TUGAS AKHIR
ANALISIS KINERJA CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS
WITH COLLISION AVOIDANCE (CSMA/CA) DALAM WLAN
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
SYAFRIL 020402049
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Dewasa ini penggunaan Wireless Local Area Network (WLAN) lebih mengarah kepada protokol IEEE 802.11 yang bekerja pada lapis fisik dan Medium Access Control (MAC) dari OSI. Protokol utama pada layer MAC adalah Carier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) yang prinsip kerjanya
didasarkan pada metode Distributed Coordination Function (DCF).
KATA PENGANTAR
Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Analisis kinerja Carier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) dalam WLAN”. Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarta keserjanaan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam kesempatan ini perkenankanlah penulis untuk menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tuaku tercinta, Ayahanda Burhanuddin dan Ibunda Mariah yang telah banyak memberikan dukungan moril, do’a dan materil serta limpahan kasih sayang yang tiada terkira dan tiada mungkin terbalaskan.
2. Kakakku Juwita Sari dan Adikku Eva, Indra, Debi dan Icha yang sangat penulis sayangi.
3. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU.
6. Temanku Hasyim, Beri, Abu, Rahmat ‘Ketua’, regar, Adhi, Hendra, Afli, Indra ‘Ase’, Ipeng, Ba’du, bugi dan teman-teman satu angkatan 2002 lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
7. Teman-teman kosku Ari, Azis, Reva, taufik, Bang nasrul dan Muhammad ‘Memed’ yang telah menjadi teman keseharianku sampai saat ini.
8. Seluruh staff pengajar dan Citivitas Akademika Departemen Teknik elektro Fakultas Teknik USU dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Berbagai usaha telah penulis lakukan demi terselesaikannya tugas akhir ini dengan baik, namun penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunannya. Saran dan kritik dari pembaca sangat diharapkan dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat bermamfaat.
Medan, Agustus 2007
Penulis,
SYAFRIL
NIM : 020402049
DAFTAR ISI
ABSTRAK...i
KATA PENGANTAR...ii
DAFTAR ISI...iv
DAFTAR GAMBAR... .viii
DAFTAR TABEL...x
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Rumusan Masalah ...2
1.3 Tujuan ...3
1.4 Batasan Masalah...3
1.5 Metodelogi Penulisan...3
1.6 Sistematika Penulisan ...4
BAB II. WIRELESS LAN 802.11 2.1 Umum...6
2.2 Arsitektur WLAN 802.11...7
2.2.1 Network Interface Card...7
2.2.2 Wireless Access Point (AP)...8
2.2.3 Independent Basic Service Set (IBBS)...8
2.2.5 Extended Service Set (ESS)...9
2.2.6 Distribution System...10
2.3 Standar WLAN 802.11...11
2.3.1 Standar Awal 802.11...11
2.3.2 802.11a ...12
2.3.3 802.11b...13
2.3.4 802.11g...13
2.4 Layer Pada Jaringan WLAN 802.11 ...15
2.4.1 Layer Fisik ...15
2.4.2 Medium Access Control (MAC) layer ...17
2.5 Struktur Frame WLAN 802.11 ...19
2.5.1 Control Field...20
2.5.2 Duration Field...21
2.5.3 Address Field...21
2.5.4 Sequent Field...24
2.5.5 Data Field...24
2.5.6 Cyclic Redundancy Check (CRC) ...24
2.6 Jenis-Jenis Frame ...24
2.6.1 Data Frame ...25
2.6.2 Control Fframe...25
2.6.2.1 RTS (Request to Send) ...26
2.6.2.2 CTS (Clear to Send)...26
2.6.3 Manajemen Frame...28
2.7 Inter Frames Space (IFS)...30
BAB III. CSMA/CA (CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS WITH COLLISION AVOIDANCE)) 3.1 Umum...31
3.2 Metode Akses Dasar ...32
3.2.1 PCF (Point Coordination Function) ...32
3.2.2 DCF (Distribution Coordination Function)...33
3.3 Prinsip Kerja CSMA/CA………....34
3.3.1 Proses Mendengar (sense) Medium ...35
3.3.1.1 Physical Carier Sense...35
3.3.1.2 Virtual Carier Sense...36
3.3.2 Mekanisme pengiriman paket data pada CSMA/CA ...36
3.3.2.1 Skema Penanganan Dua Arah...37
3.3.2.2 Skema Penanganan Empat Arah ...38
3.4 Kinerja CSMA/CA...39
3.4.1 Model Sistem Yang Dianalisis...39
3.4.2 Throughput dan Delay Paket Rata-Rata...42
BAB IV. ANALISIS KINERJA CSMA/CA 4.1 Umum...49
4.3 Sistem Analisis Dengan Matlab ...50 4.4 Analisis Kinerja CSMA/CA...51 4.4.1 Analisis Kinerja CSMA/CA dengan Jumlah Station Yang Berbeda ...55 4.4.2 Analisis Kinerja CSMA/CA dengan Waktu Transmisi Paket Yang
Berbeda ...59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...63 5.2 Saran ...63
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Access Point (AP)... 8
Gambar 2.2 Jaringan Ad-Hoc... 9
Gambar 2.3 Jaringan WLAN 802.11 dan Arsitekturnya... 11
Gambar 2.4 Lapis Fisik dan Data Link 802.11 ... 15
Gambar 2.5 Sublayer Data Link ... 17
Gambar 2.6 Struktur Frame Data 802.11 ... 20
Gambar 2.7 Frame Control Field... 20
Gambar 2.8 Format Frame RTS... 26
Gambar 2.9 Format Frame CTS... 27
