323. Standar ini mendefinisikan pengiriman suara dan video melalui jaringan. 

Dua komponen penting yang digunakan dalam jaringan menggunakan standar H.323 adalah :
1.	H.323 Gateway
H.323 Gateway memungkinkan komunikasi antara komputer atau periferal yang dirancang mengikuti standar H.323 untuk berkomunikasi dengan telepon (PSTN) atau PABX. 
2.	H.323 Gatekeeper
Gatekeeper digunakan untuk address resolving, menemukan IP address dari gateway yang dituju, dan mengatur bandwidth serta Quality of Service yang dibutuhkan. Gatekeeper mampu melakukan administrasi satu zona yang terdiri dari beberapa H.323 gateway.

Berbasis pada arsitektur diatas, terdapat beragam alternatif lain yang dapat digunakan untuk integrasi suara dan data mulai dari sistem berbasis PC sampai dengan perangkat high-end yang memungkinkan munculnya satu bisnis baru : Internet Telephony Service Provider (ITSP). Perlu diingat, bahwa teknologi ini sangat menekankan pada pemanfaatan resource yang sudah ada, baik PC, telpon, maupun perangkat jaringan dengan biaya investasi tambahan yang tidak besar bila dibandingkan dengan keuntungan yang akan diperoleh.

Untuk alternatif murah, anda bisa menggunakan card yang disediakan oleh QuickNet (http://www.quicknet.net). Card ini dapat digunakan untuk melakukan komunikasi dari telpon (PSTN)  ke PC, dari PC ke  PC, dan dari PC ke telpon (PSTN) dengan bantuan aplikasi yang sudah di-bundle dengan card tersebut. Dengan kemampuan ini, maka carad yang disediakan dapat menjadi H.323 gateway dan gatekeeper untuk komunikasi suara pada jaringan data. 

Gambar. Card QuickNet

Card QuickNet menyediakan line untuk koneksi ke telepon analog, line telepon (ke PSTN), dan koneksi ke mikrofon. Kompresi suara dilakukan oleh Digital Signal Processor yang terdapat pada card, sehingga hasilnya akan jauh lebih baik bila dibandingkan dengan kompresi yang dilakukan menggunakan software pada PC. 

Apabila kita hendak melakukan komunikasi dari atau ke telpon menggunakan PC, maka pada PC harus dipasang aplikasi yang menggunakan standar H.323. Contoh aplikasi tersebut adalah Microsoft NetMeeting 3.0 (http://www.microsoft.com/netmeeting). 

Gambar. Microsoft NetMeeting

Dengan mengatur konfigurasi gatekeeper dan gateway pada Microsoft NetMeeting, maka komputer anda dapat langsung berkomunikasi layaknya menggunakan telpon biasa, baik ke PC lain, telpon lain, maupun telpon yang terhubung ke PSTN. Dengan syarat, pada jaringan yang anda gunakan sudah terdapat gateway yang menghubungkan PSTN dengan jaringan anda serta gatekeeper yang memungkinkan komputer anda menemukan komputer atau gateway tujuan.

Gambar. Konfigurasi gatekeeper dan gateway Microsoft NetMeeting

Selain menggunakan card yang dihubungkan ke telpon atau komputer, terdapat juga perangkat telpon yang dilengkapi dengan ethernet port sehingga dapat langsung dihubungkan ke jaringan. Perangkat telpon ini disebut IP Telephone. Perangkat telpon ini sepenuhnya telah dirancang berdasarkan standar H.323 sehingga interoperabilitas dengan perangkat lain di jaringan selalu terjamin. Cukup dengan memberikan IP address pada telepon tersebut dan kita hubungkan ke jaringan, maka telepon dapat berkomunikasi dengan telepon di jaringan, dengan client H.323, atau dengan telepon di jaringan PSTN (salah satunya http://www.cisco.com).

Gambar. IP Telephone

Arah pengembangan

Pengembangan teknologi packet telephony cenderung mengarah ke integrasi semua jenis informasi, baik suara, data, maupun video ke satu platform yang dapat diakses oleh semua media yang ada (PC, telefon, dan media lainnya). Teknologi ini disebut sebagai unified messaging. 

Gambar Unified messaging

Dewasa ini, terdapat berbagai jenis informasi : mulai dari telepon, telepon seluler, pager, fax, e-mail, dan lain sebagainya yang masing-masing memerlukan software dan hardware khusus untuk dapat mengirim ataupun menerimanya. 

Unified messaging memungkinkan berbagai jenis informasi tersebut dapat diakses cukup dengan menggunakan satu jenis aplikasi saja. Sebagai contoh, pesan suara (voice mail) dapat diterima oleh sistem kemudian diubah menjadi fileWAV yang dapat didownload sebagai attachment e-mail. Lalu e-mail dapat diperiksa melalui telepon menggunakan perangkat yang dapat mengubah teks menjadi suara dan sebagainya. Otomatis kemudahan akan semakin tinggi demikian juga dengan produktivitas, karena user dapat mengakses informasi menggunakan perangkat yang dimiliki dan paling mudah digunakan.