LAMPIRAN 1
Masukan pada Script mac802_16SS.h
class Mac802_16SS : public Mac802_16 { friend class BwRequest;
public:
Mac802_16SS();
//Kecepatan
double v_1=0; //Kecepatan Mobile 1 double v_2=1.39; //Kecepatan Mobile 2 double v_3=4.44; //Kecepatan Mobile 3 double v_4=6.67; //Kecepatan Mobile 4
//Posisi
double xbs_0=1000; //Posisi koordinat X BTS double ybs_0=1000; //Posisi koordinat Y BTS
double D_; //Jarak BTS ke Mobile
double x_; //Posisi koordinat X
double y_; //Posisi koordinat Y
//power receive
double Pr_; //Power Receive
double Pr_origin; double Pr_dBm_;
double Pt_=10; //Power Transmit double Gr_=1; //Gain antena receive double Gt_=1; //Gain antena Transmit double L_=1; //Loss pada Sistem double pi_=3.14;
double lambda=0.12; //kecepatan cahaya dibagi frekuensi kerja 2.5 GHz
double B_=5e+6; //Bandwidth
//KONSUMSI_ENERGI double initial;
double energyTotal; double battery=72000; double energyTemp; double idlePower=0.06; double sleepPower=0.29; double sendPower=0.17; double recPower=0.07; double ULPower=1; double DLPower=1; double turnON=1;
LAMPIRAN 2
Masukan pada Script mac802_16SS.cc
A Record konsumsi energi
energyTemp=(NOW-a)*recPower; energyTotal=energyTotal+energyTemp; battery=battery-energyTemp;
debug ("Energy model: at %f in Mac %d,battery: %.17f energy: %.17f total energy %.17f\n", NOW, addr(), battery, energyTemp, energyTotal);
B Record Jarak
void Mac802_16SS::receive () {
double a=initial; assert (pktRx_);
struct hdr_cmn *ch = HDR_CMN(pktRx_);
//Pada Subscriber station 1 if(index_==1){
nn++; sb++; x_=600; y_=800;
//***
//MENGHITUNG JARAK BS ke SS
D_=sqrt((pow((x_-xbs_0),2))+(pow((y_-ybs_0),2)));
//power receive dalam watt
Pr_origin=(((Pt_*Gt_*Gr_*pow(lambda,2))/(pow((4*pi_*D_),2)*L_))); Pr_=Pr_origin;
//power receive dalam dBm
Pr_dBm_=(10*log10(Pr_))+30;
}
//***
//Pada Subscriber station 2
}else if(index_==2){ nn++;
sb++;
x_=500/559.01*(v_2*NOW)+700; y_=250/559.01*(v_2*NOW)+900;
D_=sqrt((pow((x_-xbs_0),2))+(pow((y_-ybs_0),2))); //***
//***
//Pada Subscriber station 3
}else if(index_==3){ nn++;
sb++;
x_=200/585.23*(v_3*NOW)+1100; y_=550/585.23*(v_3*NOW)+800; //***
//***
//Pada Subscriber station 4
}else if(index_==4){ nn++;
sb++;
x_=-600/813.94*(v_4*NOW)+1200; y_=-550/813.94*(v_4*NOW)+1100; //***
//***
}
LAMPIRAN 3 Script wimax_uplink.Tcl
# Topology scenario: #
#check input parameters if {$argc != 0} {
puts ""
puts "Wrong Number of Arguments! No arguments in this topology" puts ""
exit (1) }
# set global variables
set nb_mn 4 ;# max number of mobile node
set packet_size 1052 ;# packet size in bytes at CBR applications set output_dir .
set gap_size 0 ;#compute gap size between packets puts "gap size=$gap_size"
set traffic_start 30 #define debug values Mac/802_16 set debug_ 1
#Define WiMAX Parameters Mac/802_16 set rtg_ 20 Mac/802_16 set ttg_ 20
Mac/802_16 set frame_duration_ 0.004
Mac/802_16 set client_timeout_ 110 ;#to avoid BS disconnecting the SS since the traffic starts a 100s
Phy/WirelessPhy/OFDM set g_ 0.0; # Cyclic Prefix 0
WimaxScheduler/BS set dlratio_ 0.50; # 50% of Bandwidth is for downloading
#define coverage area for base station: 1000m coverage Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.281838
Phy/WirelessPhy set freq_ 5e+6
#Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 2.90781e-09
Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 1.42681e-12 ;#1000m radius
Phy/WirelessPhy set CSThresh_ [expr 0.9*[Phy/WirelessPhy set RXThresh_]]
# Parameter for wireless nodes
set opt(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type Mac/802_11 set basicRate_ 11Mb
Mac/802_11 set dataRate_ 11Mb Mac/802_11 set bandwidth_ 11Mb
#defines function for flushing and closing files proc finish {} {
global ns tf output_dir nb_mn $ns flush-trace
close $tf
#Execute nam on the trace file exec nam out1a.nam &
exit 0 }
#create the simulator set ns [new Simulator] $ns use-newtrace
#create the topography set topo [new Topography]
$topo load_flatgrid $opt(x) $opt(y) #puts "Topology created"
#open file for trace
set tf [open $output_dir/out1a.res w] $ns trace-all $tf
#initialize network animator set namtrace [open out1a.nam w]
$ns namtrace-all-wireless $namtrace $opt(x) $opt(y) #puts "Output file configured"
# set up for hierarchical routing (needed for routing over a basestation) #puts "start hierarchical addressing"
$ns node-config -addressType hierarchical
AddrParams set domain_num_ 2 ;# domain number lappend cluster_num 1 1 ;# cluster number for each domain
AddrParams set cluster_num_ $cluster_num
lappend eilastlevel 1 [expr ($nb_mn+1)] ;# number of nodes for each cluster (1 for sink and one for mobile nodes + base station
AddrParams set nodes_num_ $eilastlevel
puts "Configuration of hierarchical addressing done" # Create God
create-god [expr ($nb_mn + 2)] ;# nb_mn + 2 (base
station and sink node) #puts "God node created"
#creates the sink node in first addressing space. set sinkNode [$ns node 0.0.0]
#provide some co-ord (fixed) to base station node $sinkNode set X_ 1050.0
$sinkNode set Y_ 1050.0 $sinkNode set Z_ 0.0 #puts "sink node created"
#creates the Access Point (Base station)
$ns node-config -adhocRouting $opt(adhocRouting) \ #puts "Configuration of base station"
set bstation [$ns node 1.0.0] $bstation random-motion 0 #puts "Base-Station node created"
#provide some co-ord (fixed) to base station node $bstation set X_ 1000.0
$bstation set Y_ 1000.0 $bstation set Z_ 0.0
[$bstation set mac_(0)] set-channel 0
# create the link between sink node and base station
$ns duplex-link $sinkNode $bstation 100Mb 1ms DropTail $ns queue-limit $sinkNode $bstation 50
# creation trace traffic
set max_fragmented_size 1024
#add udp header(8 bytes) and IP header (20bytes) set packetSize 1052
set original_file_name st20_20x set trace_file_name video1.dat
set original_file_id [open $original_file_name r] set trace_file_id [open $trace_file_name w] set pre_time 0
while {[eof $original_file_id] == 0} { gets $original_file_id current_line
scan $current_line "%d%s%d%d%f" no_ frametype_ length_ tmp1_ tmp2_
set time [expr int(($tmp2_ - $pre_time)*1000000.0)]
puts $trace_file_id "$time $length_ $type_v $prio_p $max_fragmented_size" set pre_time $tmp2_
}
close $original_file_id close $trace_file_id set end_sim_time $tmp2_ puts "$end_sim_time"
set trace_file [new Tracefile]
$trace_file filename $trace_file_name # creation of the mobile nodes
$ns node-config -macType Mac/802_16/SS \ -wiredRouting OFF \
