ANALISIS DAN SIMULASI MEKANISME BANDWIDTH REQUEST GRANT
LAYANAN STREAMING DALAM JARINGAN WIMAX 802.16E
Hasanah Putri¹, Rina Pudji Astuti², Sofia Naning Hertiana³
¹Magister Elektro Komunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom Abstrak
Layanan streaming merupakan salah satu jenis aplikasi internet yang sekarang ini sering diakses oleh banyak user. Berdasarkan pengujian Quality of Services melalui Testbed jaringan pada miniatur Global Area Network(GAN) dihasilkan bahwa layanan streaming ini membutuhkan bandwidth kanal yang tinggi serta delay yang rendah agar dapat dinikmati secara interaktif. Berdasarkam kebutuhan layanan user yang bervariasi dan banyaknya jumlah user dalam satu BS, maka proses alokasi bandwidth dalam sistem komunikasi wireless akan menjadi sangat kompleks. Untuk mengatasi hal tersebut IEEE 802.16 MAC sebagai standar untuk WiMAX menerapkan mekanisme bandwidth request grant untuk alokasi bandwidth uplink antara base station (BS) dan subscriber station (SS).
Dalam tesis ini dilakukan analisis dan evaluasi terhadap jaminan bandwidth diantaranya
parameter throughput, packetloss, delay, dan fairness index. Pengamatan dilakukan pada kondisi user mobile, dengan mensimulasikannya menggunakan software OPNET versi 14.0 educational version. Dari hasil simulasi didapatkan : skenario 1, throughput maksimal diperoleh saat bandwidth request 64 kbps untuk jumlah user 10, 20, 30, 40, 50 sebesar 52.93 kbps,32.67
kbps,21.87 kbps,16.49 kbps, dan 13.21 kbps. Packet loss saat bandwidth request 64 Kbps dan 128 Kbps dengan jumlah user 10, 20, dan 30 sesuai ITU G.107 dimana packet loss kurang dari 20%. Delay saat bandwidth request 128 kbps, 192 kbps, 256 kbps, dan 320 kbps dengan jumlah user bertambah masih ditolerir karena berada pada range 0-150 ms (ITU G.114). Skenario 2, throughput maksimal diperoleh saat bandwidth request 64 Kbps untuk kecepatan user 0
km/jam,5 km/jam,60 km/jam dan 80 km/jam sebesar 52.93 kbps, 51.21 kbps, 48.04 kbps dan 31.97 kbps. Adapun packet loss saat bandwidth request 64 kbps dan 128 kbps dengan kecepatan user 0 km/jam, 5 km/jam, dan 60 km/jam masih ditolerir karena kurang dari 20% (ITU G.107). Pada saat bandwidth request 128 Kbps, 192 Kbps, 256 Kbps, dan 320 Kbps dengan kecepatan user
bertambah, delay masih ditolerir karena berada pada range 0-150 ms (ITU G.114). Untuk nilai interclass fairness indeks skenario 1 dan 2 diperoleh hampir semua nilai mendekati 1. Hal ini terjadi karena jenis user yang homogen. Sedangkan untuk nilai intraclass fairness indeks
skenario 1 dengan jumlah user 40 dan 50 diperoleh nilai fairness jauh dari 1 yaitu berkisar antara 0.3 – 0.5. Hal ini terjadi karena kapasitas BS yang tetap tetapi dengan jumlah user dan request bandwidth yang semakin meningkat.
Kata Kunci : WiMAX IEEE 802.16e, bandwidth request grant, dan layanan video streaming
Abstract
Nowadays the process of bandwidth allocation in wireless communication systems is very complex this is due to the large number of users in a BS and their various service needs. To overcome the problem of complexity, IEEE 802.16 MAC as a standard of WiMAX implements bandwidth request grant mechanism for uplink bandwidth allocation between the base station (BS) and subscriber station (SS).
This thesis was to analyze and evaluate the guaranteed bandwith such as parameters of
throughput, packetloss, delay, and fairness index. The observation was carried out when the users were in mobile by means of simulation using OPNET version 14.0 educational version.
