https://khoirulanwarcode.wordpress.com/2015/02/06/qonaah-dalam-modern-coding-theory-fountain-dan-raptor-codes/

Teknologi telekomunikasi masa depan semakin mengadopsi karakter manusia. Siapa mengira bahwa manfaat kebersamaan, bekerja sama (cooperation), berjamaah, begitu besar dalam telekomunikas. Ini berawal dari Turbo codes (1993) yang memiliki performance luar biasa (saat itu), hanya berjarak 0.7 dB dari Shannon limit, hanya dengan saling menukarkan sebuah nilai “trust” yang disebut log-likelihood ratio (LLR).

Kerja Sama dan “Nobody Is Perfect”

Telekomunikasi kemudian beralih kepada penerimaan bahwa “nobody is perfect”, yaitu link yang mengalami error tetap diterima, bukan dibuang atau diabaikan (tidak dikirimkan) sebagaimana dalam teknologi telekomunikasi konvensional. Konsep ini sangat luar biasa. Saya merealisasikannya hanya dengan memory-1 (sangat sederhana, hanya “0” dan “1”), namun hasilnya luar biasa, bisa mengalahkan teknik yang super, yaitu super Turbo codes dengan memory double yang masing-masing sebesar 3 bit.

Konsep “nobody is perfect” bisa diterapkan pada teknologi relay modern untuk menambah luas coverage area atau untuk mengurangi power tetapi meningkatkan kualitas penerimaan, dengan cara relay selalu mentransmisikan informasi yang diterima tanpa khawatir akan merusak total informasi di penerima. Konsep ini kemudian melahirkan solusi CEO Problem [2].

CEO Problem adalah sebuah problem saat semua staff (dalam hal ini link yang menuju pada suatu node) semua membawa informasi yang salah. Problemnya adalah bagaimana seorang CEO atau pimpinan membuat keputusan jika informasi bawahannya salah semua? Kami kemudian mengajukan konsep-konsep ini EU FP7 RESCUE Project, untuk sistem komunikasi mengatas situasi unpredictable enviroment.

Surprisingly, project ini mendapat nilai ilmiah, 5 out of 5 (maksimum). Alhamdulillah. Namun karena kami tidak tinggal di Eropa, kami tidak bisa menjadi leader untuk project ini.

5G and Beyond

Dugaan saya terhadap trend 5G dan beyond ternyata sama dengan yang diprediksikan para ilmuwan di METIS project yang dipresentasikan pada ITG/IEEE SCC 2015 di TUHH, Hamburg, Jerman kemarin terutama pada ledakan jumlah device di tahun 2020. Kalau saya memprediksikan, minimal, jumlah device ini menjadi ledakan karena konsep steve jobs, bahwa kalau bisa ada device memiliki otak (operating systems–OS). Nah karena OS inilah, setiap device perlu berkomunikasi.

Project saya sendiri, di dalamnya saya menjadi leader, principal investigator, terkait dengan ledakan ini, saya submit ke JSPS project di Jepang tahun 2012, diterima untuk durasi tahun 2014-2016. Alhamdulillah. Di dalamnya saya menerapkan nilai filosofis dari LDPC codes, Coded Slotted ALOHA dan terakhir Fountain dan Raptor Codes.

Qonaah dalam Fountain Codes

Fountain codes saya ambil untuk projek saya karena karakternya yang “qonaah”. Qonaah adalah “merasa cukup dengan pemberian”. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, Fountain codes bisa diasumsikan sebagai air mancur yang memancarkan air ke semua orang. Orang bisa mengambil dari arah mana saja. Bisa dari arah depan, kanan, kiri, belakang. Juga bisa untuk meminumnya, bisa dengan air yang keluar kapan saja. Prinsip-prinsip inilah yang tidak ada dalam prinsip coding lainnya.

Gambar 1. Konsep dari Fountain. Informasi bisa diasumsikan sebagai tetesan air. Semua orang bisa minum dari arah mana saja dan dengan ukuran gelas apa saja.