$wl_node_($i) random-motion 0 ;# disable random
motion
$wl_node_($i) base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] ;#attach mn to basestation
if {$i == 0 } {
#compute position of the node $wl_node_($i) set X_ 600 $wl_node_($i) set Y_ 800 $wl_node_($i) set Z_ 0.0
$ns at 0 "$wl_node_($i) setdest 1100.0 1050 0.0" ;#Fixed camera }
if {$i == 1 } {
#compute position of the node $wl_node_($i) set X_ 700 $wl_node_($i) set Y_ 900 $wl_node_($i) set Z_ 0.0
$ns at 0 "$wl_node_($i) setdest 1200.0 1150 1.39" ;#Walking speed average: 5km/h according Wikipedia
}
if {$i == 2 } {
#compute position of the node $wl_node_($i) set X_ 1100 $wl_node_($i) set Y_ 800 $wl_node_($i) set Z_ 0.0
$ns at 0 "$wl_node_($i) setdest 1300.0 1350 4.44" ;#Tram speed average: 16km/h based on Yarra tram
}
if {$i == 3 } {
#compute position of the node $wl_node_($i) set X_ 1200 $wl_node_($i) set Y_ 1100 $wl_node_($i) set Z_ 0.0
$ns at 0 "$wl_node_($i) setdest 600.0 550 6.67" ;#Bus speed in city: average 24km/h based on Swedish city
}
puts "wireless node $i created ..." ;# debug info
[$wl_node_($i) set mac_(0)] set-channel 0
[$wl_node_($i) set mac_(0)] set-diuc 7 ;# Change the node profile here (7=64QAM_3_4)
#create source traffic
#Create a UDP agent and attach it to node n0 set udp_($i) [new Agent/myUDP]
$udp_($i) set_filename udpSend1a_($i)
$udp_($i) set packetSize_ 1052 #$udp_($i) set set_max_fd_ 0.3 #$udp_($i) set ccdelay_ 0.0 #$udp_($i) set set_win_ 0
#$udp_($i) set set_ack_distance 10 $udp_($i) set set_window_ 0
$ns attach-agent $wl_node_($i) $udp_($i) # Attach video traffic source
set video1a_($i) [new Application/Traffic/myEvalvid] $video1a_($i) attach-tracefile $trace_file
$video1a_($i) attach-agent $udp_($i) # Create the Null agent to sink traffic set null_($i) [new Agent/myEvalvid_Sink] $null_($i) set_filename udpRec1a_($i) $ns attach-agent $sinkNode $null_($i) # Attach the 2 agents
$ns connect $udp_($i) $null_($i) }
# Traffic scenario: if all the nodes start talking at the same
# time, we may see packet loss due to bandwidth request collision set traffic_stop 271
set diff 0.1
for {set i 0} {$i < $nb_mn} {incr i} {
$ns at [expr $traffic_start+$i*$diff] "$video1a_($i) start" $ns at [expr $traffic_stop+$i*$diff] "$video1a_($i) stop" }
#$ns at 4 "$nd_(1) dump-table" #$ns at 5 "$nd_(1) send-rs" #$ns at 6 "$nd_(1) dump-table" #$ns at 8 "$nd_(1) dump-table"
$ns at 275 "finish"
#$ns at $simulation_stop "$ns halt" # Run the simulation
puts "Running simulation for $nb_mn mobile nodes..." $ns run
puts "Simulation done."
LAMPIRAN 4
A. Tanpa Pengaturan Beban
159 P 4671 6 11.52
160 P 5064 6 11.6
161 P 5037 6 11.68
162 P 4390 6 11.76
163 P 5171 6 11.84
164 P 4301 6 11.92
165 P 1885 2 11.96
105 I 15999 16 10.4
106 P 7559 9 10.52
107 P 5412 6 10.64
108 P 6276 8 10.76
109 P 5996 7 10.88
110 P 6379 8 11
111 P 9082 11 11.12
112 P 3265 4 11.16
113 I 15783 16 11.2
114 P 8158 9 11.32
115 P 8234 9 11.44
116 P 7053 9 11.56
117 P 7719 9 11.68
118 P 6987 9 11.8
119 P 6875 9 11.92
120 P 1885 2 11.9
LAMPIRAN 5
Proses Saat Menjalankan Simulasi NS-2
1. Hal yang pertama dilakukan adalah membuka “command line” pada OS Ubuntu 12.35. Dengan cara “ Ctrl + Alt + T “, apabila sudah dilakukan akan terlihat pada gambar berikut.
Gambar Terminal Pada Ubuntu 12.35
2. Langkah selanjutnya, kita membuat sebuah “Folder” di “Home” dan kita tempatkan file yang berformat .tcl yaitu program yang sudah dibuat sebelumnya (Lampiran 3) dan trafik video yang berformat .txt (Lampiran 4).
Gambar Membuat Folder dan Meletakkan File .Tcl
3. Apabila sudah selesai dilakukan, maka kembali ke “command line” untuk proses pengujian simulasi pada NS-2. Pada “command line” ketik sebuah perintah “cd” yang mana fungsinya kita untuk masuk kedalam folder yang kita buat sebelumnya, kalau pada simulasi ini nama foldernya “Tanpa Pengaturan beban
protokol” yang dapat terlihat pada gambar dibawah. Kemudian tekan “Enter”.
Gambar Command Line Pada Ubuntu 12.35
4. Jika sudah, ketik sebuah perintah “ns” yang mana fungsinya untuk menjalankan program NS-2. Lalu tekan “Enter”.
Gambar Command Line Pada Ubuntu 12.35
5. Pada gambar dibawah, menunjukkan program NS-2 sedang berjalan.
Gambar Pogram NS-2 Sedang Berjalan
6. Jadi, pada saat proses simulasi sudah selesai berjalan, maka akan muncul sebuah animasi .nam yang sudah dilakukan menggunakan program .Tcl yang dapat terlihat pada gambar dibawah. Untuk melihat proses terjadinya simulasi dengan mengklik “Play Forward”.
Gambar Animasi Simulasi Pada NS-2
7. Kemudian, dari simulasi pada NS-2 didapat sebuah file yang berbentuk .txt yang nantinya kita olah kedalam Ms.Exel untuk mendapat hasil simulasi yang kita inginkan. Untuk Tugas akhir ini hanya menganalisa permintaan client saja sehingga file dengan nama “udprec” yang diolah nantinya. Seperi yang terlihat pada gambar dibawah.
Gambar Hasil Simulasi Pada NS-2
8. Pada Gambar dibawah, itu adalah salah satu isi hasil simulasi yang telah dilakukan dan hasil simulasi tersebut di olah menggunakan Ms.Exel agar didapat perhitungan delaydan packet loss.
Gambar Hasil Simulasi Pada NS-2
DAFTAR PUSTAKA
[1] Golmie, N., et al. "WiMAX forum system level simulator NS-2 MAC+ PHY add-on for WiMAX (IEEE 802.16)." (2009).
[2] Febrinal, ”Pembuatan Tools Untuk Perancangan Jaringan WiMAX/IEEE 802.16”, Universitas Telkom.
[3] Issariyakul, Teerawat, and Ekram Hossain. Introduction to network simulator NS2. Springer Science & Business Media, 2011.
[4] D. Laksmiati, “Simulasi dan Analisa Kualitas Layanan Trafik Video Streaming pada WiMAX 802.16d”,Universitas Indonesia, 2009.
[5] Ke, Chih-Heng, et al. "An Evaluation Framework for More Realistic Simulations of MPEG Video Transmission." J. Inf. Sci. Eng. 24.2 (2008): 425-440.
[6] Suherman. (2013). A Novel Approach for Implementing Worldwide Interoperability for Microwave Access for Video Surveillance (Doctoral dissertation, De Montfort University).
[7] Bezerra, Nıbia S., et al. "Modelling Power Consumption in IEEE 802.16 e WiMAX Mobile Nodes.".
[8] Abinader, Fuad M., et al. "Evaluation of Joint Sleep and Idle Mode in IEEE 802.16 e WIMAX." (2012).
[9] Zeinolabedin, Seyed Mohammad Ali, et al. "An Area-and Energy-Efficient FIFO Design Using Error-Reduced Data Compression and Near-Threshold
Operation for Image/Video Applications." Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, IEEE Transactions on 23.11 (2015): 2408-2416.