Gambar 2.10 Format Frame ACK... 27
Gambar 3.1 Metode DCF... 34
Gambar 3.2 Skema Dasar CSMA/CA... 38
Gambar 3.3 Metode CSMA/CA dengan RTS/CTS ... 39
Gambar 3.4 Flow Chart Prinsip Kerja CSMA/CA ... 40
Gambar 3.5 Model Sistem Analisis ... 41
Gambar 3.6 Periode Transmisi dan Idle CSMA/CA... 42
Gambar 3.7 Karakteristik Slot CSMA/CA dalam Markov Chain ... 44
Gambar 3.8 Deret-Deret Node dalam Markov Chain ... 46
Gambar 4.2 Grafik Analisa Delay Paket Rata-Rata CSMA/CA Untuk Jumlah Station Yang berbeda ... 58 Gambar 4.3 Grafik Analisa Throughput CSMA/CA Untuk Panjang Paket Yang
Berbeda ... 61 Gambar 4.4 Grafik Analisa Delay Paket Rata-Rata CSMA/CA Untuk Panjang
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Standar-Standar WLAN 802.11 ... 12
Tabel 2.2 Jenis-Jenis Frame Berdasarkan Bit Type dan Subtype... 22
Tabel 2.3 Karakteristik Address Berdasarkan Bit To Ds dan From Ds... 23
Tabel 4.1 Parameter-Parameter Analisis... 50
Tabel 4.2 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 5 ... 56
Tabel 4.3 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 15 ... 56
Tabel 4.4 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 25 ... 57
Tabel 4.5 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Panjang Paket (Tp) = 100 ... 59
Tabel 4.6 Analisis kinerja CSMA/CA Untuk Panjang Paket (Tp) = 150 ... 60
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu LAN yang dibentuk pada tahun 1990 oleh IEEE 802.11 dimana proses pentransmisian datanya menggunakan frekuenssi radio (RF) dan sinar inframerah (IR), berbeda dengan wired LAN yang menggunakan kabel tradisional. Standar IEEE 802.11 telah menspesifikasikan layer MAC dan layer fisik dari model OSI untuk dipergunakan secara luas pada WLAN. Kebanyakan WLAN menggunakan suatu topologi yang disebut Independent Basic Service Set (IBSS) atau sering juga disebut dengan jaringan Ad Hoc. Jaringan ini tersusun atas beberapa node (station atau terminal) yang terhubung satu sama lain dengan menggunakan media wireless.
Dalam WLAN node pengirim tidak dapat mendeteksi terjadinya tubrukan paket data seperti pada LAN biasa, sehingga dalam WLAN tidak dapat digunakan metode CSMA/CD yang dipergunakan pada LAN. Untuk itu IEEE 802.11 menciptakan suatu protokol khusus yang disebut dengan Carier Sense Multiple
Access with Collision Avoidance (CSMA/CA). CSMA/CA merupakan protokol yang
didasarkan pada mekanisme Distributed Coordination Function (DCF) yang bekerja pada layer MAC.
beban data yang ditransmisikan (load) semakin besar. Selain itu kinerja protokol CSMA/CA juga lebih baik ketika jumlah station dan waktu transmisi paket pada jaringan juga bertambah.
Untuk membuktikan hal tersebut maka dalam tugas akhir ini penulis ingin melakukan analisa terhadap kinerja dari protokol CSMA/CA dalam WLAN terhadap pertambahan jumlah beban (load) yang akan ditransmisikan dalam jaringan. Proses analisa juga akan mencari tahu bagaimana pengaruh jumlah station dan waktu transmisi paket terhadap kinerja sistem. Proses analisa akan dibantu dengan penggunaan perangkat lunak Matlab untuk membangkitkan data kinerja.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain :
1. Bagaimana konsep dasar dari Wireless LAN standar 802.11?
2. Apa yang dimaksud dengan CSMA/CA dan bagaimana cara kerjanya?
3. Bagaimana proses pengukuran dan hasil analisis terhadap kinerja CSMA/CA. 4. Apa saja parameter kinerja yang diukur dalam proses analisis.
5. Apa saja ukuran atau penilaian validasi hasil analisis.
1.3 Tujuan Penulisan
1.4 Batasan Masalah
Agar masalah yang dibahas pada Tugas Akhir ini tidak terlalu meluas dan tidak menyimpang dari topik yang ada, maka penulis perlu membatasi masalah sebagai berikut :
1. Hanya membahas tentang jaringan WLAN standar 802.11.
2. Tidak membahas perangkat-perangkat elektronika yang digunakan dalam WLAN standar 802.11.
3. Hanya membahas tentang analisis kinerja dari protokol CSMA/CA dengan menggunakan simulasi perangkat lunak.
4. Perangkat lunak yang digunakan untuk analisis adalah Matlab. 5. Tidak membahas tentang komunikasi data secara terperinci.
6. Tidak membahas tentang konsep seluler secara terperinci.
7. WLAN yang digunakan adalah WLAN Indoor.
1.5 Metodelogi Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Studi literatur, berupa penelahaan terhadap buku-buku dan jurnal-jurnal referensi yang berkaitan dengan permasalahan.
1.6 Sistematika Penulisan
Materi pembahasan dalam tugas akhir ini diurutkan dalam lima bab yang diuraikan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II : WIRELESS LAN 802.11
Bab ini membahas mengenai konsep dasar jaringan Wireless LAN standar 802.11 berupa Arsitektur jaringan, serta karakteristik layer MAC dan frame pada jaringan.
