Bab ini berisi tentang penjelasan teori sebagai acuan atau landasan yang dibutuhkan dalam melakukan penelitian sesuai dengan permasalahan.
BAB III PERENCANAAN SIMULASI JARINGAN
Bab ini memuat deskripsi secara teknis mengenai perencanaan dari simulasi yang akan dikerjakan dalam tugas akhir.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
Bab ini berisi pelaksanaan simulasi dan analisis data hasil simulasi.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari analisis data simulasi berdasar pada parameter kinerja.
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Jaringan Nirkabel (Wireless)
Pada awal mula komputer ditemukan, dari segi dimensi atau ukuran, komputer memiliki ukuran yang sangat besar dan terus berkembang hingga kini. Dari sebuah komputer yang dahulu hanya dipergunakan sebagai mesin hitung mulai berevolusi untuk memenuhi segala kebutuhan manusia. Kini yang dinamakan komputer mampu masuk ke dalam saku dengan berbagai fiturnya. Tentunya segala perkembangan komputer didasari oleh kebutuhan akan penggunanya seperti berkomunikasi.
Setiap komunikasi yang dilakukan oleh perangkat komputer, membutuhkan infrastruktur pendukung. Infrastruktur yang dibutuhkan untuk perangkat komputer bersifat fix berupa media transmisi. Media transmisi dapat berupa kabel (wired) atau nirkabel (wireless). Media transmisi yang menggunakan kabel dapat merupakan teknologi pendahulu yang kini mulai tergantikan oleh teknologi wireless. Berbeda dengan kabel, pada teknologi
wireless menggunakan udara sebagai media transmisi gelombang
elektromagnetik [6].
Menurut Jochen Schiller dalam bukunya yang berjudul Mobile
Communication [6], sebuah perangkat dapat disebut sebagai perangkat
komunikasi apabila memenuhi kategori sebagai berikut :
a. Fixed dan wired : perangkat ini dapat digambarkan seperti komputer desktop di kantor. Menggunakan jaringan yang bersifat fix untuk alasan menunjang kinerja.
b. Mobile dan wired : pada kategori ini perangkat yang dimaksudkan adalah laptop, laptop memungkinkan untuk dapat berpindah tempat secara fleksibel namun masih juga dapat menggunakan media jaringan kabel seperti komputer desktop.
c. Fixed dan wireless : model yang ketiga ini merupakan sebuah terobosan untuk menunjang komunikasi dalam kondisi yang tidak memungkinkan
7
menggunakan media kabel. Contoh dari penerapan model ini ialah seperti sebuah institusi yang terletak di tempat berbeda dan harus tetap dapat terhubung.
d. Mobile dan wireless : ini merupakan kasus yang sangat menantang, tidak ada kabel yang membatasi mobilitas pengguna dan perangkat yang tetap dapat berkomunikasi meskipun berada dalam area jaringan wireless berbeda. Dapat dicontohkan dalam kasus ini adalah GSM [6].
Dari keempat kategori perangkat komunikasi di atas, juga dipertimbangkan dari user behaviour (kebiasaan pengguna). GSM memfasilitasi pengguna yang menggunakan perangkat mobile dan aktivitas pengguna yang turut berpindah tempat tanpa adanya pemutusan komunikasi. Tentunya permasalahan ini masih dalam lingkup jaringan ber-infrastruktur. Dalam kondisi dengan tidak adanya infrastruktur, tantangan yang muncul adalah bagaimana perangkat komunikasi dapat saling berkomunikasi tanpa adanya infrastruktur seperti yang disebutkan sebelumnya.
Gambar 2.1 Jaringan Nirkabel berbasis infrastruktur.
Penerapan jaringan nirkabel tanpa infrastruktur untuk menunjang komunikasi ketika infrastruktur yang ada rusak oleh bencana ataupun kondisi daruat seperti peperangan. Aplikasi dari jaringan nirkabel tersebut antara lain adalah jaringan ad hoc atau biasa disebut dengan MANET (Mobile Ad-hoc
8
2.2. Mobile Ad Hoc Network (MANET)
MANET adalah jaringan yang tidak menggunakan infrastruktur dan setiap node dalam jaringan selalu bergerak. Pada MANET, setiap node secara langsung dapat berkomunikasi dengan node lain apabila masuk ke dalam jangkauan komunikasi mereka. Sebuah node dapat menghapus atau meneruskan (forward) paket (bertindak sebagai relay). Dengan demikian, paket melewati jaringan ad hoc dengan cara diteruskan dari satu node ke node lainnya sampai ke tujuannya. Dikarenakan node-node yang ada bergerak maka ini akan menantang, karena topologi jaringan berubah secara terus menerus. Bagaimana menemukan tujuan, mencari jalur ke tujuan, dan memastikan komunikasi tetap berlangsung ketika topologi berubah secara terus-menerus adalah tantangan utama dalam MANET [10].