[10] Perrucci, G., Fitzek, F., Sasso, G. and Katz, M., “Energy Saving Strategies for Mobile Devices using Wake-up Signals“, Proc. ACM Press, 2008. [11] Al-Akaidi, Marwan, Raouf Hamzaoui, and P. M. Suherman. "Transport
and MAC cross-layer protocol for video surveillance over WIMAX." (2012).
BAB III
PERANCANGAN SIMULASI
3.8 Perancangan Alur Penelitian
Untuk mencapai tujuan dari penelitian, perancangan alur penelitian dilakukan sesuai alur pada Gambar 3.1. Perancangan terlebih dahulu melakukan instalasi dan pengujian perangkat yang digunakan, yaitu network simulator NS-2 pada system operasi berbasis Ubuntu. Modul WiMAX bukan merupakan modul internal NS-2, sehingga modul WiMAX NIST harus diinstal ke NS-2. Selain itu, untuk memudahkan monitoring paket video, diinstal juga modul EvalVid.
Langkah selanjutnya melakukan implementasi perancangan sistem. Implementasi perancangan sistem yang dilakukan meliputi implementasi pengaturan beban protokol transport, implementasi perhitungan konsumsi energi, dan implementasi perhitungan delay, packet loss dan jitter.
Secara umum, untuk menguji penggunaan multimedia seperti video pada modul WiMAX, maka piranti lunak evaluasi video Evalvid diintegrasikan ke NS-2. Trafik dipilih berdasarkan kerangka Evalvid dengan mengubah kecepatan atau bit rate video untuk menghasilkan script video berupa kode-kode.Validasi data rate dilakukan untuk menguji validitas instalasi modul WiMAX.
Mulai
Instalasi Simulasi • Network Simulator 2 • Integrasi WiMAX • Integrasi Evalvid
Modifikasi WiMAX NIST
Implementasi Pengaturan Beban Protokol Transport
Selesai Implementasi Model
Konsumsi Energi
Implementasi Perhitungan Delay, Packet Loss dan Jitter
Pengambilan Data Simulasi
Gambar 3.1. Alur Penelitian
Penerapan kode-kode video menggunakan jaringan WiMAX pada NS-2 dengan mengatur beban protokol transport. Evaluasi dilaksanakan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport dan sesudah dilakukan pengaturan beban protokol transport, sehingga kita dapat mengevaluasi sebesar apa pengurangan konsumsi energi yang terjadi. Pada setiap pengujian, parameter kinerja dievaluasi untuk kemudian dilaporkan.
3.9 Spesifikasi Perangkat Penelitian
Perangkat penelitian yang digunakan untuk melakukan simulasi ada dua yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan untuk menjalankan simulasi pada Tugas Akhir ini adalah satu buah laptop Toshiba L645 dengan spesifikasi sebagai berikut:
a. Processor Intel Core i3-460M processor(2,53GHz,3MB L3 cache) b. Memory 2 GB DDR3
c. HDD: 640 GB HDD
Spesifikasi perangkat lunak yang digunakan untuk menjalankan simulasi pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
a. Sistem operasi Ubuntu 14.04 LTS. b.Network simulator NS-2.35
c. Modul WiMAX NIST. d. Modul Evalvid
3.3 Spesifikasi FisikSimulasi WiMAX
Untuk mensimulasikan jaringan WiMAX maka digunakan NAM. NAMmerupakan alat visualisasi jaringan berbasis Tcl / TK yang memungkinkan penggunanya untuk melihat trafik packet yang dikirimkan. Gambar 3.2 menunjukkan simulasi jaringan WiMAX pada Network Simulator NS-2.
Gambar 3.2.NAM (Network Animator)
Jaringan yang disimulasikan menggunakan konfigurasi PMP (Point to MultiPoint) seperi ditunjukkan pada Gambar 3.3,dimana jaringanWiMAX berisi satu BS (Base Station) yang terhubung dengan beberapa SS (Subscriber Station). Jumlah SS dibatasi hanya 4 buah. Setiap SS memiliki kecepatan yang berbeda, baik kondisi fixed (0 m/s); kondisi berjalan (1.39 m/s); kondisi kecepatan sedang (4.44 m/s) dan kecepatan tinggi (6.67 m/s). Pemancar WiMAX diset untuk melingkupi area berdiameter 1000 m dengan 64 QAM dan model propagasi two-ray ground. Setiap SS mendownload video dari server, seperti yang terlihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3.Sistem Jaringan WiMAX
Pada simulasi ini, setiap SS (subscribre station) memiliki titik kordinat, kecepatan, dan tujuan yang berbeda dimana algortima pengaturan beban protokol transport sudah di implementasikan pada BS (base station). Pada kanal downlink SS (subscribre station) menerima paket video, sedangkan pada kanal uplink SS (subscribre station) mengirimkan paket video. Dimana besar paket video yang dikirimkan adalah 1024 bps.
3.4 Spesifikasi Trafik Simulasi WiMAX
Adapun spesifikasi trafik video yang digunakan pada simulasi ditunjukkan pada Tabel 3.1, dimana kecepatan video memiliki bit rate:615.541,806 bps.Video memiliki kecepatan frame 30 frame setiap detik dengan codec mpeg4 berframe IPP.
Tabel 3.1: Spesifikasi Trafik Video
Parameter Keterangan
Nama video
Kecepatan frame
Tipe frame Codec
akiyo_cif.yuv
30fps
IPP
MPEG4
3.5 Implementasi Model Konsumsi Energi
Konsumsi energi pada sistem diperoleh dari kuat daya yang dikeluarkan pada suatu mode operasi dikalikan dengan waktu yang digunakan selama mode tersebut berlangsung [8]. Berlangsungnya pengiriman paket melalui protokol transport dari base station ke subscriber station ataupun sebaliknya dari subscriber station ke base station menghasilkan konsumsi energi dapat dilihat
pada Gambar 3.4 [11].
Gambar 3.4.Model Konsumsi Energi
Bagian WiMAX (MAC-PHY) bertanggung jawab untuk memastikan bahwapaket pentransmisian ulang memiliki bandwidth yang cukup. MAC juga berfungsi untuk mendeteksi NACK pada paket dan membaca isinya. Paket NACK diterima oleh pelanggan stasiun (SS) dimulai dari dalam downlink sub-frame.MAC meneruskan paket NACK ke lapisan transport untuk memproses paket. Kemudian mengambil kembalipaket yang diminta dari memori dan merangkumpaket pentransmisian ulang. Karena lapisan aplikasi secara berkala mengirimkan paket baru, lapisan transport mengalami delay yang membuat pengiriman ulang paket menjadi gagal.Paket yang mencapai lapisan MAC antri di MACbuffersebelum dikirim. Permintaan bandwidth dilakukan berdasarkan jumlah byte dalam buffer MAC.SS melakukan permintaan bandwidth yang dipilih secara acak dalamperiode antrian paket paling lambat setelah TTG (mengirimkan / menerima paket). Proses pengiriman setelah dilakukan permintaan bandwidth ke bagian link BS mengkonsumsi energi selama proses pentransmisian. Kemudian bandwith tersebut di alokasikan ke bagian MAP untuk mengarahkan pengiriman tiap frame. Dengan menggunakan fungsi MAC, permintaan bandwidth yang terdekattidak menunggu paket yang dipancarkan tiba diantrian untuk menambahkan permintaan alokasi bandwidth. Sebaliknya, lapisan MAC memiliki tugas tambahan. Pertama, MAC membaca paket NACKkonten untuk menentukan jumlah paket yang diminta. Kemudian,MAC menginformasikan modul permintaan bandwidth untuk menambahkan tambahan byte masuk ke paket permintaan bandwidth. Sebagai hasilnya, bandwidth yang diminta paket ditransmisi ulang meskipun tidak muncul
dalam buffer MAC.Karena paket NACK mengalir melalui base station (BS) ke SS,
fungsi MAC untuk protokol TMC yang diusulkan dapatdiimplementasikan baik pada BS atau SS. Selama proses pengiriman ini juga mengkonsumsi energi selama proses pentransmisian. Semakin lama proses pentransmisian, maka semakin besar pula energi yang dikonsumsi.