BAB III : CSMA/CA (CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS WITH COLLISION AVOIDANCE )
Bab ini membahas tentang mekanisme dasar dari CSMA/CA, prinsip kerja serta kinerja dari CSMA/CA.
BAB IV : ANALISIS KINERJA CSMA/CA
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari tugas akhir ini dan saran dari penulis.
DAFTAR PUSTAKA
BAB II
WIRELESS LAN 802.11
2.1 Umum
Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, serta mudah dan memuaskan serta mengejar efesiensi di segala aspek. Perkembangan karakteristik masyarakat seperti itu membuat LAN menawarkan suatu alternatif untuk komputer portabel yaitu
WLAN(Wireless LAN).
WLAN adalah suatu LAN yang melakukan pentransmisian data menggunakan frekuensi Radio (RF) dan sinar inframerah (IR), berbeda dengan Wired LAN yang menggunakan kabel tradisional atau kabel kawat biasa. Dengan adanya berbagai merek perangkat keras dan lunak, maka diperlukan suatu standar dimana perangkat-perangkat yang berbeda merek dapat difungsikan pada perangkat merek lain. WLAN mempunyai dua organisasi standar utama yang menghasilkan dua kumpulan standar untuk WLAN, yaitu :
1. Institute Of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), yang menghasilkan standar 802.11.
2. European Telecomunication Standard Institude (ETSI), yang menghasilkan standar High Performance LAN (HIPERLAN).
Komite Standarisasi IEEE 802 membentuk standar jaringan WLAN pada tahun 1990, dimana standarisasi ini telah dikembangkan menjadi standar global peralatan radio dan jaringan yang beroperasi pada frekuensi 24 GHz.
Standar WLAN diawali dengan standar 802.11 yang diperkenalkan pada tahun 1997 oleh IEEE. IEEE 802.11 merupakan standar untuk produk-produk WLAN yang telah dikenal pengguna jaringan pada umumnya. Standar dasar ini dapat dipergunakan untuk melakukan transmisi data hingga 2 Mbps.
2.2 Arsitektur WLAN 802.11
Arsitektur adalah salah satu faktor pendukung suksesnya sebuah jaringan WLAN. Dengan menggunakan arsitektur yang tepat, maka akan diperoleh stabilitas dan kinerja yang terbaik dari jaringan tersebut. WLAN standar 802.11 dibentuk dengan suatu sistem arsitektur seluler dimana fondasi utamanya adalah suatu sel. Arsitektur jaringan WLAN 802.11 terdiri dari beberapa komponen yang dibutuhkan dalam menjalankan sebuah aplikasi yaitu Network Interface Card (NIC), Wireless Access Point (AP), Independent Basic Service Set (IBSS), Basic Service Set (BSS), Extended Service Set (ESS) dan Distribution System (DS).
2.2.1 NIC (Network Interface Card)
Personal Digital Assistant (PDA). Sebagai interface kartu ini dapat berkomunikasi dengan peralatan komputer lain.
2.2.2 Wireless AP (Access Point)
Pada WLAN, device transceiver disebut dengan Access Point (AP) dan terhubung dengan jaringan (LAN) melalui kabel, biasanya berupa kabel UTP. Fungsi dari AP adalah mengirim dan menerima data, sebagai buffer data antara WLAN dengan wired LAN, serta berfungsi mengkonversi sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan disalurkan melalui kabel atau disalurkan ke perangkat WLAN lain dengan dikonversi ulang menjadi sinyal frekuensi radio[2]. Gambar 2.1 menunjukkan salah satu contoh AP.
Gambar 2.1 Access Point (AP)
2.2.3 Independent Basic Service Set (IBSS)
Wireless LAN Card saling terhubung tanpa melalui AP. Jaringan ini merujuk pada topologi Independent Basic Service Set (IBSS) dimana salah satu node atau station akan ditunjuk sebagai proksi untuk melakukan koordinasi antar mode dalam sebuah grup [1]. Komunikasi Ad Hoc menggunakan media gelombang radio satu dengan yang lain, dan peralatan ini akan mengenal peralatan RF lain dalam cakupan sinyal yang saling berdekatan, sehingga komunikasi dapat dilakukan. Gambar 2.2 menunjukkan Jaringan Ad Hoc sederhana pada jaringan WLAN.
Gambar 2.2 Jaringan Ad Hoc
2.2.4 BSS (Basic Service Set)
Komponen utama dari arsitektur WLAN 802.11 adalah jaringan BSS (Basic Service Set). Suatu jaringan BSS dapat dapat terdiri dari satu atau lebih station wireless dan paling sedikit ada satu AP yang bertindak sebagai Base Station seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3.
2.2.5 ESS (Extended Service Set)
Pada jaringan ESS, beberapa AP dapat digunakan untuk melayani wilayah area yang lebih luas. Jaringan ESS terdiri dari dua atau lebih jaringan BSS yang terhubung pada satu jaringan kabel. Metode ini akan membentuk sel-sel seperti pada jaringan seluler sehingga user dapat melakukan roaming ke sel lain dengan cukup mudah tanpa kehilangan sinyal.
2.2.6 DS (Distribution System)
Gambar 2.3 Jaringan WLAN 802.11 dan Arsitekturnya.
2.3 Standar WLAN 802.11
Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF
wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema
standar, ada 4 jenis standar yang sering digunakan dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b dan 802.11g.
