PEMODELAN DAN SIMULASI PERFORMANSI VIDEO STREAMING PADA HSDPA MENGGUNAKAN ALGORITMA PENJADWALAN ROUND ROBIN DAN
ALGORITMA PROPORTIONAL FAIR PADA NODE B
Anik Nartisih¹, Bayu Erfianto², Vera Suryani³
¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom
Abstrak
HSDPA merupakan UMTS Release 5 yang diperkenalkan oleh badan Standarisasi 3G di Eropa 3rd Generation Parnership Project (3GPP) yaitu skema baru dalam pengiriman data file yang dimana kecepatan downlink data rate mencapai 14,4 Mbps.Kecepatan downlink yang dimiliki oleh teknologi HSDPA ini sangat mendukung dalam transmisi berbagai data file terutama file multimedia seperti video streaming.
Pada tugas akhir ini dilakukan analisis terhadap jaringan HSDPA pada bagian layer MAC-hs yaitu dengan menganalisis hasil dari performansi dari file video dengan menggunakan dua metode scheduling, diantaranya Round Robin Scheduling dan Proportional Fair Scheduling. kedua scheduling ini akan diuji terhadap dua scenario yang telah dibuat, yaitu pengaruh terhadap penambahan file web dalam transmisi data dan kedua mengamati pengaruh terhadap
penambahan jumlah user. skenario dimodelkan dengan menggunakan NS2 yaitu ns-allinone-2.26 dengan menambahkan modul EURANE (Enhanced UMTS Radio Access Network Extension) dan melakukan tambahan modifikasi scheduling Proportional Fair Scheduling.
dari hasil simulasi yang dihasilkan, kedua algoritma scheduling yang digunakan menghasilkan performansi yang berbeda, dari parameter yang ditetapkan yaitu delay, throughput, jitter dan packet loss. delay dan jitter yang dihasilkan oleh Proportional Fair Scheduling lebih baik
dibandingkan dengan Round Robin Scheduling, begitu pula throughput menghasilkan nilai yang lebih baik walau dengan penambahan user. disisi lain packet loss yang dihasilkan dari kedua scheduling begitu besar nilainya walaupun memiliki perbedaan dari hasil nilai, hal ini dikarenakan file yang ditrasmisikan berupa video. namun dengan demikian dari keseluruhan scenario nilai delay, jitter, throughput dan packet loss tertinggi dicapai oleh Proportional Fair Scheduling.
Kata Kunci : HSDPA, Round Robin Scheduling, Proportional Fair Scheduling, Video Streaming, delay, jitter, throughput, packet loss
Tugas Akhir - 2012
Abstract
HSDPA is UMTS Release 5 which was introduced by 3G Standardization Agency in Europe 3rd Generation Partnership Project (3GPP) as a new schematic in sending packet data which has a downlink data rate speed up to 14.4 Mbps. The downlink speed owned by the HSDPA technology is very supportive in every packet data transmission, particularly multimedia packet like video streaming.
In this final task, analysis is conducted for HSDPA network on MAC-hs layer by analyzing the result from video packet performance, using two scheduling method, such as Round Robin Scheduling and Proportional Fair Scheduling. These two scheduling will be tested in two scenarios. First the influence from web packet addition in data transmission. Second, observing the influence from additional number of users. The scnearios is modelled by using NS2, that is ns-allinone-2.26 by adding the Enhanced UMTS Radio Acces Network Extension (EURANE) module and by adding modification in Proportional Fair Scheduling.
From the simulation result, the two scheduling algorithm which used to create a different performance from the stated parameters, that is delay, throughput, jitter and packet loss. Delay and jitter which resulted from Proportional Fair Scheduling is better than the delay and jitter from Round Robin Scheduling, as well as throughput which results a better value even with the additional number of users. On the other hand, packet loss from these two scheduling has a big value even though they have different result. This is happened because of the transmitted packet is a video. But from the overall scenarios, the highest value of delay, jitter, throughput and packet loss achieved by Proportional Fair Scheduling.
Keywords : HSDPA, Round Robin Scheduling, Proportional Fair Scheduling, Video Streaming, delay, jitter, throughput, packet loss
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
1
1.
Pendahuluan
1.1
Latar Belakang
HSDPA merupakan UMTS Release 5 yang diperkenalkan oleh badan Standarisasi 3G di Eropa 3rd Generation Parnership Project (3GPP) yaitu skema baru dalam pengiriman data paket yang dimana kecepatan downlink data rate mencapai 7,2 Mbps yang secara teori pun dapat ditingkatkan sampai kecepatan 14,4 Mbps [7,19]. Kecepatan downlink yang dimiliki oleh teknologi HSDPA ini sangat mendukung dalam transmisi berbagai data file terutama file multimedia seperti video streaming.