Untuk mendapatkan konsumsi energi dari subscriber station pada modul WiMAX NIST maka akan dilakukan implementasi nilai kuat daya pada setiap mode operasi ke dalam script mac802_16SS.cc dan mac802_16SS.h sesuai mode operasi tersebut. Penulisan script untuk Model Konsumsi energi dapat dilihat pada Lampiran 1 dan Lampiran 2.
Ada beberapa mode operasi yang dilakukan pada perangkat antara lain: 1. On dlsubframemerupakan suatu kondisi saat berlangsungnya proses
downlinkpada paket yang disimulasikan pada network simulator 2. 2. On ul subframe merupakan suatu kondisi saat berlangsungnya proses
uplinkpada paket yang disimulasikan pada network simulator 2. 3. On sleep modemerupakan kondisiyang efektif saatsimulator off
sendiridanmenjadi tidak tersediauntuk periodeyang telah ditentukan. 4. On idle modemerupakan kondisi yang efektif saat simulator off dantidakterdaftar diBSapapun,namun masih menerima broadcast traffic downlink.
5. Turned on merupakan kondisi ketika perangkat akan dijalankan melakukan proses simulasi.
6. Transmitting ul burst merupakan kondisi untuk melakukan simulasi di sisi kanal uplink pada suatu frame.
7. Receiving dl burst merupakan kondisi untuk melakukan simulasi di sisi kanal downlinkpada suatu frame.
Nilai daya yang ternormalisasi dari tiap kondisi mode operasi dapat dilihat pada Tabel 3.2 [8].
Tabel 3.2Power konsumsi pada WiMAX
Operation Mode NS-2 state Normalized power consumption
On dl subframe While_dl_subframe 1.00
On ul subframe While_ul_subframe 1.00
On sleep mode while_sleep_mode 0.29
On idle mode while_idle_mode 0.06
Turned on while_turned_on 1.00
Transmitting ul burst while_ul_burst ratio 0.17 Transmitting ul burst while_ul_burst_energy ratio 0.01 Receiving dl burst while_dl_burst 0.07
3.6 Parameter Evaluasi 3.6.1 Packet Loss
Packet loss adalah perbandingan jumlah paket yang hilang dengan seluruh paket yang dikirimkan. Salah satu penyebab packet loss adalah antrian yang melebihi kapasitas buffer pada setiap node. Persamaan 3.1 merupakan formula untuk mencari packet loss[9].
����������= ���������������� − ���������������������
�������������������� � � 100% (3.1)
3.6.2 Delay
Delay merupakan total waktu tunda suatu paket yang diakibatkan oleh proses transmisi dari titik asal ke tujuan. End-to-enddelay dapat disebabkan adanya delay propagasi melalui media transmisi, delay serialisasi atau sinkronisasi, delay pemrosesan (coding, compression, decompression dan decoding), delay antrian, dan delay paket. Persamaan 3.2 menunjukkan cara mencari nilai delay [9].
Rata−rata delay = Total delay
Total paket yang diterima (3.2)
3.6.3 Jitter
Jitter merupakan standar deviasi pada tiap delay yang terjadi pada pengiriman paket data dalam jaringan jaringan. Perhitungan jitter disini merupakan salah satu faktor yang menentukan kualitas jaringan. Persamaan 3.3 menunjukkan cara mencari nilai jitter[9].
���� − ����������= �����������������
���������������������� (3.3)
Total variasi delay merupakan jumlah dari selisih tiap nilai delay. Persamaan 3.4 menunjukkan cara mencari total variasi delay.
�����������������
= (����� 2− ����� 1) + (����� 3− ����� 2) +⋯
+������� − ����� (� −1)� (3.4)
3.7 Langkah Pelaksanaan Simulasi
Setelah melakukan proses konfigurasi modul WiMAX NIST dan pengaturan beban protokol transport pada kanal uplink kemudian tahap
selanjutnya adalah melakukan simulasi. Urutan simulasi ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Mulai
Implementasikan pengaturan beban protokol transport
Setting kanal uplink di script Tcl
Selesai konfigurasi modul
WiMAX NIST
Jalankan simulasi
Rekam hasil output
Ya
Analisis nilai delay, paket loss, jitter dan konsumsi
energi
Tampilkan nilai Delay, paket loss, jitter dan konsumsi energi dalam
bentuk Grafik
Apakah semua pengaturan beban sudah di
simulasikan
Setting Bit Rate Video 615541.806 bps
Tidak
Gambar 3.5. Urutan Langkah Simulasi
Gambar 3.5 menjelaskan bahwa pada tugas akhirini terdapat beberapa langkah untuk memperoleh bagaimanakah pengaruh penerapan model pengaturan beban protokol transport terhadap konsumsi energi yang diserap perangkat Subscriber Station WiMAX dengan menggunakan pemrograman berorientasi
objek yaitu NS-2.Langkah pertama yang dilakukan adalah mengkonfigurasikan jaringan WiMAX, dimana jaringan yang dikonfigurasi merupakan jaringan point to multipoint. Jaringan ini memiliki satu base station dan empat subscriber station, seperti pada Gambar 3.1 dan dengan spesifikasi parameter jaringan pada Tabel 3.1. Konfigurasi jaringan yang telah disusun kemudian diinputkan menjadi bahasa tcl untuk dapat disimulasikan pada NS-2.
Kemudian setting implementasi pengaturan beban protokol transport, dimana terdapat tiga kondisiyang diaplikasikan terhadap sistem jaringan. Kondisi pertama simulasi dijalankan tanpa pengaturan beban protokol transport. Kondisi kedua simulasi dijalankan dengan melakukan pengaturan beban protokol transportdimana 2 frame p pada data asli digabung menjadi 1 frame p.Kondisi ketiga simulasi dijalankan dengan melakukan pengaturan beban protokol transportdimana 3 frame p pada data asli digabung menjadi 1 frame p. Ketiga kondisi ini dapat dilihat pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7(lampiran 4).
Tanpa Pengaturan Beban (st20_20x)
1 I 15876 16 0
Pengaturan Beban 1 (st20_20x1)
Gambar 3.6. Penggabungan 2 frame menjadi 1 frame
Gambar 3.7.Penggabungan 3 frame menjadi 1 frame
Selanjutnya setting trafik video pada kanal uplink di script tcl (lampiran 3), karena kondisi penerimaan akan berubah terhadap bandwidth yang tersedia, maka diperlukan pengujian jaringan dengan bit rate video yang tersedia.Parameter video yang ditransmisikan pada jaringan dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Parameter Trafik Video
Setelah selesai melakukan konfigurasi jaringan, setting trafik video. Langkah selanjutnya pilih salah satu kondisi trafik video yang akan disimulasikan kemudian jalankan simulasi (lampiran 5). Sesudah simulasi selesai dijalankan maka akan dihasilkan output proses simulasi berformat .txt yang merecord semua kejadian selama simulasi berlangsung dan animasi NAM seperti Gambar 3.2. Kemudian ulangi simulasi dengan kondisi trafik video yg lain (saat tanpa
Parameter Nilai
Bit Rate (bps) 615.541,806
Frame sequence IPP
Frame Rate(fps) 30
Codec Mpeg4
Tanpa Pengaturan Beban (St20_20x)
1 I 15876 16 0
Pengaturan Beban 2 (St20_20x2)
pengaturan beban protokol transport dan sesudah dilakukan pengaturan beban protokol transport) hingga seluruh trafik video selesai disimulasikan.
Ketika bit rate video telah disimulasikan dengan kondisi trafik videoyang berbeda. Selanjutnya semua hasil receiver output dari setiap kondisi yang berformat .txt akan dianalisis untuk memperoleh nilai delay, packet loss, jitter dan konsumsi energi. Kemudian divisualisasikan dalam bentuk grafik untuk mengetahui perbedaan pada setiap kondisi trafik video terhadap bit rate video yang sama.