2.3.1 Standar awal 802.11
Standar ini merupakan standar awal untuk WLAN yang diperkenalkan pada tahun 1997 oleh IEEE. Standar ini beroperasi pada layer fisik yang menggunakan teknologi penyebaran spektrum Frekuensi Hopping Spread Spectrum (FHSS) dan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) dengan pita 2,4 GHz dan data rate hingga 2 Mbps. Karena versi ini hanya mempunyai data rate maksimum 2 Mbps, versi ini tidak banyak dipergunakan pada WLAN indoor.
Tabel 2.1 Standar-Standar WLAN 802.11
802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps
802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps
802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi
802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN
802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN
802.11g Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimaksudkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps.
802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik.
802.11i Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol autentikasi dan enkripsi. 802.11j Penambahan pengalamatan pada channel 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk
2.3.2 802.11a
Pada tahun 1999, IEEE mengeluarkan standar 802.11a yang beroperasi pada pita 5 GHz. Standar ini menggunakan skema modulasi yang disebut Orthogonal
Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan kecepatan transmisi data
mencapai 54 Mbps. Keuntungan utama dari standar ini adalah kapasitasnya yang cukup tinggi yang menjadikan standar ini sebagai pilihan yang tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat mencakup area tidak lebih dari 50m pada berbagai fasilitas. Akibatnya standar ini memerlukan AP yang lebih banyak.
2.3.3 802.11b
Pada tahun yang sama ketika IEEE mengeluarkan standar 802.11a, IEEE juga mengeluarkan standar 802.11b, tepatnya pada bulan juli 1999. Standar ini beroperasi pada frekuensi radio dengan Bandwith 2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Standar ini menggunakan metode modulasi DSSS dengan kecepatan transmisi datanya mencapai 11 Mbps. Keuntungan utama dari standar 802.11b adalah range yang relatif panjang hingga 100m pada fasilitas di dalam gedung. Range ini sangat efektif dipergunakan untuk mengembangkan LAN secara wireless dibandingkan dengan standar sebelumnya.
dengan standar 802.11 yang menggunakan 11 kanal untuk melakukan konfigurasi AP. Pembatasan ini membuat dukungan standar 802.11b terhadap performa aplikasi menengah seperti e-mail atau web surfing menjadi lebih baik. Kerugian lain dari standar ini adalah terdapatnya kemungkinan interferensi RF dengan peralatan radio yang lain yang dapat mengurangi performa dari standar.
2.3.4 802.11g
Standar 802.11g dikeluarkan oleh IEEE pada bulan juni 2003. Standar ini beroperasi pada frekuensi yang sama seperti pada standar 802.11b yaitu pada pita 2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Tetapi standar ini menggunakan teknik modulasi OFDM yang digunakan pada standar 802.11a. Kombinasi dari fitur ini menghasilkan infrastruktur yang lebih cepat, lebih murah, serta koneksi yang lebih luas.
2.4 Layer Pada Jaringan WLAN 802.11
WLAN IEEE standar 802.11 dibangun berdasarkan model referensi OSI (Open Standard Interconection) dan digunakan pada lapis fisik dan lapis data link dari OSI. Layer fisik dalam dalam setiap definisi jaringan selalu berhubungan dengan karakteristik modulasi dan pensinyalan transmisi data. Layer data link melakukan manajemen pengalamatan secara fisik dalam MAC Addressnya, dan mengatur akses pada peralatan jaringan dalam media fisik. WLAN standar 802.11 bekerja pada sublapis MAC yang berada pada lapis data link. Gambar 2.4 menunjukkan layer fisik dan layer data link pada jaringan WLAN 802.11.
Gambar 2.4 Lapis Fisik dan Data Link 802.11
2.4.1 Layer Fisik
selalu berhubungan dengan karakteristik modulasi dan pensinyalan data serta proses transmisi dari bit-bit dasar melalui kanal komunikasi. Ada 3 jenis teknik modulasi yang digunakan pada jaringan WLAN standar 802.11, yaitu Infrared, Frequency
Hopping Spread Spectrum (FHSS), dan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Infrared menggunakan sistem transmisi penghamburan sinyal dengan
frekuensi 1 Mbps dan 2 Mbps yang hanya dapat mentransmisikan data pada jarak yang pendek. Sedangkan teknologi Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) akan mengirimkan transmisi melalui frekuensi pembawa yang berbeda dengan waktu yang berbeda pula. Pembawa sinyal FHSS menggunakan pola Pseudorandom Hopping yang dapat menghindari terjadinya interferensi sinyal dengan tidak menggunakan waktu yang terlalu lama [1]. Teknologi Direct Sequence Spread
Spectrum (DSSS) menggunakan frekuensi pembawa yang tetap pada frekuensi
tertentu. Sinyal data ditransmisikan menggunakan pita Narrowband serta menggunakan gelombang mikro. Pada teknik ini sinyal akan tersebar dengan Bandwitdh lebih luas.
Layer Fisik dalam jaringan wireless LAN 802.11 terdiri dari 3 bagian sublayer seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.4 di atas, yaitu PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) Sublayer, PMD (Physical Medium Dependent) Sublayer, dan Manajement Layer Entity. Ketiga sublayer tersebut merupakan interface untuk berkomunikasi dengan Layer diatasnya, yaitu MAC Layer.
dimana salah satu layer OSI dapat meminta layanan ke layer OSI yang lain. PMD adalah Sublayer yang berfungsi untuk menjaga proses pentransmisian dan penerimaan unit data dari layer fisik diantara 2 station melalui medium wireless. Sedangkan MLE merupakan layer yang menyediakan layanan manajemen pada setiap layer 802.11 baik itu pada layer MAC maupun pada layer fisik. Pada layer
MAC entity ini disebut dengan MAC Layer Management Entity (MLME), sedangkan
pada layer fisik entity ini disebut dengan Physical Layer Management Entity (PLME).