From the simulation obtained two scenarios: scenario 1, the maximum throughput was obtained at 64 kbps of bandwidth request. For 10, 20, 30, 40, and 50 users were at 52.93 kbps, 32.67 kbps, 21.87 kbps, kbps 16:49, and 13:21 kbps respectively. Packet loss during bandwidth request 64 Kbps and 128 Kbps with a number of users 10, 20, and 30 according to ITU G.107 where packet loss is less than 20%. Delay time bandwidth request 128 kbps, 192 kbps, 256 kbps, and 320 kbps with the number of users increased, but they were still tolerable because it is ranging between 0-150 ms (ITU G.114). Scenario 2, the maximum throughput is was obtained at 64 Kbps of bandwidth request. For user speed of 0 km / h, 5 km / h, 60 km / h and 80 km / h were obtained at 52.93 kbps, 51.21 kbps, 48.04 kbps and 31.97 kbps. The packet loss during bandwidth request 64 kbps and 128 kbps with user speed 0 km / h, 5 km / h, and 60 km / h was tolerated because it is was less than 20% (ITU G.107). At the request bandwidth of 128 Kbps, 192 Kbps, 256 Kbps and 320 Kbps with user speed increasesd, the delay was still tolerable because it is was ranging between 0-150 ms (ITU G.114). The interclass fairness index value of scenarios 1 and 2, are obtained almost all values close to 1. This occurs because the type of user are
homogeneous.Whereas the intraclass fairness index premises scenario for 40 and 50 users the obtained a value of fairness was ranging only between 0.3 - 0.5. This occurs because the capacity of the BS that remain but with the amount of bandwidth requests are increasing.
Keywords : WiMAX IEEE 802.16e, bandwidth request grant, and video streaming service
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Resource jaringan komunikasi yang tidak meningkat seiring dengan banyaknya resource jaringan yang diperlukan oleh user, menyebabkan dibutuhkannya garansi QoS kepada user agar komunikasi dapat berlangsung dengan handal, disamping tuntutan lain user yaitu tetap berkomunikasi secara mobile. Kebutuhan layanan user yang bervariasi dan banyaknya jumlah user dalam satu Base Station, menyebabkan proses alokasi bandwidth uplink dalam sistem komunikasi wireless akan menjadi sangat kompleks.
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) merupakan teknologi Broadband Wireless Access (BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. IEEE 802.16 WirelessMAN merupakan standar untuk sistem BWA. WiMAX didesain untuk memenuhi kebutuhan Quality of Service (QoS) pada hubungan uplink maupun downlink. Pada standar IEEE 802.16 terdapat mekanisme bandwidth request-grant yang digunakan untuk mengakomodasi berbagai persyaratan QoS dalam trafik yang heterogen. Mekanisme bandwidth request-grant digunakan untuk alokasi bandwidth uplink antara BS dan SS. Pada saat SS ingin mengirim data, pertama harus mengirimkan bandwidth request ke BS. BS akan menerima request bandwidth tersebut dan akan ditentukan apakah terdapat bandwidth yang cukup untuk memenuhi request bandwidth tersebut.
Beberapa penelitian terkait mekanisme bandwidth request grant pernah dilakukan. Ofer Zimmerman terhadap metode dan keamanan dalam pengalokasian bandwidth pada sistem komunikasi wireless[10]. Hwangnam Kim pada 2008 melakukan simulasi mekanisme pemenuhan bandwidth request untuk real time service dalam jaringan WiMAX dengan mengukur dan mengamati parameter delay[7]. Selain itu, analisis performansi bandwidth request grant pernah diteliti oleh Dini Annisa pada 2009 dengan melewatkan paket voice[6].
Pada penelitian ini dilakukan simulasi pengujian mekaisme bandwidth request grant untuk layanan video streaming dengan melibatkan dua layanan uplink yaitu rtPS (real time Polling Service) dan BE (Best Effort). Pada penelitian ini menggunakan asumsi-asumsi yang berbeda dari penelitian sebelumnya diantaranya dari sisi kondisi propagasi, morfologi, topologi, dan parameter perangkat yang digunakan pada mobile WiMAX. Selain itu juga, pada tesis ini dilakukan perhitungan nilai fairness indeks untuk masing-masing skenario pengujian. Diharapkan dari penelitian ini dapat diperoleh hasil yang sesuai dengan standar ITU-T[12]. Pengamatan
dilakukan pada kondisi user mobile dengan mensimulasikannya menggunakan OPNET modeler versi 14.0 educational version.
1.2 Batasan Masalah
Batasan–batasan masalah dalam Tesis ini adalah sebagai berikut: 1. Parameter-parameter masukan yang digunakan dalam simulasi
berdasarkan standar IEEE 802.16e (WiMAX Forum).