Gambar 2.2 Jaringan MANET a. Protokol routing proactive (proaktif).
Setiap protokol routing proaktif harus selalu menjaga menjaga keakurasian informasi pada tabel routing dengan mengevaluasi secara periodik dari semua rute dalam jaringan. Protokol routing menjaga jalur ke
host tujuan dan rutenya dengan mendistribusikan tabel routing secara
periodik di jaringan. Jedi ketika paket harus segera di-forward, jalur sudah diketahui dan segera digunakan. Akan tetapi dibutuhkan overhead yang tinggi untuk menjaga tabel routing di MANET ini [4].
9
Kelemahan yang dimiliki protokol routing proaktif adalah : 1. Menggunakan data untuk menjaga informasi routing.
2. Reaksi atau respon yang lambat ketika jaringan berubah dan kegagalan dari individual nodes.
b. Protokol routing reactive (reaktif).
Berbeda dengan protokol routing proaktif, protokol routing reaktif tidak menjaga rute akan tetapi tabel routing dibuat ketika dibutuhkan saja. Protokol routing reaktif mencari rute yang dibutuhkan dengan melakukan
flooding ke jaringan menggunakan paket Route Request [4]. Protokol reaktif
ini memiliki beberapa keuntungan antara lain :
1. Tidak membutuhkan overhead yang besar untuk menjaga tabel
routing seperti pada protokol routing proaktif.
2. Reaksi atau respon yang cepat untuk perubahan jaringan dan kegagalan node.
c. Protokol routing hybrid.
Tipe dari protokol routing ini adalah menggabungkan beberapa kelebihan dari protokol routing proktif dan reaktif. Pada awalnya routing dibangun dari beberapa rute secara proaktif dan kemudian melayani permintaan dari node tambahan melalui flooding reaktif. Kelemahan dari algoritma ini antara lain :
1. Keuntungan/kelebihan berdasar pada node yang aktif.
2. Reaksi terhadap permintaan traffic tergantung pada laju dari traffic
volume [4]. 2.3. Jaringan Oportunistik
Kondisi yang dialami pada MANET adalah hal yang melatar belakangi Jaringan Oportunistik, akan tetapi terdapat kondisi dimana setiap node tidak terhubung secara terus menerus dengan node lain dan atas hal ini tantangan pada jaringan MANET berkembang menjadi Jaringan Oportunistik. Dengan karakter Jaringan Opportunistik yang setiap node tidak selalu terhubung maka model
10
jaringan ini toleran terhadap delay sehingga pada perkembangan ilmunya jaringan ini juga disebut sebagai Delay Tolerant Network (DTN).
Gambar 2.3 Jaringan Oportunistik
Arsitektur jaringan pada Jaringan Opportunistik berbeda dengan arsitektur jaringan yang lainnya. Pada jaringan lain dapat memastikan bahwa pesan dapat sampai ke tujuan karena koneksi dari source ke destination terjamin. Jaringan Oportunistik memiliki sifat yang berbeda dimana jalur antara
source ke destination tidak tersedia karena jangkauan dan bergeraknya tiap
node serta koneksi jaringan yang bersifat intermitten (kadang terputus dan terhubung kembali). Jaringan Oportunistik memperkenalkan layer baru untuk menangani kondisi jaringan yang disebut dengan bundle layer.
Bundle layer mengimplementasikan mekanisme store-and-forward
dimana setiap node dapat store (menyimpan) dan carry (membawa) pesan dalam buffer-nya (memori) serta dapat meneruskan pesan tersebut ke node lain yang terkoneksi [8]. Berikut adalah arsitektur yang dipakai dalam Jaringan Opportunistik atau DTN.
11
Gambar 2.4 Arsitektur Jaringan Oportunistik.
Metode-metode penanganan pesan dalam Jaringan Opportunistik yaitu : a. Message-ferry-based
Dalam metode ini, sistem biasanya menggunakan node lain sebagai pembawa pesan untuk disampaikan ke tujuan. Cara ini bertujuan untuk meningkatkan delivery performance dengan melakukan tahap store (menyimpan) dan kemudian carry (membawa) pesan sampai dengan bertemu ke tujuan dan mengirimkannya.
b. Opportunity-based
Skema ini setiap node mem-forward pesan secara acak (random) dari hop ke hop sampai ke akhir tujuannya tetapi tidak menggaransi pesan dapat tersampaikan. Pada umumnya pesan akan ditukarkan hanya ketika dua node bertemu pada lokasi yang sama dan copy message yang sama membanjiri jaringan untuk meningkatkan jumlah pesan terkirim.
c. Prediction-based
Pada skema prediction-based ini, protokol routing menentukan relay (perantara) dengan mengestimasi node yang dapat dipercaya menyampaikan pesan ke tujuan.