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN ANALISIS DATA
4.1 Umum
Bab ini menganalisis output yang dihasilkan pada simulasi di NS-2. Analisis data output tersebut diklasifikasikan untuk mengetahui pengaruh yang terjadi karena perubahan beberapa parameter. Parameter kinerja yang diperoleh antara lain delay, packet loss, jitter dan konsumsi energi pada video.
4.2 Hasil Pengujian 4.2.1 Delay Transmisi
Delay transmisi adalah waktu tunda yang dialami paket data dari proses kirim ke proses terima.Pengujian dilakukan padasubscriber station. Dengan mengambil nilai uplinkdan bit rate sebesar615.541,806 bps serta dilakukan 19 kali percobaan karena keterbatasan memori pada simulator maka dihasilkan nilai rata-rata delay transmisi untuk semua subscriber station yang ditunjukan pada Tabel 4.1.
Untuk Gambar 4.1 menunjukkan perubahan rata-rata delay transmisi pada setiap percobaansubscriber station. Dari tabel dan grafik dapat dilihat nilaidelaytransmisisaat dilakukan pengaturan beban protokol transportlebih besar dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport.
Gambar 4.1. Grafik rata-rata delay transmisi
Besar total rata-rata delaytransmisi yang diperoleh dari hasil pengujiandapat dilihat pada Tabel 4.2.
0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110
delay
transmisi (detik)
tanpa pengaturan beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan beban 2
Tanpa
Pengaturan
Beban
Pengaturan
beban 1
Pengaturan Beban 2
0.097 s 0.102 s 0.101 s
Gambar 4.2 menunjukkan bahwa nilai delaytransmisi naik pada saat dilakukan pengaturan beban protokol transport. Hal ini disebabkan karena semakin besar paket yang dikirim maka data yang ditransmisikan semakin besar. Oleh karena itu,delaytransmisi semakin meningkat terhadap besarnya paket yang dikirim.
Gambar 4.2. Grafik total rata-rata delay transmisi
4.2.2 Delay Total
Delay total merupakan penjumlahan dari delay transmisi dengan delaybuffering. Pengujian dilakukan padasubscriber station. Dengan mengambil nilai uplinkdan bit rate sebesar615.541,806 bps serta dilakukan 19 kali percobaan
karena keterbatasan memori pada simulator maka dihasilkan nilai rata-rata delay total untuk semua subscriber station yang ditunjukan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Hasil pengujian rata-rata delay total Tanpa Pengaturan
Untuk Gambar 4.3 menunjukkan perubahan rata-rata delay total pada setiap percobaansubscriber station. Dari tabel dan grafik dapat dilihat nilaidelay total saat dilakukan pengaturan beban protokol transportlebih besar dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport.
0,000
Gambar 4.3. Grafik rata-rata delay total
Besar total rata-rata delaytotal yang diperoleh dari hasil pengujiandapat dilihat pada Tabel 4.4.
0,000
tanpa pengaturan beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan Beban 2
Gambar 4.4 menunjukkan bahwa nilai delaytotal naik pada saat dilakukan pengaturan beban protokol transport dan buffering. Hal ini disebabkan karena
semakin besar paket yang dikirim maka data yang ditransmisikan semakin besar. Oleh karena itu,delaytotal semakin meningkat terhadap besarnya paket yang dikirim.
Gambar 4.4. Grafik total rata-rata delay total 4.2.3 Packet loss
Packet Loss adalah jumlah paket data yang hilang saat proses transmisi terjadi. Dimana saat proses transmisi terjadi terdapat collision dan congestion pada jaringan.Dengan mengambil nilai uplinkdan bit rate sebesar615.541,806 bps serta dilakukan 19 kali percobaan karena keterbatasan memori pada simulator maka dihasilkan nilai rata-rata packet loss untuk semua subscriber station yang ditunjukan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Hasil pengujian rata-rata packet loss
0%
Untuk Gambar 4.5 menunjukkan perubahan rata-rata packet losspada setiap percobaansubscriber station. Dari tabel dan grafik dapat dilihat nilaipacket losssaat dilakukan pengaturan beban protokol transport lebih besar dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport.
26,00%
tanpa pengaturan beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan Beban 2
Gambar 4.5. Grafik rata-rata packet loss
Besar total rata-rata packet lossyang diperoleh dari hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Hasil pengujian total rata-rata packet loss
Tanpa
Gambar 4.6 menunjukkan bahwa nilai packet loss naik pada saat dilakukan pengaturan beban protokol transport. Hal ini disebabkan karena semakin cepat bit rate video yang dikirimkan di kanal uplink maka semakin besar pula paket yang hilang. Oleh karena itu,packet loss semakin meningkat terhadap bertambahnya bit rate video dikirim.
Gambar 4.6. Grafik total rata-rata packet loss
4.2.4 Jitter
Jitter merupakan standar deviasi pada tiap delay yang terjadi pada pengiriman paket data dalam jaringan jaringan. Perhitungan jitter disini merupakan salah satu faktor yang menentukan kualitas jaringan. Dengan mengambil nilai uplinkdan bit rate sebesar615.541,806 bps serta dilakukan 19 kali percobaan karena keterbatasan memori pada simulator maka dihasilkan nilai rata-rata jitter untuk semua subscriber station yang ditunjukan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7Hasil pengujian rata-rata jitter
Tanpa Pengaturan
Untuk Gambar 4.7 menunjukkan perubahan rata-rata jitterpada setiap percobaansubscriber station. Dari tabel dan grafik dapat dilihat nilaijittersaat
dilakukan pengaturan beban protokol transport lebih besar dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport.
Gambar 4.7. Grafik rata-ratajitter
Besar total rata-rata jitteryang diperoleh dari hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8Hasil pengujian total rata-rata jitter
Tanpa
Gambar 4.8 menunjukkan bahwa nilai jitter naik pada saat dilakukan pengaturan beban transport. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi nilai suatu delay maka semakin tinggi pula nilai jitter. Dari data dapat disimpulkan bahwa kualitas jaringan dari percobaan ini dapat dikatakan kurang baik.
Gambar 4.8. Grafik Total rata-rata jitter
4.2.5 Konsumsi Energi
Konsumsi energi pada sistem diperoleh dari kuat daya yang dikeluarkan pada suatu mode operasi dikalikan dengan waktu yang digunakan selama mode tersebut berlangsung. Dengan mengambil nilai uplinkdan bit rate sebesar615.541,806 bps serta dilakukan 19 kali percobaan karena keterbatasan memori pada simulator maka dihasilkan nilai rata-rata jitter untuk semua subscriber station yang ditunjukan pada Tabel 4.9.
Tabel 4.9 Hasil pengujian reduksi konsumsi energi Tanpa
tanpa pengaturan beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan Beban 2
46,6
Tanpa Pengaturan Beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan beban 2
47.33 J
Untuk Gambar 4.9 menunjukkan perubahan rata-rata konsumsi energi pada setiap percobaansubscriber station. Dari tabel dan grafik dapat dilihat nilai konsumsi energisaat dilakukan pengaturan beban protokol transport lebih sedikit dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport.
Gambar 4.9. Grafik reduksi konsumsi energi
Besar total rata-rata konsumsi energiyang diperoleh dari hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.10.
Tabel 4.10 Hasil pengujian rata-rata reduksi konsumsi energi
Gambar 4.10 menunjukkan bahwa nilai konsumsi energi berkurang pada saat dilakukan pengaturan beban transport. Hal ini disebabkan karena perubahan bit rate yang dilakukan mempengaruhi konsumsi energi pada subscriber station. Karena semakin kecilbit ratemaka semakin sedikit data yang akan dikirim oleh server ke subscriberstation. Oleh karena itu, semakin sedikit proses receive data yang dilakukan oleh subscriber station sehingga energi yang dikeluarkan oleh subscriber station semakin berkurang.
