WNDW: Studi Kasus: Komunitas jaringan nirkabel Fantsuam Foundation

Kafanchan adalah sebuah komunitas dengan 83.000 orang terletak 200 km timur laut Abuja, di Pusat Nigeria. Kafanchan dikenal sebagai kota yang sibuk dan berkembang, tuan rumah dari salah satu pertemuan utama dari jalur kereta api nasional. Pada masa industri kereta api booming, hampir 80% dari populasi Kafanchan mengandalkan dirinya para industri tersebut melalui satu atau cara lain. Setelah hancurnya sistem kereta api Nigeria, penduduk Kafanchan dipaksa untuk kembali ke sumber pendapatan aslinya, yaitu pertanian.

Kafanchan adalah daerah yang kurang terhubung dalam telepon dan sambungan Internet. Saat ini, tidak ada layanan telepon tetap (PSTN) yang tersedia di wilayah tersebut, dan GSM baru masuk di tahun 2005. Namun, cakupan jaringan GSM sangat jelek seperti juga kualitas layanannya. Saat ini, SMS adalah layanan yang paling dapat diandalkan karena layanan komunikasi suara percakapan cenderung terputus-putus dan sangat bising.

Ketiadaan listrik membuat tambangan tantangan bagi orang Kafanchan. Perusahaan listrik nasional Nigeria, dikenal sebagai NEPA (National Electric Power Authority), adalah banyak dikenal oleh orang Nigeria sebagai “Never Expect Power Always” (“Jangan Pernah Berharap Ada Listrik”). Pada tahun 2005, NEPA berubah nama menjadi Power Holding Company Nigeria (PHCN).

Kafanchan menerima listrik dari NEPA rata-rata 3 jam per hari. Untuk sisanya 21 jam, penduduk harus mengandalkan generator solar yang mahal atau minyak tanah untuk penerangan dan memasak. Ketika NEPA tersedia pada jaringan listrik, ia memberikan tegangan tidak stabil dalam kisaran antara 100-120 V pada sebuah sistem yang dirancang untuk tegangan 240 V. Seharusnya tegangan stabil pada 240 V sebelum ada beban yang terhubung. Hanya lampu dapat dicolok langsung ke listrik karena lampu dapat di operasikan pada tegangan rendah tanpa rusak.

Peserta Proyek

Mengingat latar belakang tantangan pada Kafanchan, bagaimana kita dapat mengimplementasi ide membentuk Wireless ISP pedesaan di Nigeria?

Fantsuam Foundation melakukannya dan mereka membuat semua ini terjadi. Fantsuam Foundation adalah organisasi non-pemerintah lokal yang telah bekerjasama dengan komunitas di Kafanchan sejak tahun 1996 untuk memerangi kemiskinan dan ketertinggalan melalui program pembangunan terpadu. Fantsuam fokus pada keuangan mikro, layanan ICT dan pembangunan sosial di komunitas pedesaan Nigeria. Menjadi ISP nirkabel pedesaan pertama di Nigeria adalah bagian dari misi mereka untuk menjadi pemimpin diakui dalam inisiatif pembangunan pedesaan, terutama pendorong pengetahuan ekonomi pedesaan di Nigeria.

ISP Wireless dari Fantsuam Foundation, dikenal sebagai Zittnet, didanai oleh IDRC, International Development Research Center Kanada. IT +46, sebuah perusahaan konsultan yang berbasis di Swedia yang fokus pada ICT untuk pembangunan, telah bekerja sama dengan tim Zittnet untuk memberikan dukungan teknis untuk komunikasi nirkabel, bandwidth manajemen, energi surya, daya cadangan dan implementasi sistem VoIP.

Tujuan

Tujuan utama dari Zittnet adalah untuk meningkatkan akses untuk komunikasi di kawasan Kafanchan melalui implementasi dari jaringan nirkabel komunitas. Jaringan tersebut menyediakan akses internet dan intranet untuk mitra lokal di komunitas. Masyarakat jaringan ini dibentuk oleh organisasi berbasis masyarakat seperti lembaga pendidikan, lembaga keagamaan, layanan kesehatan, usaha kecil dan individu.

Cadangan daya sistem

Gambar 11.1: 24 panel surya dengan daya nominal 80 W telah terpasang di atap NOC untuk menyediakan daya untuk sistem 24 / 7.