2. Simulasi melibatkan layanan uplink QoS scheduling yaitu real time Polling Service (rtPS), dan Best Effort (BE).
3. Analisis performansi hanya untuk layanan video streaming. 4. FTP sebagai background traffic.
5. Tidak mengujikan kondisi handoff.
6. Parameter analisis performansi meliputi delay, throughput, packetloss, dan fairness indeks.
7. Simulator menggunakan software OPNET modeler 14.0 educational version.
8. Compiler yang digunakan adalah Microsoft Visual C++ 6.0.
1.3 Rumusan Masalah
Alur penelitian ini didasarkan pada beberapa masalah yang dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana memodelkan mobilitas user untuk layanan video streaming pada jaringan WiMAX 802.16e dengan variasi bandwidth request.
2. Bagaimana memodelkan mobilitas user untuk layanan video streaming pada jaringan WiMAX 802.16e dengan variasi jumlah user.
3. Bagaimana memodelkan mobilitas user untuk layanan video streaming pada jaringan WiMAX 802.16e dengan variasi kecepatan user.
4. Bagaimana pengaruh variasi bandwidth request, variasi jumlah user, dan variasi kecepatan user terhadap unjuk kerja mekanisme
bandwidth request grant untuk layanan video streaming pada jaringan WiMAX 802.16e.
5. Bagaimana nilai fairness index dari pemodelan yang dilakukan.
1.4 TUJUAN PENELITIAN
Mengetahui dan membuktikan pengaruh variasi bandwidth request, variasi jumlah user, dan variasi kecepatan user terhadap unjuk kerja mekanisme bandwidth request grant untuk layanan video streaming pada jaringan WiMAX 802.16e.
1.5 METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi dalam penelitian ini adalah metode simulasi menggunakan software OPNETmodeler 14.0 educational version.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Secara keseluruhan penulisan tesis adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini meliputi latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini menjelaskan mengenai teori yang mendasari permasalahan, antara lain meliputi uraian teori mengenai standar WiMAX, mobile WiMAX, kelas QoS jaringan WiMAX, layer MAC dan PHY WiMAX, mekanisme bandwidth request grant, layanan streaming, dan teori lain yang terkait dalam penelitian ini.
BAB III : PERANCANGAN MODEL SIMULASI
Bab ini menjelaskan pemodelan dan simulasi yang dilakukan diantaranya obyektif pemodelan, tahapan pemodelan, parameter unjuk kerja pemodelan, tahapan pengujian pemodelan, dan parameter yang diuji.
BAB IV : ANALISA HASIL SIMULASI
Bab ini berisi analisis dan evaluasi hasil simulasi berdasarkan pemodelan sistem pada bab sebelumnya.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan bab-bab sebelumnya, dan saran untuk perbaikan serta kemungkinan untuk pengembangan Tesis selanjutnya.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
BAB 5 PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan simulai dan analisis yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Penambahan jumlah bandwidth request mengakibatkan penurunan throughput.
2. Penambahan jumlah bandwidth request dan jumlah user mengakibatkan peningkatan jumlah packet loss. Kondisi yang sesuai dengan standar ITU G.107 adalah pada saat bandwidth request 64 Kbps dan 128 Kbps dengan jumlah user 10, 20, dan 30 dimana packet loss kurang dari 20%.
3. Penambahan jumlah bandwidth request mengakibatkan penurunan delay, pada saat bandwidth request 128 Kbps, 192 Kbps, 256 Kbps, dan 320 Kbps dengan jumlah user bertambah, delay masih ditolerir karena berada pada range 0-150 ms (ITU G.114)
4. Penambahan jumlah bandwidth request mengakibatkan penurunan throughput sampai 76,36% untuk kondisi user diam (0 km/jam), 76,02% untuk user berjalan kaki (5 km/jam), 78,8% untuk user berkendaraan (60 km/jam), dan 67.59% untuk user berkendaraan (80 km/jam).
5. Penambahan jumlah bandwidth request dan kecepatan user mengakibatkan peningkatan jumlah packet loss. Pada saat
bandwidth request 64 kbps dan 128 kbps dengan kecepatan user 0 km/jam, 5 km/jam, dan 60 km/jam, packet loss masih ditolerir karena kurang dari 20% (ITU G.107).
6. Penambahan jumlah bandwidth request mengakibatkan penurunan delay, pada saat bandwidth request 128 Kbps, 192 Kbps, 256 Kbps, dan 320 Kbps dengan kecepatan user bertambah, delay masih ditolerir karena berada pada range 0-150 ms (ITU G.114) 7. Pada tesis ini kondisi paling optimal untuk melewatkan trafik
video dengan background traffic FTP diperoleh saat 10 user diam, berkecepatan 5 km/jam dan 60 km/jam dengan bandwidth request 128 kbps.