Nah karakter ini saya temukan sangat cocok untuk mengatasi ledakan jumlah device masa depan yang semuanya ingin berkomunikasi. Fountain codes aslinya hanya berupa pemikiran. Fountain codes tidak memberikan cara praktis bagaimana bisa diaplikasikan untuk digital communications. Code yang pertama kali berusaha menerapkan konsep Fountain adalah Luby Transform (LT) codes (2001) yang ditunjukkan pada Gambar 2.

LT Codes

Dalam LT codes setiap informasi dikirimkan terus menerus (sampai tak terhingga), oleh karena itu LT codes dan semua kelompok Fountain codes disebut rateless, yaitu tidak memiliki rate tertentu. Manfaatnya adalah coding ini bisa fleksible sesuai dengan channel setiap device/orang. Karena informasi dikirimkan berulang, jika seseorang tidak mendapatkan pada waktu tertentu, dia bisa mendapatkan di waktu yang lain. Jika channelnya bagus, dia bisa segera selesai mengambil informasi dengan cepat, namun jika channelnya buruk, dia akan tetap menunggu sampai “gelas”nya penuh kemudian melakukan decoding. Jadi LT Codes (juga jenis Fountain codes lainnya) bisa beradaptasi dengan channel yang dimilikinya. Kedua jenis channel itu menjadikan penerima memiliki variasi dalam penerimaan informasi.

Gambar 2. LT Codes.

Siapa yang merasa sudah cukup dengan frame atau packet yang diterima, dia segera melakakukan proses decoding. Tidak ada dalam Fountain dan LT codes, ada receiver yang rakus, ingin mengambil semua packet. Alasannya adalah tidak ada gunanya. Informasi sepanjang K sudah bisa didecode jika telah menerima packet sepanjang K(1+epsilon), dari packet manapun. Itulah Qonaah. Qonaah membuat delay menjadi sedikit, sedangkan dalam hidup ini, membuat hidup kita menjadi makin bahagia. Betapa banyak orang yang, misalnya, punya gaji besar, namun masih merasa kurang, apakah orang-orang seperti itu memiliki channel yang buruk sehingga packet yang diterima error terus?

Raptor Codes

Karena channel (hidup) ini sangat dinamis, maka tidak ada jaminan bahwa semua informasi yang kita sampaikan bisa diterima dengan baik. Makna yang sama juga bisa diartikan bahwa, tidak ada jaminan seorang yang hebat, pasti apapun yang diusahakannya akan hebat, sukses.

Gambar 3. Raptor Codes.

Kenyataan dinamis ini terjadi juga pada LT codes. Lihat Gambar 2 yang memiliki input symbol berwarna merah b3. Jika b3 ini rusak, atau tidak bisa diterima sama sekali, maka total informasi yang dikirim tidak sempurna. Ketidaksempurnaan ini dalam coding disebut erasure probability (dalam BEC) atau error probability. Di sini diperlukan pemroteksi yang disebut precode. Ide ini diusulkan dalam Raptor Codes (2006), untuk berjaga-jaga jika kasus seperti ini terjadi. Jadi Raptor codes menambahkan precode yang berupa pengecekan atas bit-bit yang dikirimkan dengan parity p1 dalam Gambar 3. Jadi b3 yang tidak dikirimkan, bisa tetap diterima dengan baik melalui p1. Luar biasa. Ini saya sebut kembali sebagai manfaat kerja sama, berjamaah, sehingga Anda semua bisa diselamatkan oleh orang-orang di sekitar Anda.

Bertemu dengan Prof. Amin Shokrollahi

Saya senang bertemu dengan Dr. Amin kemarin. Dia menemukan Raptor Codes tahun 2006, meskipun aslinya tahun 2001-2002. Dia bilang bahwa dia publish Raptor Codes karena khawatir keduluan orang yang dia dengar punya ide yang sama. Lumayan, saya juga bisa share ide-ide project saya di Jepang. Yah,.. semoga ada ide baru lagi di masa depan. Aaamiin.