Video streaming merupakan layanan aplikasi yang kerjanya dapat melakukan download dan play sekaligus [3]. Paket ini di transmisikan dalam bentuk frame-frame yang dikirimkan secara teratur dari server
kemudian client menerima frame-frame tersebut dan menampilkannya [3]. Dalam mentransmisikanya paket video streaming diperlukan waktu yang kostan untuk sampai ke client [3]. Oleh karena itu sangat diperlukan perancangan penjadwalan / scheduling yang cocok untuk pengiriman paket
video streaming.
Pada teknologi HSDPA ini digunakan fast scheduling yang merupakan mekanisme untuk menentukan user mana yang akan ditransmisikan paket data terlebih dahulu. Penggunaan algoritma penjadwalan yang dipakai dalam teknologi HSDPA ini, salah satunya adalah Round Robin (RR) Scheduling [20,21]. Round Robin scheduling
yang memiliki prinsip dasar “semua sumber antrian dianggap sama sehingga diberi waktu yang disebut dengan time quantum” [20]. Jika time quantum
habis atau proses selesai, maka proses berlanjut ke antrian berikutnya. Oleh karena itu penjadwalan ini cukup adil dalam menangani paket karena tidak ada paket yang di prioritaskan [20]. Disamping itu terdapat penjadwalan yang kinerjanya lebih baik yaitu proportional fair scheduling, dimana
scheduler dapat mengalokasikan lebih banyak paket berdasarkan relatif kualitas kanal atau saluran [14]. penjadwalan ini memberikan throughput sel yang tinggi serta keadilan yang lebih baik, sehingga menjadi pilihan terbaik dalam mentransmisikan paket kepada user terutama paket video streaming
[14].
1.2
Perumusan Masalah
Adapun masalah yang diangkat dan dijadikan objek penelitian dalam tugas akhir ini diantaranya :
1. Memodelkan dan mensimulasikan pengiriman paket data layanan video streaming pada jaringan HSDPA menggunakan network simulator 2 dengan menambahkan modul EURANE sebagai konfigurasi jaringan HSDPA pada NS2, dan melakukan pembangkitan trafik video dengan aplikasi trafik CBR.
2. Menggunakan 2 algoritma scheduling yang berbeda yaitu Round Robin Scheduling dan Proportional Fair Scheduling pada layanan video streaming, diakhiri dengan menganalisa berdasarkan parameter delay,
Tugas Akhir - 2012
2 jitter, throughput dan packet loss pada setiap masing-masing algoritma
scheduling.
3. Menentukan metode penjadwalan yang cocok untuk keperluan layanan video streaming antara Round Robin Scheduling dan Proportional Fair Scheduling.
1.3
Batasan Masalah
Berikut batasan masalah pada pengerjaan Tugas Akhir ini :
1. Parameter-parameter pemodelan dan simulasi disesuaikan berdasarkan spesifikasi 3GPP Release 5.
2. Layanan dan aplikasi yang disimulasikan adalah video streaming pada HSDPA dengan menggunakan algoritma round robin scheduling dan
proportionalfairscheduling.
3. Parameter yang diukur adalah delay, jitter, throughput dan packet loss.
4. Pemodelan dan simulasi menggunakan software Network Simulator 2 (NS-2) versi ns-allinone-2.26 dan penambahan modul EURANE (Enhanced UMTS Radio Access Network Extension) untuk konfigurasi jaringan UMTS-HSDPA.
5. Layanan video streaming dimodelkan dengan pembangkit trafik CBR (Constant Bit Rate) pada simulasi.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini yaitu menganalisis performansi pengaruh skema penjadwalan round robin dan proportional fair terhadap layanan video streaming dengan menghitung parameter delay, jitter, throughput dan packet loss.
Hipotesa atau dugaan awal yang akan dicapai dari pengerjaan tugas akhir ini adalah :
Berdasarkan performansi dari teknologi HSDPA, bahwa dalam pengiriman paket data video streaming akan lebih baik menggunakan
Proportional Fair Scheduling daripada penjadwalan Round Robin scheduling karena paket yang ditransmisikan akan disesuaikan dengan kanal / saluran yang paket lewati.
1.5
Metodologi penyelesaian Masalah
Metodologi pengumpulan data dan penyelesaian masalah dari tugas akhir ini adalah :
1. Identifikasi Masalah
Melakukan identifikasi masalah dari kasus yang bersangkutan, diantaranya :
o Mengidentifikasi requirement dari teknologi HSDPA dan
requirement layanan videostreaming.