Untuk dapat memberikan pelayanan yang reliable kepada masyarakat, Zittnet perlu melengkapi dengan sistem cadangan daya yang stabil yang akan membuat jaringan berjalan secara mandiri terlepas dari NEPA. Sebuah sistem hibrid daya dirancang untuk Fantsuam, yang terdiri dari tempat penyimpanan batere dan panel surya 2 kW (puncak). Sistem memperoleh pasokan daya dari tiga sumber: generator solar, kumpulan panel surya, dan dari NEPA bila listrik tersedia. Network Operation Center (NOC) dari organisasi berjalan sepenuhnya dari tenaga surya. Sisa dari peralatan Fantsuam beroperasi dengan catu daya dari NEPA atau generator melalui tempat penyimpanan batere, yang memberikan tegangan yang stabil. Beban NOC dipisahkan dari beban lainnya dari Fantsuam untuk memastikan sumber daya yang handal ke infrastruktur yang sangat penting dalam NOC, meskipun saat tempat penyimpanan batere bekerja dengan sisa daya yang rendah.

Simulasi dengan data matahari terbaik yang ada memperlihatkan bahwa negara bagian Kaduna, dimana Kafanchan terletak, menerima paling tidak empat (4) jam puncak matahari saat bulan-bulan paling jelek antara bulan Juni sampai Agustus (musim hujan). Masing-masing panel surya (Suntech 80W peak) menyediakan maksimum arus 5 A (saat radiasi matahari tertinggi di siang hari). Dalam bulan terburuk dalam setahun, sistem ini diharapkan dapat menghasilkan tidak kurang dari 6 kWh/hari.

Sistem tenaga surya dirancang untuk menyediakan tegangan keluargan 12 dan 24 V DC agar sesuai dengan tegangan masukan server berdaya rendah dan workstation pada infrastruktur NOC maupun pada kelas untuk pelatihan.

Panel surya yang digunakan adalah Suntech STP080S-12/Bb-1 dengan spesifikasi berikut:

Tegangan sirkit terbuka (VOC)	: 21,6V
Tegangan operasi optimal (VMP)	: 17.2V
Arus hubung singkat (ISC)	: 5A
Arus operasi optimum (IMP)	: 4,65A
Maksimum daya di STC (PMAX )	: 80 W (Puncak)

Minimum 6 kWh/hari yang di alirkan ke NOC digunakan untuk memberikan daya bagi peralatan berikut:

Alat	Jam/Hari	Unit	Daya (W)	Wh
Akses Point	24	3	15	1080
Low Power Server	24	4	10	960
Layar LCD	2	4	20	160
Laptop	10	2	75	1500
Lampu	8	4	15	480
VSAR Modem	24	1	60	1440
Total				5620

Konsumsi daya untuk server dan layar LCD dihitung berdasarkan perhitungan Inveneo Low Power Station, http://www.inveneo.org/?q=Computingstation.

Jumlah estimasi konsumsi daya NOC adalah 5,6 kWh/hari yang kurang dari daya harian yang dihasilkan dari panel surya saat bulan terburuk.

Network Operating Center (NOC)

Gambar 11.2: NOC yang dibangun dari batu bata laterite, diproduksi dan meletakkan oleh pemuda di Kafanchan

Gambar 11.3: Omolayo Samuel, salah seorang staf Zittnet, tidak takut pada ketinggian di menara 45m saat dia mengarahkan antenna yang terdapat di atap menara

Sebuah Pusat Operasi Jaringan baru dibentuk menjadi tempat sistem cadangan daya dan fasilitas ruang server. NOC dirancang untuk menyediakan tempat aman dari debu, dengan pendinginan dengan baik dari batere dan inverter. NOC dibangun menggunakan metode alami dan dibuat dari bahan-bahan lokal yang tersedia. Bangunan terdiri dari empat kamar: ruang penyimpanan batere, ruang server, ruang kerja dan ruang untuk penyimpanan peralatan.

Ruang penyimpanan batere menyimpan tujuh puluh batere 200 Ah, serta lima inverters (salah satu dari mereka dapat menghasilkan gelombang sinus murni), dua regulator matahari, penstabil daya / stabilizer dan disconnect DC dan AC. Batere ditumpuk vertikal pada struktur logam rak untuk pendinginan yang lebih baik.

Ruang server terdapat sebuah rak untuk server dan kipas angin. Ruangan tidak memiliki jendela biasa, untuk menghindari debu dan panas. Ruang server dan ruang batere menghadap selatan untuk meningkatkan pendinginan alam dan untuk membantu menjaga kamar pada suhu yang sesuai.