8. Nilai intraclass FI pada skenario 1 dan 2 memiliki nilai yang cukup tinggi yaitu mendekati nilai 1. Hal ini menunjukkan bahwa pembagian alokasi lebar pita untuk aplikasi yang sama sudah cukup adil. Sedangkan nilai interclass FI pada skenario 1 memiliki beberapa nilai berkisar 0.2-0.5. hal ini disebabkan karena kapasitas BS yang tetap tetapi dengan peningkatan jumlah user dan bandwidth request.
5.2 Saran
1. Pengurangan cakupan BS dengan cara penambahan jumlah BS per selnya.
2. Penggunaan lebar pita hingga 20 MHz agar data rate yang dapat dilayani oleh mobile WiMAX semakin maksimal.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
DAFTAR PUSTAKA
[1] _______ . ITU Standard. 2005.
[2] Ahson, Syed. 2008. WiMAX Standard and Security. CRC Press : New York.
[3] Dwi Hantoro, Gunadi. 2006. WiMAX Teknologi Wireless Access (BWA) Kini dan Masa Depan. INFORMATIKA : Bandung. [4] IEEE Computer Society. 2006. Physical and Medium Access
Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands. IEEE : New York.
[5] Indriani, Wulan. 2008. Analisa Qos Wimax Ieee 802.16e. Institut Teknologi Telkom : Bandung.
[6] Annisa, Dini.2009.Analisa Mekanisme Bandwidth Request Grant Pada Jaringan Wimax. Institut Teknologi Telkom : Bandung. [7] Kim, Hwangnam. 2008. Dynamic Bandwidth Request-Allocation
Algorithm for Real-Time Services in IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Networks. Telecommunication & Network Division, Samsung Electronics : Korea.
[8] Maheshwari, Supriya. 2005. An Efficient QoS Schedulling Architecture for IEEE 802.16 Wireless MANs. Kanwal Rekhi School of Information Technology : India.
[9] Opnetwork. 2005. WLAN Lab Opnet Tutorial. Washington D.C. [10] Zimmerman, Ofer. 2005. Method and Apparatus for Bandwidth
Request-Grant Protocols in a Wireless Communication System. Procopio : San Diego.
[11] Iversen,Villy B.2007. Traffic & Service Enginering of WiMAX .USA.
[12] WiMAX Forum.2006.Mobile WiMAX-Part I.
[13] http://www.thinkrooms.com/2007/12/12/video-streaming-menggunakan-flash-dan-protokol-http/
[14] http://faculty.petra.ac.id/resmana/jarkom/atm1.htm (28 juni 2011) [15] http://eprints.lib.ui.ac.id/ (5 juli 2011)
[16] Atmana, Alex.2010.Simulasi dan Analisis Peformansi Layanan Triple Play Berbasis IMS di Jaringan WiMAX 802.16e. Institut Teknologi Telkom : Bandung.
[17] Mobile WiMAX Groups.2009.Chapter 4:Coverage of Mobile WiMAX.
[18] Makelainen,Antti.2007. Analysis of Handoff Performance in Mobile WiMAX Networks.Helsinki University Of Technology. [19] Ma, Dr.Maode.2009.Current Technology Developments of
WiMAX Systems.Springer : Singapura.
[20] Febrianto, Wishnu Ajie.2009.Analisa Kelayakan Bisnis Teknologi Mobile Wimax Di Kawasan Jakarta.Universitas Indonesia : Jakarta.
[21] Wibowo, F.X Ari MM dan Hadi Hariyanto MSc.IEEE Communication Society, Indonesia Chapter dan Telkom Indonesia.2010.Aspek Physical Layer dan QoS WiMAX.Purwokerto : Indonesia.
[22] Hariyanto, Hadi MSc.IEEE Communication Society, Indonesia Chapter dan Telkom Indonesia.2010.Aspek Coverage pada Perencanaan Jaringan WiMAX.Purwokerto : Indonesia.
[23] Chen, Chao-Lieh, Jeng-Wei Lee, Chi-YuanWu dan Yau-Hwang Kuo. 2008. Fairness and QoS Guarantees of WiMAX OFDMA Scheduling with Fuzzy Controls. Hindawi Publishing Corporation EURASIP Journal on Wireless
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