Gambar 4.10. Grafik total konsumsi energi 47,15
Tanpa Pengaturan Beban Pengaturan Beban 1 Pengaturan Beban 2
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun beberapa kesimpulan dari pembahasan pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Pengaturan beban protokol transport mempengaruhi karakteristik delay, packet loss dan jitter pada kanal uplink WiMAX. Padakanal uplink saat dilakukan pengaturan beban protokol transportmenghasilkan delay, packet loss dan jitter yang lebih tinggidibandingkan sebelum dilakukannya pengaturan beban protokol transport dari pengujian simulasi ini.
2. Konsumsi energi menurun ketika di lakukan pengaturan beban protokol transport. Sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport pada data video energi yang dikonsumsi sebesar 47.61 joule. Setelah dilakukan pengaturan beban protokol transport yang pertama energi yang dikonsumsi sebesar 47.38 joule, menurun sebesar 0.48%. Pada saat dilakukan pengaturan beban protokol transport yang kedua energi yang dikonsumsi sebesar 47.33, menurun sebesar 0.59%.
3. Konsumsi energi menurun ketika di lakukan pengaturan beban protokol transport. Tetapi setelah dilakukan pengaturan beban protokol transportkualitas video menjadi kurang baik karena delay, packet loss dan jitter semakin besar.
5.2 Saran
Adapun saran dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Pengaturan beban protokol transport yang lain dapat diuji dengan cara yang sama.
2. Agar didapat perbandingan dari hasil pengukuran yang berbeda, penelitian dilakukan dengan menggunakan simulator yang lain.
3. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat menghitung konsumsi energi secara matematis saat kondisi real time.
4. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan mendapatkan nilai delay, packet loss dan jitteryang lebih rendah sehingga kualitas video tetap baik.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Umum
Bab ini menjelaskan sekilas mengenai teknologi Worldwide Interoperability Microwave Acces (WiMAX), perangkat lunak Network Simulator NS-2, kerangka evaluasi video EvalVid, dan modul WiMAX NIST.
2.2 WiMAX
WiMAX merupakan standar Broadband Wireless Access (BWA) dengan kemampuan transmisi data berkecepatan tinggi dan cakupan yang luas. WiMAX menawarkan kemampuan transmisi yang baik dalam kondisi line of sight (LOS) maupun nonline of sight (NLOS) dengan rate mencapai 70 Mbps dan dapat menjangkau user sampai radius 5km [1].
2.2.1 Standar WiMAX
WiMAX menggunakan standar Institue of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) 802.16 yang termasuk dalam kategori Wireless Metropolitan Area Network (WMAN). Standar 802.16 telah mengalami beberapa perkembangan dan penyempurnaan sebagai berikut [1]:
a. 802.16
Standar 802.16 dirilis pada Desember 2001 untuk layanan fixed wireless broadband dengan konfigurasi point to point, dan bekerja pada frekuensi
10-66 Ghz. Kondisi layanan adalah LOS dan bandwidth mencapai 32–124 Mbps.
b. 802.16a
Standar 802.16a dirilis pada Januari 2003 yang bekerja pada frekuensi 2– 11 GHz. Layanan sama dengan standar sebelumnya.
c. 802.16d
Standar ini dirilis pada Oktober 2004, berkerja pada frekuensi 2–11 Ghz dengan bandwidth mencapai 70 Mbps.
d. 802.16e
Standar 802.16e dirilis pada Desember 2005 yang didesain agar user dapat bergerak (mobile) dan dapat melakukan prosedur handover dan roaming.
2.2.2 Model Jaringan WiMAX
Struktur WiMAX meliputi struktur Base Station (BS), Subscriber Station (SS), dan struktur Packet flows[2].
2.2.2.1BaseStation
Base station (BS) merupakan suatu perangkat pengirim dan penerima sinyal radio ke subscriber station (SS). Paket pertama kali masuk dari higher layer menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian uplink/downlink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian DL Frame Assembler. Pada bagian DL Frame Assembler ini berfungsi untuk
mengkombinasikan paket ke bentuk sebuah frame dan menambahkan informasi seperti DL dan UL maps didalamnya. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Module. Setelah paket diterima pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke UL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer. Struktur node BS terlihat pada Gambar 2.1 [2].
Gambar 2.1. Struktur Base Station
Struktur model BS memiliki bagian-bagian utama yaitu:
a. FlowClassifier
Flow Classifier berfungsi untuk mapping jaringan service data units (SDUs) yang datang ke MAC service flow identifier (SFID) dan connection identifier (CID) yang sesuai. 802.16 MAC CS menyelenggarakan Packet Header
Suppression (PHS) jika aturan sesuai yang ditentukan oleh layanan. Semua paket yang berasal dari layer aplikasi melewati bagian ini sebelum diarahkan ke antrian sesuai dengan CID.
b. Scheduler (DL ARQ/HARQ)
Scheduler adalah bagian yang kompleks karena scheduler berfungsi untuk menjaga banyak informasi untuk jadwal paket data dengan benar dan efisien. Scheduler harus mempertahankan informasi seperti :
1. Informasi QoS untuk setiap flow. 2. Status antrian DL untuk setiap flow .
3. Bandwidth UL (bandwidth request dan bandwidth updated selama pelayanan scheduling seperti UGS ) untuk setiap flow atau mobile.
4. Informasi keadaan channel untuk setiap mobile.
Scheduler memilikibeberapa bagian yaitu DL/UL scheduling,DL resource allocator, dan Packet fragmentation/packing.
c. UL ARQ
UL ARQberfungsi untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Informasi ARQ feedback dkirim kembali ke pengirim melalui informasi keadaan yang ditransfer antara UL ARQ dan DL ARQ / HARQ.
d. DL FrameAssembler
DL frameassembler berfungsimengkombinasikan semua paket yang dibangkitkan oleh scheduler ke bentuksebuah frame dan menambahkan beberapa informasi frame seperti DL dan UL maps.
e. Packet Parse
BS Packet Parserberfungsiuntuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis di header paket (data paket atau paket kontrol). Contoh paket kontrol adalah Bandwidth request ( BWR ) paket.
f. Tx/Rx PHY
Tx PHY Moduleberfungsi untuk mengirim paket melalui saluran nirkabel. Rx PHY Module berfungsi untuk menerima paket melalui saluran nirkabel. Modul DL PHY hanya melewati paket ke saluran nirkabel.Tanda beberapa informasi PHY untuk paket-paket, seperti waktu transmisi, listrik, dan frekuensi.Modul UL PHY menghitung informasi SINR untuk semua paket masuk dan mengimplementasikan antarmuka untuk lapisan PHY yang menyediakan Blokir Kesalahan Informasi ketika berdasarkan Blokir Ukuran dan nilai SINR .
2.2.2.2MobileSubscriber Station
Subsriber merupakan interface yang terhubung langsung ke user untuk mengirim dan menerima paket ke dari tujuan. Setelah paket dari base station diterima pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke DL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer.Kemudian paket tersebut diterima dan dikirimkan melalui higher layer menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian
scheduler ini terdapat bagian DL ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian Uplink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian UL Assembler. Pada bagian UL Assembler ini berfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Module. Struktur Mobile Subscriber Stationdiperlihatkan pada Gambar 2.2 [2].
Salah satu fungsi utama dari MSS untuk mengambil informasi kedatangan UL-Maps dan mengekstrak informasi waktu awal dan akhir burst pada SC-PHY dan merancang burst menggunakan data dari antrian data yang terkait dengan MSS. Bagian-bagian MSS akan dijelaskan sebagai berikut:
a. UL Scheduler (ARQ/HARQ Module)
UL schedulerberfungsi mendapatkan bandwidth grant untuk mobile di setiap frame dari packet parser dan kemudian menjadwalkan jumlah yang tepat dari data dalam slot UL yang diberikan .
Gambar 2.2.Struktur Mobile Subscriber Station
b. UL Assembler
UL Assemblerberfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir danmembuat burst data yang sesuai kedalam slot yang diberikan. Fungsi blokir yang lain sama seperti pada base station.