3
o Mengidentifikasi karakteristik dari proportional fair scheduling
untuk pengiriman layanan video streaming dengan melihat
scheduling yang terdahulu yaitu RoundRobinscheduling.
2. Studi literatur
Melakukan studi literatur tentang Teknologi HSDPA, layanan
video streaming, dan scheduling yang digunakan dari buku-buku referensi, internet dan media-media lain sebagai landasan teori yang akan digunakan berhubungan dengan masalah penelitian yang akan dilakukan.
3. Desain Simulasi
Setelah melakukan studi literatur untuk dapat mememecahkan masalah yang sebelumnya telah diidentifikasi maka pemodelan simulasi sistem harus dilakukan. Sistem jaringan pada tugas akhir ini di desain berdasarkan topologi jaringan HSDPA yang telah digunakan sebelumnya. Adapun topologi jaringan teknologi HSDPA yang akan dimodelkan adalah sebagai berikut :
UE Node B HSDPA Channel SGSN GGSN Gateway (Node 1) RNC Video Streaming Server Web Server
Scheduler (Round Robin and Proportional Fair)
Gambar 1.1 Struktur Jaringan pada HSDPA
Pembuatan model diatas dimulai dengan pembuatan node, link antar node sampai aplikasi yang berjalan diatasnya. Mekanisme yang dilakukan pada model tersebut yaitu :
1. UE (User Equipment) yang merupakan perangkat atau terminal pada sisi pelanggan. Pada node ini akan di definisikan jumlah user
sesuai dengan skenario yang akan dibuat.
2. Metode algoritma scheduling Round Robin dan Proportional Fair
dilakukan pada nodeB sesuai dengan teori jaringan HSDPA.
3. Pendefinisian trafik, menerapkan trafik pada server yang dibuat. Dalam hal ini trafik akan disesuaikan dengan server yang disediakan, yaitu video server dengan trafik CBR.
4. Menambahkan background trafik FTP dengan menggunakan
protocol TCP sebagai pembangkit trafik untuk Web server.
5. Link pada model simulasi diatas antara fixed network (Server until RNC) menggunakan duplex-link, antara RNC dengan Node B
menggunakan Iub, dan antara Node B dengan UE menggunakan tanpa kabel (sinyal radio).
4. Running simulasi
Menjalankan desain simulasi yang sebelumnya telah dibuat sesuai dengan skenario yang telah dirancang dengan menggunakan simulator yaitu Network Simulator 2 (NS-2) versi ns-allinone-2.26 yang berjalan
Tugas Akhir - 2012
4
diatas operating system Windows XP menggunakan Cygwin sebagai terminal dan tambahan modul Enhanced UMTS Radio Access and Core Network (EURANE). Serta mengevaluasi performansi pada pada skema
scheduling yang bereda dengan menggunakan parameter-parameter yang telah ditentukan.
5. Analisis hasil simulasi
Menganalisis kualitatif dan kuantitatif terhadap hasil simulasi yang telah dilakukan sebelumnya berdasarkan paramater pengukuran performansi yang telah ditentukan. Seperti menganalisa bagaimana performansi dari layanan video streaming menggunakan tekonologi HSDPA terutama dengan menggunakan proportional fair scheduling. Serta bagaimana kinerja dari proportional fair scheduling dengan membandingkannya terhadap round robin scheduling yang masing-masing dilihat berdasarkan parameter-parameter : delay, jitter, throughput dan packet loss.
6. Pembuatan laporan
Mendokumentasikan hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan dalam bentuk buku laporan tugas akhir.
1.6
Sistematika Penulisan
Berikut merupakan sistematika penulisan buku tugas akhir ini :
BAB 1 . Pendahuluan
Menjelaskan dengan singkat tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, tujuan masalah, dan metode penyelesaian masalah berikut sistematika penulisan tugas akhir ini.
BAB 2 . Landasan Teori
Memberikan teori dasar untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Teori dasar yang dijelasakan meliputi dasar-dasar teknologi High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), arsitektur dari HSDPA berikut pembahasan. Kemudian membahas tentang packet video streaming dan algoritma
scheduling yang digunakan pada tugas akhir yaitu round robin scheduling dan proportional fair scheduling.
Penjelasan sederhana tentang Network Simulator 2 dan modul tambahan EURANE yang digunakan pada ns-allinone-2.26.