2.4. Protokol Routing PROPHET
Pada Jaringan Oportunistik pergerakan yang populer adalah random, akan tetapi pada faktanya pergerakan tidaklah random tetapi bergerak dengan pola pergerakan yang dapat diprediksi seperti ketika sebuah node mengunjungi
12
suatu lokasi maka dapat diprediksi bahwa node tersebut nantinya akan berada di lokasi itu lagi. Hal itulah yang mendasari gagasan untuk menciptakan sebuah protokol yang dapat memprediksi probabilitas bertemu node akan bertemu kembali, yaitu Protokol Routing PROPHET (Probabilistic ROuting Protocol
using History of Encounters and Transitivity). Protokol ini merupakan protokol
probabilistik yang berdasarkan pada metrik probabilitas bertemu dengan node lain serta transitivity-nya. Sedangkan untuk transitivity adalah kondisi dimana sebuah node dapat menjadi relay atau node perantara untuk menyampaikan pesan dari node lain [2]. Untuk menghitung probabilitas bertemunya dengan node lain maka diperlukan parameter yang didefinisikan sebagai delivery
predictability.
a. Penghitungan delivery predictability
Penghitungan delivery predictability memiliki tiga bagian. Hal pertama yang harus dilakukan adalah melakukan update terhadap metric ketika node bertemu, sehingga apabila node sering bertemu maka memiliki
delivery predictability yang tinggi. Rumus penghitungan ditunjukkan pada
Rumus Eq. 2.1 di mana Pinit [0,1].
P(a,b) = P(a,b)old + (1 - P(a,b)old ) × Pinit ... Eq. 2.1
Jika node yang pernah bertemu dan tidak bertemu kembali satu sama lain maka mereka tidak lagi menjadi node yang baik untuk meneruskan pesan, dengan demikian nilai delivery predictability harus berkurang (age, menua). Rumus aging (pengurangan) ditunjukkan pada Rumus Eq. 2.2 di mana [0,1] merupakan aging constant dan k adalah jumlah unit waktu yang telah berjalan sejak terakhir kali metrik itu berkurang.
P(a,b) = P(a,b)old × k ... Eq. 2.2
Delivery predictability juga memiliki ciri transitive. Apabila node
A sering bertemu dengan node B, dan node B sering bertemu dengan node C maka kemungkinan node C akan menjadi node yang baik untuk menyampaikan pesan ke node A. Rumus Eq. 2.3 menunjukkan bagaimana efek dari transitivity terhadap delivery predictability dimana β [0,1]
13
merupakan scaling constant yang menentukan seberapa besar dampak
transitivity yang akan terjadi terhadap delivery predictability.
P(a,c) = P(a,c)old + (1 - P(a,c)old ) × P(a,b) × P(b,c) × β ... Eq. 2.3
Gambar 2.5 Ilustrasi dari metrik transitivity pada Protokol PROPHET.
Transitivity pada Protokol PROPHET, seperti yang digambarka
pada Gambar 2.5, mengukur kedekatan node a terhadap node c secara langsung maupun melalui node b.
b. Strategi pengiriman pesan
Strategi pengiriman pesan yang digunakan dalam protokol PROPHET adalah ketika dua node bertemu maka pesan dikirimkan ke node lain jika delivery predictability dari tujuan pesan lebih tinggi dari node yang lain [2].
2.5. Protokol Routing PROPHET Energy Aware (PROPHET EA)
Protokol PROPHET EA merupakan pengembangan dari Protokol PROPHET dengan penambahan pada strategi pengiriman. Jika pada Protokol PROPHET akan memilih node dengan probabilitas bertemu yang tinggi untuk diberikan pesan, maka Protokol PROPHET EA memiliki kesamaan memperhitungkan probabilitas bertemu node. Perbedaan yang dimiliki Protokol PROPHET EA dibandingkan Protokol PROPHET adalah bahwa Protokol PROPHET EA memperhitungkan laju pengurangan energi baterai dari node yang terpilih.