Ruang server dan ruang batere membutuhkan pendingin biaya rendah / rendah energi yang effektif karena mereka harus beroperasi 24x7. Untuk mencapai tujuan ini, teknik pendinginan alam diperkenalkan pada disain NOC: fan kecil dan extractors dan dinding tebal dari batu bata (lebar-nya double) di arah matahari terbenam.

Di sebelah selatan bangunan terletak 24 panel surya pada wilayah bebas bayangan dengan atap logam. Atap dirancang dengan inklinasi 20 derajat untuk menempatkan panel dan membatasi karat dan debu. Usaha tambahan dilakukan agar panel mudah dijangkau untuk pembersihan dan pemeliharaan. Bagian atap diperkuat untuk membawa beban tambahan 150-200 kg.

NOC gedung dibangun dari batu bata lumpur laterite yang di hasilkan secara lokal. Bahan tersebut sangat murah karena sering digunakan dan berasal dari bagian atas lapisan tanah. Batu bata diproduksi secara lokal dengan menggunakan tangan dan teknologi tekan yang sederhana. NOC tersebut sangat unik dan satu-satunya di negara bagian Kaduna.

Infrastruktur fisik: Sebuah tiang komunikasi

Kebanyakan klien potensial untuk Zittnet terletak antara 1 km sampai 10 km dari lokasi Fantsuam. Untuk mencapai klien ini, Fantsuam mendirikan tower komunikasi di tempat mereka. Pada bulan Oktober 2006, tower selfstanding setinggi 45m (150 kaki) tiang dipasang di Fantsuam Foundation. Tiang yang telah dilengkapi grounding dan perlindungan terhadap petir termasuk lampu isyarat yang di wajibkan.

Sebuah cincin logam telah dikuburkan di bagian bawah menara di kedalaman 4 kaki. Kesemua tiga kaki dari tiang tersebut kemudian terhubung ke sirkuit grounding. Sebuah pipa untuk anti petir telah terpasang di titik tertinggi dari tower untuk melindungi peralatan terhadap serangan petir. Pipa anti pentir terbuat dari tembaga murni dan terhubung ke cincin di tanah di bagian dasar dari tiang menggunakan pita tembaga.

Sinyal lampu terpasang di bagian atas tiang merupakan persyaratan dari Authoritas Penerbangan Sipil. Lampu akan dilengkapi dengan photocell yang memungkinkan penyalaan automatis jika hari gelap. Dengan cara ini, lampu akan nyala secara automatis saat malam hari dan mati di siang hari.

Infrastruktur Tulang Punggung Wireless

Infrastruktur tulang punggung wireless dibangun menggunakan akses point SmartBridges multi-band dan unit di klien dari Nexus seri PROTM TOTAL. Unit tersebut di rancang untuk penyedia layanan dan perusahaan untuk membangun sambungan nirkabel point-to-multipoint di luar ruangan dengan kinerja tinggi. Peralatan ini datang dengan antenna sektoral multi-band yang terpadi yang dapat beroperasi baik di frekuensi 2.4 GHz dan 5.1-5.8 GHz. Nexus seri PROTM TOTAL menawarkan QoS untuk prioritas lalu lintas dan manajemen bandwidth per klien yang sesuai dengan persyaratan IEEE 802.11e dengan extensi WMM (WiFi multimedia).

Gambar 11.4: Topologi Jaringan dari Zittnet pada Oktober 2007.

Saat ini, topologi dari jaringan adalah sebuah topologi bintang dengan dua akses point yang berada di tower komunikasi pada lokasi Fantsuam. Sebuah akses point di pasang antenna sektoral 90 derajat (garis biru titik-titik) dan akses point lainnya menggunakan antenna omnidirectional yang menyediakan cakupan ke daerah-daerah sekitarnya (lingkaran merah titik-titik). Klien yang berada dalam kawasan antara garis titik-titik terhubung ke antena sektoral, sedangkan sisanya klien tersambung ke antenna omnidirectional.