BAB 3 . Perencanaan dan Simulasi
Dalam bab ini akan membahas mengenai requirement simulasi, pemodelan jaringan, penentuan parameter-parameter pemodelan jaringan, penentuan skenario dari simulasi, dan parameter-parameter yang akan dianalisa.
BAB 4 . Analisis Hasil Simulasi
Bab ini menjabarkan hasil simulasi yang dilakukan dan membahas evaluasi dan analisis hasil dari konfigurasi yang
5
disimulasikan diantaranya diperoleh meliputi pengukuruan
delay, jitter, throughput dan packet loss.
BAB 5 . Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil simulasi dan saran untuk mengembangkan tugas akhir ini menjadi lebih baik.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Tugas Akhir - 2012
36
5.
Kesimpulan dan Saran
5.1
Kesimpulan
Dari hasil simulasi dan analisis performansi video streaming menggunakan algoritma Round Robin scheduling dan Proportional Fair, dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya :
1. Penggunaan metode scheduling proportional fair lebih baik dibandingkan dengan scheduling round robin, hal ini dapat dilihat dari mean delay, mean jitter, mean throughput dan mean packet loss yang dihasilkan pada masing-masing skenario. Nilai menunjukkan keunggulan dari penjadwalan proportional fair.
2. Perubahan atau penambahan user mempengaruhi performansi dari delay, jitter, throughput dan packet loss, hal ini dapat dilihat dari grafik setiap penambahan user. dimana nilai delay dan jitter akan menjadi semakin besar, throughput akan menjadi mengecil dan packet loss akan menjadi besar seiring dengan bandwidth yang disediakan.
3. Pada skenario 2 dengan bitrate 64 kbps delay video streaming memiliki performansi yang lebih baik dengan menggunakan penjadwalan proportional fair yaitu dengan nilai 141,555 ms, 165,555 ms, 189,555 ms, 213,555 ms, dan 237,555 ms dan masih <10s.
4. Pada skenario 2 dengan bitrate 400 kbps delay video streaming juga memiliki performansi yang lebih baik dengan menggunakan penjadwalan proportional fair yaitu dengan nilai 149,055 ms, 590,308 ms, 870,639 ms, 1103,804 ms, dan 1330,253 ms dan masih memenuhi standar ITU-T 1010 yaitu di bawah 10s.
5. Hasil jitter dari skenario 2 untuk performansi penjadwalan proportional fair lebih baik, karena dapat dilihat nilai yang dihasilkan lebih kostan dan bila terjadi kenaikan tidak begitu jauh perubahannya yaitu dengan nilai 14,361 ms untuk setiap penambahan user.
6. Nilai mean throughput untuk setiap penambahan user lebih baik menggunakan penjadwalan proportional fair, dimana pada bitrate 400 kbps throughput yang dihasilkan bernilai 400,32 kbps, 265,44 kbps, 178,48 kbps, 135 kbps dan 108,624 kbps, nilai-nilai ini masih lebih besar dibandingkan dengan nilai mean throughput yang dihasilkan oleh penjadwalan round robin.
7. Nilai mean packet loss akan berbanding terbalik dengan nilai mean throughput yang dihasilkan. pada skenario 2 dengan bitrate 400 kbps nilai mean paket loss untuk penggunaan penjadwalan proportional fair setiap penambahan user lebih kecil dibandingkan dengan penjadwalan round robin, namun untuk setiap penambahan user sebanyak 4 user, hingga 10 user paket loss yang terjadi sangat besar, hal ini sudah melebihi batas standarisasi ITU-T G.107 yaitu maksimal paket loss sebesar 20%.
37
8. Semakin besar bitrate yang digunakan maka semakin besar pula packet loss yang terjadi hal ini dikarenakan simulasi menggunakan trafik CBR yang dimana bitrate akan selalu konstan.
5.2
Saran
Beberapa hal yang disarankan bila nanti akan dilakukan penelitian selanjutnya :
1. Menggunakan trafik lain untuk merepresentasikan paket video streaming diantaranya menggunakan trafik VBR.
2. Menggunakan modul tambahan EVALVID untuk melakukan simlasi video secara real.
3. Menggunakan metode scheduling / penjadwalan lain yang nantinya sebagai bahan perbandingan tugas akhir ini.
4. Melakukan implementasi dengan menggunakan kondisi real, diantaranya melihat ke lapangan bagaimana performansi HSDPA secara real berikut dengan skenario yang lebih bervariasi untuk mendapatkan hasil maksimal.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Tugas Akhir - 2012
38
Daftar Pustaka
[1] Andrews, Matthew. 2004. "Instability of the Proportional Fair Scheduling Algorithm for HDR", IEEE Transactions on Wireless Communications 3 (5): 1422–1426, doi:10.1109/TWC.2004.833419
[2] Anonymous. NS Manual. http://www.isi.edu/ns/
[3] Apriani, Yeni. “Evaluasi Kinerja Algoritma Penjadwalan Paket untuk Mendukung Layanan Video Streaming pada Jaringan HSDPA”. 2008.