2.4.2 MAC (Medium Access Control) Layer
IEEE membagi lapis data link menjadi 2 sublapis, yaitu Logical Link Control (LLC) dan Medium Access Control (MAC) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Sublayer LLC berfungsi sebagai bagian yang mengatur komunikasi diantara peralatan-peralatan pada jaringan. Selain itu layer LLC juga berfungsi sebagai interface layer diatasnya, yaitu MAC layer.
MAC merupakan layer yang mengatur dan menjaga komunikasi diantara station-station pada jaringan 802.11. Layer ini juga berfungsi sebagai pengatur akses protokol ke media fisik jaringan dan mengkoordinasi akses dalam menggunakan kanal radio untuk mempermudah komunikasi melalui media wireless.[5]
Spesifikasi MAC oleh IEEE berisi alamat MAC yang dapat digunakan pada beberapa model peralatan . Alamat MAC akan memberikan identitas unik yang dapat digunakan pada beberapa peralatan yang telah tersedia.
Selain dari beberapa fungsi layer MAC yang disebutkan di atas, Layer MAC juga memiliki beberapa fungsi umum, yaitu [1] :
1. Scanning
Merupakan proses mencari sinyal terbaik di AP dengan membroadcast sebuah frame dan semua AP yang mendengar akan meresponnya dengan mengirim suatu frame respon. Dengan begitu NIC radio selalu menerima respon dengan segera dari AP tanpa menunggu transmisi pancarnya.
2. Autentikasi
Autentikasi merupakan proses pencocokan antara NIC radio dengan AP. 3. Assosiasi
Assosiasi merupakan proses penggabungan AP point sebelum mengirimkan frame data. Penggabungan atau asosiasi ini memerlukan sinkronisasi NIC radio dengan AP tentang beberapa informasi yang penting seperti data rate. 4. RTS/CTS
permasalahan hidden note, dimana dua atau lebih NIC radio tidak dapat mendengar satu sama lain walaupun berada dalam satu cakupan AP yang sama.
5. Power Save Mode
Power Save Mode digunakan untuk memberikan pilihan pada user untuk mengaktifkan atau me-nonaktifkan NIC radio untuk mempertahankan tenaga dari baterai saat tidak diperlukan dalam pengiriman data.
6. Fragmentasi
Merupakan suatu fungsi jaringan yang memungkinkan station-station pada jaringan 802.11 dapat membagi paket-paket datanya ke dalam frame-frame yang kecil agar tidak melebihi ambang batas yang ditentukan. Hal ini digunakan untuk menghindari proses retransmit frame-frame dengan ukuran yang besar yang dapat menimbulkan interferensi RF.
7. Wired Equivalent Privacy (WEP)
WEP merupakan skema enkripsi yang melindungi aliran data WLAN antara klien dan AP yang telah ditentukan oleh standar 802.11.
2.5 Struktur Frame WLAN 802.11
header dengan beberapa field yang digunakan diantara MAC sublayer. Format frame keseluruhan pada jaringan wireless LAN 802.11 dapat ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Octet : 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4
MAC Header
Gambar 2.6 Struktur Frame Data 802.11
2.5.1 Control Field
Bagian pertama dari struktur frame data dari WLAN 802.11 adalah Control Field (field pengendali). Field ini mempunyai 11 subfield seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Frame Control Field
menunjukkan jenis-jenis frame berasarkan bit-bit type dan subtype.To Ds dan from Ds adalah field yang mengidentifikasikan frame yang akan masuk atau keluar pada Distribution System di dalam sel. Bit MF menyatakan bahwa di dalam frame terdapat fragmen yang berlebih. Bit retry digunakan untuk meminta proses transmisi ulang dari frame yang dikirim terlalu awal. Power management digunakan oleh base station untuk menetukan apakah receiver dalam keadaan aktif atau tidak. Bit mode menunjukkan bahwa pengirim memiliki frame tambahan untuk receiver. Bit W menyatakan bahwa frame body telah dienkripsi menggunakan WEP. Dan terakhir, bit 0 memberitahukan kepada receiver bahwa urutan bit-bit dalam frame sudah diproses secara benar.[3]
2.5.2 Duration Field
Duration field berfungsi untuk menentukan dan mengatur waktu suatu station dalam melakukan proses pentransmisian data frame pada suatu kanal [6]. Field ini juga digunakan untuk mengatur mekanisme NAV ( Network Allocation Vector ) pada metode akses jaringan.
2.5.3 Address Field
Tabel 2.2 Jenis-Jenis Frame Berdasarkan Bit Type dan Subtype
00 Manajement 0000 Association Request
00 Manajement 0001 Association Response
00 Manajement 0010 Association Request
00 Manajement 0011 Reassociation Response
00 Manajement 0100 Probe request
00 Manajement 0101 Probe Response
00 Manajement 0110-0111 Reserved
00 Manajement 1000 Beacon
00 Manajement 1001 ATIM
00 Manajement 1010 Disassociation
00 Manajement 1011 Authentication
00 Manajement 1100 Deauthentication
00 Manajement 1101-1111 Reserved
01 Control 0001-0001 Reserved
mengirim frame, address field-1 akan memuat alamat MAC dari wireless station yang dituju.