Rencana dilakukan untuk memperluas tulang punggung wireless dengan menyiapkan dua repeater wireless. Satu repeater akan berlokasi di kota Kafanchan menggunakan tower NITEL untuk meningkatkan cakupan nirkabel di pusat kota. Repeater ke dua akan didirikan di bukit Kagoro, sebuah kelompok gunung dengan ketinggian relatif terhadap Kafanchan sekitar 500 meter, yang terletak sekitar 7 km dari Kafanchan. Repeater ini akan menyediakan cakupan untuk banyak kota disekitar Kafanchan dan bahkan memungkinkan sambungan jarak jauh ke Abuja. Zittnet menghubungkan klien pertama awal Agustus 2007. Dua bulan kemudian, tidak kurang dari delapan klien tersambung ke Zittnet. Klien ini termasuk:

Rumah sakit umum.
Rumah sakit New Era.
Klinik kesehatan Jagindi.
Bank Zenith Bank (untuk penggunaan sendiri
Isaiah Balat (Internet café)
Hotel New World
Throne Room GuestHouse
Fulke

Permasalahan yang dihadapi

Beberapa masalah yang timbul sepanjang proyek adalah sebagai berikut.

Bangunan Rendah. Sebagian besar lokasi klien adalah bangunan bertingkat satu dengan ketinggian tidak lebih dari 3 meter. Banyak rumah mempunyai struktur atap yang sangat lemah yang menyulitkan untuk memasang peralatan di atap, akses secara fisik tidak mungkin dilakukan. Rendahnya bangunan memaksa kami untuk memasang peralatan pada ketinggian yang cukup rendah, karena klien tidak mampu untuk investasi tower setinggi 10 meter untuk di tempatkan peralatan. Kebanyakan instalasi memanfaatkan tangki air atau pipa besi 3 meter yang sederhana yang di pasangkan di dinding bangunan. Karena peralatan di pasang rendah, zona Fresnel yang pertama biasanya tidak terlampaui sehingga akan memperoleh throughput yang rendah. Meskipun dataran di Kafanchan sangat datar, vegetasi dalam bentuk pohon mangga yang rapat dengan mudah blokir line-of-sight.

Serangan Petir. Hujan badai petir sangat sering terjadi selama musim hujan di Kafanchan. Pada bulan September 2007, petir merusak peralatan yang yang di pasang pada sebuah tower, beserta power supply-nya. Saat ini, akses point dan injektor PoE (Power over Ethernet) digrounding ke tower itu sendiri. Penyeledikan lebih lanjut perlu dilakukan untuk mencegah kerusakan peralatan yang disebabkan oleh petir yang dekat. Saat ini, tim Zittnet bekerja untuk meningkatkan perlindungan dengan menambahkan tambahan anti petir pada coaxial. Selain itu, shield dari kabel UTP yang menyambungkan akses point dengan jalur NOC akan di grounding menggunakan grounding blok dan fastener.

Rendahnya kualitas peralatan. Sayangnya, kurangnya produk berkualitas di pasar adalah masalah yang luas di seluruh benua Afrika. Karena sebagian besar negara-negara sub-sahara kurangnya kebijakan untuk menjamin kualitas barang impor, pasar kebanjiran barang "murah" berkualitas sangat rendah. Karena produk berkualitas sangat sulit untuk ditemukan, anda melihat barang lokal yang kita beli rusak padahal belum digunakan. Karena tidak ada jaminan untuk pembelian kecil-kecil ini, pada akhirnya semua menjadi sangat mahal. Permasalahan ini hampir selalu hadir di aksesori umum seperti soket-soket daya, power bar, konektor RJ45, kabel CAT5, dan peralatan low-tech lainnya.

Model Bisnis

Satu-satunya alternatif untuk akses Internet di Kafanchan adalah melalui satelit. Selama tahun 2006, Fantsuam telah berlangganan dari 128/64 kbps bandwidth dengan biaya $1800 USD / bulan. Besarnya biaya sambungan bulanan telah menjadi beban yang cukup besar untuk Fantsuam dan stres karena tidak dapat memenuhi tagihan bulanan.

Sebagai alternatif dari model “bayar bulanan” yang beresiko tinggi, Fantsuam telah dilaksanakan sebuah sistem yang disebut HookMeUP disediakan oleh Koochi Komunikasi. Menawarkan sistem fleksibel Pay-As-You-Go melalui sambungan Internet broadband VSAT ke seluruh negara sub-Sahara Afrika. Jenis model akses ini biasanya ditemukan di bandara, hotel atau mall di negara-negara barat dimana user membeli kupon online dan login menggunakan kode akses (username & password).

Sistem HookMeUP menawarkan 512/256 kbps didedikasikan untuk sambungan VSAT Fantsuam (dari ground station mereka di Inggris). Fantsuam membeli kupon dari Koochi Communications dan menjual kembali mereka untuk para klien lokal di Kafanchan. Dengan cara ini, Fantsuam tidak lagi terjebak dengan biaya bulanan tetap tetapi hanya untuk membayar Koochi untuk bandwidth mereka pakai. Risiko membeli bandwidth internasional yang mahal di pindahkan ke Internet provider, bukan user, dengan biaya yang lebih tinggi dari harga untuk user.