2.2.2.3PacketFlows
Packet flows merupakan jalur paket yang terjadi pada proses pengiriman dan penerima dari mobile ke base station atau sebaliknya. Ada beberapa packet flow pada proses pengiriman dan penerimaan data diantaranya seperti Regular DL datapacket flow ,Regular UL Data Packet Flowdan lainnya [2].
a. Regular DL data packet flow
Suatu proses packet flow yang biasa terjadi pada downlink yaitu pengiriman paket dari base station ke mobile. Paket pertama kali masuk dari higher layerBase station menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian uplink/downlink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian DL Frame Assembler. Pada bagian DL Frame Assembler ini berfungsi untuk mengkombinasikan paket ke bentuk sebuah frame dan menambahkan informasi seperti DL dan UL maps didalamnya. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Module. Setelah paket diterima pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke UL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima
rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layerpada mobile subscriber station. Regular DL data packet flowdiperlihatkan pada Gambar 2.3.
b. Regular UL Data Packet Flow
Suatu proses packet flow yang biasa terjadi pada uplink yaitu pengiriman paket dari mobile subscriber station ke base station. Setelah paket dari base station diterima oleh mobile subscriber station pada Rx PHY Module, maka selanjutnya paket dikirim ke Packet Parser untuk mengklasifikasikan paket yang masuk berdasarkan jenis header paket. Setelah itu menuju ke DL ARQ Module untuk mengelola paket yang diterima rusak seluruhnya atau sebagian. Apabila ada yang rusak maka paket dikirim kembali kebagian scheduler untuk dikelola kembali. Apabila tidak ada yang rusak maka paket dikirimkan langsung menuju higher layer.Kemudian paket tersebut diterima dan dikirimkan melalui higher layer menuju flow classifier untuk mengatur arah paket yang akan dikirim ke dalam antrian scheduler. Pada bagian scheduler ini terdapat bagian DL
Gambar 2.3.Regular DL data packet flow
ARQ/HARQ untuk menjaga banyaknya informasi yang masuk dan bagian Uplink Scheduler API yang mengatur jadwal paket saat hendak dikirim ke bagian UL Assembler. Pada bagian UL Assembler ini berfungsi untuk mencari antrian di MSS yang akan diblokir. Kemudian paket dikirimkan oleh Tx PHY Module melalui saluran nirkabel menuju Rx PHY Modulepada base station. Regular UL data packet flow diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Regular UL data packet flow
2.3 Network Simulator NS-2
NS-2merupakan sebuahprogramsimulasi berbasis event (kejadian)yang banyak digunakanuntuk mempelajarisifat dinamis darijaringan dan protokol komunikasi. NS-2 mampu mensimulasikan jaringankabeldanjaringan nirkabelserta protokolnya mencakupalgoritmarouting,protokol komunikasi, algoritma akses dan lain-lain [3].
Gambar 2.5 menunjukan arsitektur dasar NS-2. NS-2 menggunakan dua jenis bahasa pemrograman, C++ dan TCL. Bahasa C++ digunakan sebagai inti proses simulasi, sementara bahasa TCL untuk konfigurasi jaringan [3].
Gambar 2.5. Arsitektur dasar NS-2
TclCL dan OTcl adalah komponen TCL yang berfungsi untuk menjembatani konfigurasi dengan proses simulasi. Program NS-2 menggunakan command line interface, yang menghasilkan trace atau catatan yang dapat dipergunakan oleh modul network animator (NAM) (Gambar2.6) maupun piranti plot grafik Xgraph[3].
Gambar 2.6. Tampilan NAM (Network Animator)
2.4 Kerangka Evaluasi Video Evalvid
Simulator NS-2 menyediakan presentasi data menggunakan Xgraph. Namun Xgraph kehilangan detail kejadian pengiriman data dan hanya menampilkan data rata-rata untuk parameter yang ditinjau. Oleh karenanya, untuk mempresentasikan parameter yang dievaluasi, penelitian ini menggunakan EvalVid.
EvalVid adalah framework dan tool set untuk evaluasi kualitas video yang dikirimkan melalui jaringan komunikasi nyata ataupun simulasi [4].Struktur dari framework EvalVid ditunjukan Gambar 2.7 [5].
Video
Gambar 2.7. Struktur framework EvalVid
Komponen utama dari struktur EvalVid dijelaskan sebagai berikut :
1. Source: Sumber video dapat berupa raw file YUV dengan resolusi Quarter Common Intermediate Format (QCIF, 176 x 144) atau di Common Intermediate Format(CIF, 352 x 288).
2. Video Encoder dan Decoder:EvalVid mendukung dua codec MPEG4 , yaitu codec NCTU dan ffmpeg.
3. VS (Video Sender): komponen VS membaca file video yang dikompres dari
output encoder, menfragmentasi setiap frame video yang berukuran besar menjadi segmen yang berukuran kecil dan kemudian mengirimkan segmen ini melalui paket UDP pada jaringan nyata atau simulasi. Untuk setiap pengiriman paket UDP,framework mencatat tanda waktu, id paket, dan ukuran paket di sender trace file dengan bantuan tcp dump atau win dump, jika jaringan adalah Link nyata. Namun, jika jaringan disimulasikan,sender trace file disediakan oleh entitas pengirim. komponen VS juga membangkitkanvideo trace file yang berisi informasi tentang setiap framepadafile video real. Video trace file dan sender trace file yang kemudian digunakan untuk evaluasi kualitas video berikutnya . 4. ET (Evaluate Trace): Evaluasi berlangsung di sisi pengirim. Oleh karena
itu, informasi tanda waktu, id paket, dan ukuran paket yang diterima pada penerima harus dikirim kembali ke pengirim. Berdasarkan file video asli yang dikodekan, file video trace, file sender trace, dan file received trace,komponen ET menghasilkan laporandelay, packet loss, jitterserta file video rekontruksi untuk melihat hasil video pada sisi penerima mengalami kerusakan atau tidak.
5. FV (Fix Video): penilaian kualitas video digital dilakukan dari frame demi frame. Oleh karena itu, jumlah total frame video di sisi penerima, termasuk yang salah, harus sama seperti video asli di sisi pengirim.
6. PSNR (Peak Signal Noise Ratio): PSNR adalah salah satu objek untuk menilai QoSaplikasi pada transmisi video.
7. MOS (Mean Opinion Score):suatu subjektif untuk mengukur kualitas video digital pada aplikasi.
2.5 Modul WiMAX NIST
Modul WiMAX ini modul yang dibuat oleh National Institute of Standards and Technology (NIST) berdasarkan WirelessMAN-OFDM. Proses UL dan DL dipisahkan oleh TDD. Modul NIST menyediakan basic scheduler round robin dan mendukung scanning dan handover, serta fragmentation and framereassembling[6].
Gambar 2.8 menunjukan struktur utama dari modul WiMAX NIST. Modul 802.16 ini mewakili MAC module pada NS-2. Ada 6 komponen utama pada Modul ini yaitu peer node; connection; service flow; classifier; scheduler dan statistics. Peer node merekam informasi peer termasuk Subscriber Station dan Base Station[6].
Gambar 2.8. Struktur utama modul WiMAX NIST
Pada WiMAX setiap subscriber station hanya mempunyai 1 connection. Dimana, keadaan dari incoming dan outgoingconnections diatur oleh modul connection. Tiap connection dapat berisi beberapa service flows, yang ditangani
oleh modul service flows. Modul classifier merekamdan memproses incoming dan outgoing paket.
Modul WiMAX NIST ditambahkan ke NS-2 dan divalidasi pada beberapa test dan verifikasi kebenaran penambahan fungsi dan memenuhi standard IEEE 802.16. Beberapa metode validasi adalah link adaptation, data rate validation, frame validation dan QoS validation. link adaptation untuk memvalidasi kecenderungan benar dari Signal to Noise Ratio pada posisi Subscriber Station; data rate validation mengukur consistency bandwidth sel; frame validation and QoS validation mengecek formatframe pada mode TDD; QoS validation mengecek kebenaran dari tiap class of service[6].