Address field-2 berisikan alamat MAC dari station yang melakukan
pengiriman suatu frame. Jika suatu wireless station mengirimkan suatu frame, maka alamat MAC dari station tersebut akan diikutsertakan dalam field address ini. Hal yang sama juga terjadi ketika suatu AP melakukan pengiriman frame, alamat MAC dari AP tersebut juga akan dimuat dalam address field-2.
Address field-3 adalah field yang memuat alamat MAC dari router. Router merupakan interface yang menghubungkan suatu BSS ke jaringan lain di luar BSS. Sedangkan address field-4 adalah field yang memuat alamat MAC dari sumber (transceiver) atau alamat dari tujuan frame dalam jaringan Ad Hoc dimana frame ditransmisikan dari satu AP ke AP yang lain. Tabel 2.3 menunjukkan karakteristik dari Address Field berdasarkan setting bit To Ds dan bit From Ds.
Tabel 2.3 Karakteristik Address Berdasarkan Bit To Ds dan From Ds.
To DS From DS Address 1 Address 2 Address 3 Address 4
0 0 DA SA BSSID N/A
0 1 DA BSSID SA N/A
1 0 BSSID SA DA N/A
2.5.4 Sequent Field
Sequent field adalah field yang memberikan penomoran pada fragmen-fragment. Dari jumlah 16 bit, 12 bit diantaranya digunakan untuk frame dan 4 bit lainnya digunakan untuk fragmen [5]. Penggunaan nomor-nomor dari Sequent Field mengizinkan penerima untuk membedakan frame yang baru ditransfer dengan frame yang sudah ditransfer sebelumnya.
2.5.5 Data Field
Data field adalah field yang berisi Payload dari frame. Payload adalah inti dari suatu frame. Payload biasanya berisi suatu IP datagram atau paket ARP. Field ini biasanya memiliki panjang hingga 2312 byte, meskipun kadang-kadang lebih sedikit dari 1500 byte.
2.5.6 CRC (Cyclic Redundancy Check)
CRC adalah field yang digunakan untuk mendeteksi kesalahan yang terdapat di dalam frame yang diterima oleh receiver.
2.6 Jenis-Jenis Frame
WLAN standar 802.11 mendefinisikan 3 jenis frame yang digunakan pada setiap komunikasi diantara station, yaitu Data Frame, Control Frame, dan
2.6.1 Data Frame
Tujuan utama dibangunnya suatu jaringan wireless LAN adalah untuk mengirim dan menerima suatu data. WLAN 802.11 mendefinisikan suatu jenis data frame yang membawa paket-paket dari layer bagian atas, seperti web page, data kendali printer, dan lain-lain yang tersimpan di tubuh frame. Seperti yang telah dibahas pada subbab sebelumnya bahwa tubuh suatu frame dapat memuat suatu data dengan ukuran 2312 byte.Dengan ukuran seperti itu berarti suatu data frame dapat membawa data dalam jumlah yang banyak dari satu station ke station yang lain.
Beberapa vendor WLAN menggunakan suatu data frame dengan tubuh frame yang kosong yang disebut dengan Null Data Frame. Frame body yang kosong tersebut digunakan sebagi kontrol bagi pengiriman informasi khusus, misalnya untuk memberitahukan keadaan suatu station kepada AP. Null data frame juga dapat digunakan untuk melakukan aktif scanning dengan tujuan melakukan roaming terhadap AP dalam suatu kanal.
2.6.2 Control Frame
2.6.2.1 RTS (Request to Send)
Frame RTS adalah frame yang digunakan oleh suatu station ketika hendak melakukan pengiriman frame data. Frame ini berisikan permintaan untuk melakukan pengiriman data. Format frame RTS dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 2.8. RA (Receiver Address) berisikan alamat dari station wireless yang ditujukan untuk data berikutnya yaitu manajemen frame. TA (Transmitter Address) berisi alamat station wireless yang melakukan pentransmisian frame RTS. Duration memuat waktu (dalam mikrodetik) yang digunakan untuk mentransmit data berikutnya atau manajemen frame ditambah satu frame CTS, ACK, dan 3 interval waktu SIFS [7].
Octets : 2 2 6 6 4
MAC Header
Gambar 2.8 Format Frame RTS
2.6.2.2 CTS (Clear to Send)
memuat salinan dari field TA frame RTS. Duration field memuat nilai dari duration frame RTS dikurangi waktu yang digunakan untuk mentransmit frame CTS dan interval waktu SIFS.
Octets : 2 2 6 6 4
MAC Header
Gambar 2.9 Format frame CTS
2.6.2.3 ACK (Acknowlegment)
Frame ACK digunakan untuk mendeteksi keberadaan kesalahan pada frame data yang diterima oleh station. Station penerima akan mengirimkan frame ini jika tidak ada kesalahan yang terdeteksi. Jika station penerima tidak mengirimkan frame ini pada periode tertentu, itu berarti pada frame data terdapat kesalahan dan station akan kembali mengirimkan transmisi disertai framenya. Format frame ACK diperlihatkan pada Gambar 2.10. RA dari frame ACK memuat salinan dari field address-2 dari frame sebelumnya. Jika banyak bit fragmen yang di set ke 0 pada field control frame sebelumnya, nilai dari duration field akan diset ke 0. Dalam hal lainnya nilai dari duration field berisikan nilai 1.