Bandung: Institut Telknologi Telkom.
[4] Bannister, Jeffrey. Mather, Paul. Coope, Sebastian. “Convergence Technologies for 3G Network”. England: John Wiley & Sons.
[5] Bu, Tian and Ramjee, Ramachandran. “Generalized Proportional Fair Scheduling in Third Generation Wireless Data Networks”. IEEE
INFOCOM:2006.
[6] Cahyono, Eko B. “Perbandingan Teknik Penjadwalan Droptail, RED, dan SFQ pada Video Streaming di Jaringan HSDPA Terhadap Kualitas Penerimaan User”. 2009. Bandung: Institut Telknologi Telkom.
[7] Fauzan. 2008. “Pembangunan Simulasi Performa Layanan Video Streaming pada HSDPA”. Jakarta. Universitas Indonesia : Departemen Teknik Elektro.
[8] Fitriana. 2008. “ANALISA PERFORMANSI TRAFIK VOIP PADA TEKNOLOGI HIGHSPEED DOWNLINK PACKET ACCESS”. Bandung.
Institut Teknologi Telkom.
[9] Furht, Borko and Ahson, Syed A. “HSDPA / HSUPA Handbook”. 2011.
New York : Taylor and Francis Group.
[10] Holman, Harri and Toskala, Antti. “HSDPA / HSUPA for UMTS : High Speed Radio Access for Mobile Communications”. 2006. Finland : John
Wiley & Sons.
[11] http://eurane.ti-wmc.nl/eurane/
[12] Klaue, Jirka. Rathke, Berthold. Wolisz, Adam. “EvalVid-A Framework for Video Transmission and Quality Evaluation”. 2003. Germany : Technical
University of Berlin.
[13] Kurniawan, Rendi. "Pembangunan Simulasi dan Analisa Kinerja Optimalisasi Streaming Video pada Jaringan Wireless dengan Algoritma Enhanced Advance Forward Error Corecction (EAFEC)". 2009. Jakarta : Universitas Indonesia.
39
[14] Mohammad T, Kawser, Abduhu R, Hasin, Hasib M.A.B, Farid dkk. “Performance Comparasion Between Round Robin and Proportional Fair Scheduling Methods for LTE”. Bangladesh : Department of Electrical and
Electronic Engineering, Islamic University of Technology.
[15] Norhayatih, Feni. 2009. “HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)”.
Bandung. Institut Teknologi Telkom.
[16] Perdana, Gurit Anugerah. 2010. “Analisis Performansi Teknik Penjadwalan Trafik Two-Phase dan Maximum C/I pada Jaringan HSDPA”. Bandung.
Institut Telknologi Telkom.
[17] Royong, Masyarakat Digital Gotong. 2003-2008. “Pengantar Sistem Operasi
Komputer”.http://bebas.ui.ac.id/v06/Kuliah/SistemOperasi/BUKU/SistemO
perasi-4.X-1/ch14s05.html (diakses pada tanggal 6 April 2011)
[18] Sari, Putri Rizkia Permata. 2008. “Analisis Performansi 3G untuk Layanan Video Call di Area Malang”. Bandung. Institut Teknologi Telkom.
[19] Sauter, Martin. 2006. “Communication Systems : for the Mobile Information Society”. Germany : Nortel Networks.
[20] Suryaman, Bagus. 2010. “Perbandingan Performansi Algoritma Penjadwalan Round -Robin, Maksimum C/I, dan Proportional Fair dengan Menggunakan HARQ pada Sistem 3GPP LTE”. Bandung. Institut
Telknologi Telkom.
[21] Vanderpypen, J and Scumacher, L. “Multistream Proportional Fair Packet Scheduling Optimization in HSDPA”.The University of Namur.
[22] Yulianto, Dhanang Tri. “Perancangan Algoritma Packet Scheduling, Adaptive Modulation dan Coding pada High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)”. 2007. Bandung : Institut Telknologi Telkom.
[23] www.ezs3.com/public/What_bitrate_should_I_use_when_encoding_my_ video_ How_do_I_optimize_my_video_for_the_web.cfm [24] http://www.cs.sfu.ca/CourseCentral/365/mark/material/notes/Chap4/Chap 4.3/Chap4.3.html Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Tugas Akhir - 2012