2.6 Pengaturan Beban TransportLayer Protokol
Pengaturan beban transportlayer protokol dikembangkan berdasarkan ide dari Seyed Mohammad Ali Zeinolabedin lulusan dari Azad University di Negara Iran. Secara normal, frame video yang dihasilkan dalam jangka waktu yang tetap sehingga video memiliki parameter frame tertentu per detik (fps). Selanjutnya, kompresi video membedakan ukuran frame berdasarkan jenis framenya. Frame I berisi gambar asli yang memiliki kapasitas sedikit lebih tinggi daripada jenis frame video P atau B yang hanya dibangun oleh bagian perubahan byte gambar yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [7].
Di sisi lain, komunikasi nirkabel untuk lalu lintas berbasis IP membutuhkan permintaan bandwidth, seperti permintaan untuk kirim (RTS) dan Clear untuk kirim (CTS) di jaringan 802.11, atau permintaan bandwidth di jaringan 802.16. Beberapa dipisahkan dengan permintaan byte kecil dalam waktu singkat tidak efisien dan cenderung mengurangi kinerja akses karena akan lebih sering mengalami kompetisi pada permintaan.
Frame video yang dihasilkan oleh aplikasi perangkat lunak lapisan buffer akan bergabung dua atau lebih frame untuk mencapai permintaan bandwidth yang sering berkurang dan ukuran lalu lintas yang lebih padat. Gambar 2.9 bdan 2.9 c menunjukkan bahwa dengan menggabungkan dua atau lebih frame, lalu lintas lebih padat dan sering berkurang. lalu lintas asli tanpa buffering berisi 120 frame dengan ukuran rata-rata 9362 bit. Dengan asumsi jaringan tidak lebih dari kapasitas, lalu lintas ini dapat menghasilkan 120 waktu transmisi. Ketika dua atau tiga frame bergabung, jumlah transmisi dikurangi, 90 dan 72 kali dengan trafik padat 12.482 dan 15.600 bit dalam rata-rata [7].
Gambar 2.9. Transport layer load management
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan teknologi BroadbandWireless Access (BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas dan didesain untuk memenuhi kebutuhan Quality of Service (QoS) pada hubungan uplink maupun downlink.Standar umum sistem WiMAX yaitu dari Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) 802.16 WirelessMAN [1].
WiMAXmendukung kebutuhan kecepatan tinggi untuk akses
multimediaseperti video streaming. Saat ini komunikasi multimedia menjadi
kebutuhan masyarakat luas. Sebagai contoh, komunikasi real-time melalui skype,
komunikasi satu arah non real-time seperti video youtube[1]. Jika kapasitas
transmisi memadai, diproyeksikan komunikasi multimedia antara pengguna
perangkat bergerak akan meningkat di masa yang akan datang.
Perangkat komunikasi bergerak menggunakan baterai sebagai sumber energinya. Berjalannya semua aplikasi bergantung pada ketersediaan energi dari baterai. Semua aplikasi ini mengkonsumsi energi baterai yang cukup besar karena melibatkan transmisi data video yang berkapasitas besar [10]. Umur baterai sebagai sumber energi untuk perangkat komunikasi bergerak menjadi perhatian khusus bagi para ahli dan produsen perangkat baterai.
Selain teknologi baterai, jaringan, dan aplikasi pengguna, protokol komunikasi memegang peranan penting dalam menentukan seberapa banyak sinyal-sinyal komunikasi berinteraksi. Semakin banyak interaksi semakin banyak daya baterai yang dibutuhkan [10]. Sehingga, pemilihan protokol yang efisien dalam menggunakan energi sangat penting. Tugas Akhir ini bertujuan menghitung pengurangan konsumsi energi yang diserap perangkat komunikasi bergerak WiMAX jika dilakukan pengaturan beban protokol transport.
1.2 Perumusan Masalah
Untuk memfokuskan pembahasan Tugas Akhir ini, maka pembahasan masalah dirumuskan pada hal-hal sebagai berikut yaitu:
1. Bagaimana cara mengukur konsumsi energi pada WiMAX.
2. Bagaimana memodelkan pengaturan beban protokol transport pada jaringan WiMAX.
3. Bagaimana menerapkan model-model ini dalam sebuah simulator.
4. Apa saja parameter yang dapat dianalisis untuk mengetahui keuntungan dan kerugian penerapan pengaturan beban protokol transport pada jaringan WiMAX.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah menghitung pengurangan konsumsi energi yang diserap perangkat Subscriber Station (SS) WiMAX jika dilakukan pengaturan beban protokol transport.
1.4 Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah, maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Pemodelan-pemodelan sistem yang terkait, pengaturan beban protokol transport serta analisis yang dilakukan adalah didasarkan pada perubahan piranti lunak serta hasil simulasi dengan menggunakan network simulator NS-2.
2. Aplikasi video streaming diimplementasikan dalam bentuk pemrograman EvalVid menggunakan Network Simulator 2.
3. Analisis dilakukan pada kanal uplinkWiMAX.
4. Adapun parameter yang diukur berupa rata-rata delay, packet loss, dan jitter.
1.5 Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang ditempuh adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur
Studi literatur berupa tinjauan pustaka terhadap buku atau jurnal sebagai landasan teoritis.
2. Perancangan dan Simulasi
Penulis melakukan penerapan model konsumsi energi sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport dan sesudah dilakukan pengaturan beban protokol transport, perhitungan delay, packet loss dan jitter terhadap level signal dengan bahasa pemrograman C++ dan mensimulasikan menggunakan Software Network Simulator 2.
3. Analisis
Penulis melakukan analisis terhadap parameter kerja dari hasil simulasi tanpa pengaturan beban protokol transport dan membandingkannya dengan hasil simulasi setelah dilakukan pengaturan beban protokol transport.
4. Pengambilan kesimpulan
Kesimpulan diambil dari hasil analisis dan perhitungan. Kesimpulan ini merupakan jawaban dari permasalahan yang dianalisis. Selain itu juga akan diberikan saran sebagai masukan yang berkaitan dengan apa yang telah diteliti.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan secara singkat latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, pembatasan masalah dan metodologi penelitian.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi teori dasar yang berkaitan dengan penyelesaian Tugas Akhir ini. Teori dasar yang dibahas meliputi: WiMAX, simulator NS-2, Evalvid, dan modul WiMAX NIST.
BAB III PERANCANGAN SIMULASI
Dalam bab ini dibahas perancangan sistem jaringan, spesifikasi perangkat dan komponen yang dibutuhkan, implementasi, serta parameter yang dianalisis.
BAB IV PEMBAHASAN
Bab ini membahas hasil penelitian yang dilakukan dan analisis terhadap hasil yang diperoleh.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian tugas akhir.
ABSTRAK
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan teknologi BroadbandWireless Access (BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas untuk akses multimedia.Penerimaan paket-paket video yang berkualitas pada penerima, berkaitan dengan seberapa efisien konsumsi energi yang diterima oleh subscriber station(SS).
Salah satu cara untuk membuat efisien konsumsi energi pada subscriber station yaitu dengan melakukan pengaturan beban protokol transportpada trafik video. Kondisi pertama simulasi dijalankan tanpa pengaturan beban protokol transport. kondisi kedua simulasi dijalankan dengan melakukan pengaturan beban protokol transportdimana 2 frame p pada data asli digabung menjadi 1 frame p.Kondisi ketiga simulasi dijalankan dengan melakukan pengaturan beban protokol transportdimana 3 frame p pada data asli digabung menjadi 1 frame p.
Pada kanal uplink saat dilakukan pengaturan beban protokol transport menghasilkan delay, packet loss dan jitter yang lebih tinggi dibandingkan sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport. Konsumsi energi menurun ketika dilakukan pengaturan beban protokol transport. Sebelum dilakukan pengaturan beban protokol transport pada data video energi yang dikonsumsi sebesar 47.61 joule. Setelah dilakukan pengaturan beban protokol transport yang pertama energi yang dikonsumsi sebesar 47.38 joule, menurun sebesar 0.48%. Pada saat dilakukan pengaturan beban protokol transport yang kedua energi yang dikonsumsi sebesar 47.33 joule, menurun sebesar 0.59%.
Kata kunci : WiMAX, Pengaturan Beban Protokol Trasnsport, Konsumsi Energi, dan NS-2