Octets : 2 2 6 4
MAC Header
2.6.3 Manajemen Frame
Manajemen frame pada WLAN standar 802.11 menjadikan station dapat mengatur dan menjalankan komunikasi. Beberapa manajemen frame 802.11 yang umum adalah [1] :
1. Frame Autentikasi
Frame ini digunakan pada saat proses autentikasi yang merupakan proses dimana AP menerima atau menolak sebuah identitas pada NIC radio.
2. Frame Deautentikasi
Frame ini digunakan oleh station untuk dikirim ke station lain jika station tersebut mengakhiri komunikasi yang secure.
3. Frame Association Request
Frame ini adalah frame yang digunakan pada saat terjadinya proses association (penggabungan) antara NIC radio dengan AP. NIC radio akan memulai proses association dengan mengirimkan frame permintaan association ke AP.
4. Frame Association Response
Frame ini akan dikirim oleh AP ke NIC radio yang berisi persetujuan atau penolakan terhadap NIC radio yang meminta association.
5. Frame Reassociation Request
Frame ini adalah frame yang digunakan oleh NIC radio saat ingin melakukan
association dengan AP yang baru ketika NIC berpindah tempat dari satu AP
6. Frame Reassociation Response
Frame ini dikirim oleh access point yang berisi pemberitahuan persetujuan atau penolakan terhadap NIC radio yang meminta proses reassociation. 7. Frame Diassociation
Frame ini digunakan pada saat sebuah station ingin menghentikan proses association. Seteleh menerima frame ini, AP akan melepaskan alokasi memori dan menghapus NIC radio di tabel association.
8. Frame Beacon
Frame ini merupakan frame yang akan dikirim oleh AP untuk memberitahukan keberadaannya serta informasi relay kepada setiap NIC radio wireless station . Melalui frame ini NIC kemudian akan menentukan AP yang terbaik untuk melakukan association.
9. Frame Probe Request
Frame ini digunakan oleh station untuk mengetahui atau memperoleh informasi dari station yang lain. Dengan frame ini NIC radio akan melakukan pemeriksaan dan menentukan AP mana yang ada pada jarak range penerimaannya.
10. Frame Probe Response
2.7 Inter Frames Spaces ( IFS )
Inter Frames Space merupakan interval waktu diantara frame-frame yang digunakan untuk menyatakan beberapa kondisi atau keadaan ketika sebuah node ingin mengirimkan paket datanya. Dalam WLAN 802.11 terdapat 4 jenis Inter Frames Space, yaitu : [7]
1. SIFS (Short Inter Frames Space)
SIFS merupakan interval waktu yang digunakan untuk memberikan delay pada saat pengiriman dan penerimaan frame RTS, CTS, DATA dan ACK. SIFS merupakan interval waktu paling kecil diantara Inter Frames Space. 2. PIFS (Point Coordination Inter Frames Space)
PIFS digunakan oleh AP atau titik koordinator untuk memperkuat akses ke medium sebelum ada node lain yang melakukannya. PIFS memiliki interval waktu yang lebih lama dari SIFS.
3. DIFS (Distributed Inter Frames Space)
DIFS digunakan oleh suatu station ketika akan memulai transmisi baru. IFS ini bernilai satu DIFS ditambah satu time slot.
4. EIFS (Extended Inter Frames Space)
BAB III
CSMA/CA (CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS WITH COLLISION AVOIDANCE))
3.1 Umum
Dalam jaringan WLAN, ketika suatu wireless station telah melakukan asosiasi dengan AP, maka saat itu akan terjadi proses pentransmisian frame data dari dan ke AP. Tetapi kadangkala kebanyakan wireless station dalam jaringan ingin mengirim frame data secara bersamaan dalam waktu yang sama dan dengan melewati kanal yang sama pula. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya tubrukan data antar station sehingga proses transmisi menjadi gagal. Untuk itu diperlukan suatu protokol akses medium untuk mengkoordinasi proses transmisi data antar station tersebut.
Pada WLAN 802.11 ada 2 jenis metode akses dasar yang digunakan, yaitu PCF (Point Coordination Function) dan DCF (Distributed Coorination Function). Pada metode PCF proses transmisi frame data akan dikoordinasi oleh MAC pada AP. Sedangkan pada DCF keputusan kapan transmisi akan dilakukan ada pada keseluruhan wireless station. Metode DCF merupakan dasar dari protokol akses random CSMA/CA yang merupakan metode akses yang digunakan oleh WLAN 802.11.
suatu frame data terlebih dahulu mendeteksi keadaan medium dengan menggunakan mekanisme Carrier Sense. Untuk Meminimalisir terjadinya tubrukan saat frame data ditransmisikan, protokol CSMA/CA menggunakan skema Collision Avoidance (CA) dengan menggunakan transmisi frame RTS, CTS, dan ACK. Penggunaan Frame-frame tersebut juga dapat menghindari terjadinya “Hidden Node” yang dapat menurunkan kinerja komunikasi hingga 40% pada seluruh jaringan.
3.2 Metode Akses Dasar
Sebelumnya sudah disebutkan bahwa ada 2 metode akses dasar yang digunakan pada jaringan WLAN 802.11 untuk mengendalikan proses transmisi data melalui medium, yaitu metode PCF dan DCF. Kedua metode tersebut akan dijelaskan secara lebih mendalam pada subbab berikut.
3.2.1 PCF (Point Coordination Function)
menunggu giliran hingga ditunjuk oleh AP untuk dapat melakukan proses transmisi data.