Fantsuam Foundation saat ini bertindak sebagai reseller kupon dari Koochi dan pemasok infrastruktur nirkabel ke user. Jaringan komunitas wireless masyarakat memberikan Fantsuam Foundation dengan lima sumber pendapatan:

Instalasi peralatan di lokasi klien (satu kali per klien)
Penyewaan dari peralatan nirkabel (biaya bulanan per klien)
Reselling peralatan nirkabel (satu kali per klien)
Pemasangan nirkabel di area hotspot klien (satu kali per klien)
Reselling kupon (terus menerus)

Voucher sistem yang didasarkan pada tiga parameter: waktu akses, limit data dan waktu valid. Parameter mana saja yang habis pertama kali yang akan membuat kupon mati.

Waktu akses	Limit Data (MB)	Waktu Valid	Harga (USD)	USD/jam	USD/700 Mbyte
30 min	5	1 hari	0.80	1.60	112.00
60 min	10	5 hari	1.28	1.28	89.60
12 jam	60	14 hari	10.40	0.87	121.33
24 jam	150	30 hari	26.00	1.08	121.33
1 bulan	500	1 bulan	71.50	0.10	100.10
3 bulan	1600	3 bulan	208.00	0.10	91.00
6 bulan	3600	6 bulan	416.00	0.10	83.20
12 bulan	7500	12 bulan	728.00	0.08	67.95

Keuntungan terbesar yang di peroleh Fantsuam Foundation dari sistem ini adalah tidak lagi harus menanggung beban tagihan bulanan yang besar untuk bandwidth internasional. Dengan model “bayar bulanan” anda dipaksa untuk menjual sejumlah bandwidth setiap bulan. Dengan model Pay-As-You-Go (PAYG), pendapatan Fantsuam dari reselling kupon tergantung pada berapa banyak konsumsi bandwidth klien mereka. Klien membayar di muka (model pra-bayar), oleh karenanya Fantsuam tidak akan pernah membayar hutang yang besar kepada provider.

Model pra-bayar berfungsi baik di Afrika karena orang cukup familiar dengan model ini di operator selular. Model ini bahkan digunakan oleh perusahaan listrik di beberapa negara. Model pra-bayar disukai oleh banyak orang karena membantu mereka mengetahui pengeluaran mereka. Salah satu keterbatasan utama model PAYG adalah kurangnya fleksibilitas dan transparansi. Saat ini , sistem PAYG menyediakan sangat sedikit informasi ke pengguna tentang waktu atau volume yang digunakan. Hanya ketika pengguna akan log off dia memperoleh informasi tentang berapa menit yang tersisa untuk belanja.

Namun, tampaknya model bisnis tersebut sesuai dengan realitas lokal di Kafanchan dan banyak komunitas pedesaan di Afrika. Meskipun ada ruang untuk perbaikan, menghindari hutang ternyata sangat bermanfaat di bandingkan berbagai kekurangan yang ada. Dengan perjalanan waktu, ketika jumlah pelanggan telah meningkat dan mereka mempunyai pendapatan bulanan yang mencukupi untuk berlangganan jaringan nirkabel, mungkin akan bermanfaat untuk kembali ke model langganan bulanan.

Klien

Klien bebas menggunakan akses Internet untuk tujuan apapun. Misalnya, Isaiah Balat menjual kembali kupon (yang dibeli dari Fantsuam) kepada kliennya. Di WARNET -nya ada 10 komputer yang terhubung ke semua Zittnet. Klien membeli kupon dari pemilik dengan margin 25% di atas harga yang ditawarkan oleh Fantsuam. Sebagai gantinya, klien yang memiliki komputer yang terhubung ke Zittnet dapat mengakses jaringan walaupun melalui PC di WARNET Isaiah Balat.

Hotel New World adalah pelanggan lain yang juga melakukan model usaha sejenis tapi pada skala yang lebih besar. Mereka akan menyediakan akses internet nirkabel untuk semua kamar mereka dan menawarkan akses ke uplink Zittnet dengan cara menjual kembali kupon. Klien lainnya, seperti Rumah Sakit Umum dan Klinik Jagindi Street, yang menggunakan akses Internet untuk profesional dan pribadi tanpa menjual kembali akses kepada pelanggan mereka.

-- Louise Berthilson