Laju pengurangan baterai pada node ditentukan menggunakan teknik perhitungan statistik EWMA (Exponentially Weighted Moving Average) dengan rumus perhitungan sebagai berikut :
14
EWMA𝑡 = λ𝑌𝑡 + (1 − λ)EWMA𝑡−1 untuk t = 1, 2, ..., n. .. Eq. 2.4 Dimana EWMA0 merupakan rata-rata rekaman data terdahulu dan Yt waktu observasi pada saat waktu t. Sedangkan n adalah jumlah observasi yang dipantau termasuk EWMA0. Untuk λ diinisialisasikan dengan nilai rentang antara 0 sampai dengan 1 (0 < λ ≤ 1).
Implementasi dari Rumus Eq. 2.4 terhadap laju pengurangan energi adalah sebagai berikut :
power(t) = a power(t+t) = b diff_power(t+t) = |b – a| diff_power(t) = ∑ 𝑑𝑖𝑓𝑓_𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟(𝑡+∆𝑡) 𝑡 𝑡=0 𝑡
decreasing_power_rate = diff_power(t+t) + (1) diff_power(t) ...Eq. 2.5
dimana 0 < ≤ 1 dengan inisialisasi nilai = 0,4 , t = waktu observasi, dan t
= interval waktu observasi.
Algoritma PROPHET EA (Nj)
delivery_preds ← 0
while Ni is in contact with node Nj do send summary_vector(Nj) send decreasing_power_rate(Nj) receive summary_vector(Ni)
update delivery_preds(Ni) → Eq. 2.1 and Eq. 2.2 update transitive_preds(Ni) → Eq. 2.3
receive decreasing_power_rate(Ni)
calculate decreasing_power_rate(Nj) → Eq. 2.5 while ∃ m buffer(Nj) do if delivery_preds(Ni) delivery_preds(Nj) if decreasing_power_rate (Nj) decreasing_power_rate (Ni) then forward(m,Ni) end if end if end while end while
15
Strategi pengiriman dengan metode jika node penerima, dengan probabilitas bertemu tinggi yang terpilih, memiliki laju pengurangan energi lebih besar dari dirinya (node pengirim) maka pengiriman akan dibatalkan. Apabila node pengirim menemukan node lain dengan probabilitas bertemu lebih tinggi dan laju pengurangan energi baterai lebih kecil untuk selanjutnya pesan akan dikirim ke node tersebut.
2.6. Pergerakan Random Waypoint
Konektivitas pada Jaringan Oportunistik tergantung pada pergerakan yang digunakan. Model pergerakan random berjalan pada area yang fixed. Setiap node (yang menggunakan model pergerakan Random Waypoint) akan memilih tujuan secara acak, kemudian bergerak lurus pada kecepatan yang telah ditentukan. Setelah sampai pada tujuan, node akan berhenti selama waktu yang ditentukan (pause time) [9, 10].
Gambar 2.6 Ilustrasi pergerakan Random Waypoint.
2.7. Pergerakan Manusia
Model pergerakan random merupakan model pergerakan yang ideal dan umumnya digunakan untuk mengevaluasi kinerja protokol routing. Tapi, pergerakan yang sebenarnya adalah bahwa setiap node (manusia yang membawa perangkat) tidak bergerak secara random (acak) melainkan node akan mengikuti pergerakan manusia yang menuju titik tertentu (point of
16
eksternal dari set data, dalam hal ini set data yang digunakan adalah
Haggle4-Cam-Imote [7].
Spesifikasi dari Haggle4-Cam-Imote yaitu data set pertemuan/kontak node dari sebuah konferensi yang diselenggarakan di Cambridge dengan sebuah alat bernama iMotes dan menggunakan interface bluetooth. Lama waktu simulasi yang dibutuhkan untuk menjalankan sampai akhir sesuai dengan set data adalah 11 hari waktu simulasi. Banyaknya node dari set data ini adalah 36 node [7].
Pada pergerakan manusia, nilai probabilitas bertemu dengan node lain berbeda-beda. Terdapat beberapa node dengan probabilitas bertemu node lain yang tinggi, node ini dinamakan dengan hub-node dimana node-node dapat menitipkan pesan untuk disampaikan ke tujuan.
2.8. Simulator ONE
Simulator ONE (Opportunistic Network Environment) secara spesifik adalah simulator untuk mengevaluasi routing pada Jaringan Oportunistik atau DTN. Fungsi utama dari Simulator ONE adalah pemodelan dari node
movement, inter-node contacts, routing, dan message handling. Hasil dan
analisis yang didapat dilakukan melalui visualization, reports, dan
post-processing tools.
Simulator dibangun dalam bahasa pemrograman Java, simulator ini juga mampu melakukan import terhadap eksternal mobility meskipun di dalamnya sudah tersedia seperti ketika akan mengunakan pergerakan real
17
18