3.2.2 DCF (Distributed Coordination Function)
Metode DCF merupakan metode akses dimana keputusan kapan transmisi tersebut akan dilakukan ada pada keseluruhan station wireless. Setiap station akan mendengar (Sense) terlebih dahulu sebelum melakukan transmisi. Jika Station tersebut mendengar bahwa frekuensi terlalu sibuk, maka sation tersebut akan melakukan proses tunggu dengan waktu random dan mencoba mengirim transmisi kembali jika jalur sudah bersih. Dalam metode ini proses transmisi data menggunakan frame RTS, CTS, dan ACK.
akses utama jaringan WLAN 802.11. Cara kerja metode DCF seperti di atas dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Metode DCF
3.3 Prinsip Kerja CSMA/CA
3.3.1 Proses Mendengarkan (sense) Medium
Telah disebutkan sebelumnya bahwa dalam protokol CSMA/CA sebuah station yang ingin mengirimkan paket datanya harus terlebih dahulu mendengar medium apakah berada dalam keadaan sibuk atau tidak. Proses ini penting karena jika medium sibuk station tidak bisa mengirimkan paketnya karena akan menyebabkan terjadinya tubrukan data dengan station lain. Station hanya akan mengirimkan paket datanya apabila medium sedang berada dalam keadaan Idle (kosong). WLAN 802.11 mendefinisikan proses mendengar medium ini ke dalam 2 cara, yaitu Physical Carier Sense dan Virtual Carier Sense.
3.3.1.1 Physical Carier Sense
3.3.1.2 Virtual Carier Sense
Untuk mengurangi kemungkinan dua station saling bertabrakan karena tidak dapat mendengar satu sama lain, maka pada saat mendengar medium WLAN 802.11 mendefinisikan suatu mekanisme Virtual Carier Sense. Dalam metode ini setelah mendengar bahwa medium dalam keadaaan kosong selama interval waktu DIFS, station akan mengirimkan satu frame unik yang memuat suatu indikator Network
Allocation Vector (NAV). NAV berisikan waktu yang digunakan oleh station untuk
mendengar medium, termasuk waktu dalam mengirim frame ACK [7]. Proses deteksi medium ini menggunakan pertukaran frame RTS dan CTS. Pada saat NAV dikirim maka station lain tidak dapat melakukan pengiriman data. Station lain baru akan mencoba kembali memonitor medium setelah NAV selama durasi DIFS.
3.3.2 Mekanisme Pengiriman Paket Data pada CSMA/CA
backoff counter akan berkurang kembali setelah medium bersih selama periode DIFS. Proses ini akan terus berulang hingga nilai backoff counter menjadi nol dan note telah diijinkan untuk mengirim paket.
Periode Idle setelah DIFS disebut sebagai Contention Window (CW). Nilai minimum dari CW ini dapat dilambangkan dengan w. Nilai CW akan bertambah hingga mencapai harga maksimum Wmax yang menunjukkan ukuran tertinggi dari CW. Nilai CW tersebut akan kembali ke nilai semula yaitu w ketika transmisi telah berhasil.
Protokol CSMA/CA menggunakan dua jenis skema dalam pentransmiusian paket, yaitu skema pananganan dua arah (two-way handshaking scheme) atau skema dasar CSMA dan skema penanganan empat arah (four-way handshaking scheme) yang memamfaaykan frame RTS dan CTS.
3.3.2.1 Skema Penanganan Dua Arah
node pengirim bahwa paket telah diterima oleh node penerima dengan benar. Skema ini dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Skema Dasar CSMA/CA
3.3.2.2 Skema Penanganan Empat Arah
Gambar 3.3. Metode CSMA/CA dengan RTS/CTS
3.4 Kinerja CSMA/CA
Untuk menentukan kualitas dari ptotokol CSMA/CA maka perlu dilakukan pengukuran terhadap kinerjanya pada jaringan. Dalam hal ini kinerja yang dimaksud adalah ukuran throughput dan delay dari transmisi sistem. Untuk menganalisis kinerja sistem maka terlebih dahulu diperlukan pemodelan dari sistem jaringan yang akan dianalisis.
3.4.1Model Sistem Yang Dianalisis
Setiap paket akan mulai ditransmisikan pada awal slot dengan panjang paket untuk setiap station dianggap sama dan waktu transmisinya dinyatakan dengan Tp. Pada akhir dari slot, setiap station akan berada diantara kondisi idle atau backoff. Pada kondisi Idle masing-masing station akan membangkitkan satu paket baru dalam satu slot dengan probabilitas g. Jika paket yang ditransmisikan berhasil, maka station akan tetap berada pada kondisi Idle. Suatu station dikatakan berada pada kondisi Backoff jika paket yang ditransmisikan diblok oleh medium karena kanal sedang berada dalam kondisi sibuk. Pada kondisi ini station akan mengatur suatu nilai random backoff yang memberikan waktu dalam slot bagi station tersebut untuk menunggu hingga kanal menjadi idle dan transmisi dapat dilakukan. Pada kondisi ini tidak ada paket baru yang dibangkitkan dan station akan tetap berada pada kondisi tersebut hingga transmisi pada medium sudah berhasil dan kanal menjadi bersih.
Gambar 3.5. Model SistemYang Dianalisis. A
Time Slot Random Backoff
3.4.2Throughput dan Delay Paket Rata-Rata
Dalam sistem besar beban jaringan yang menyatakan total paket yang ditransmisi akan dinyatakan dengan G dan laju tiba suatu paket dalam satu slot dilambangkan dengan g. Dimana :
G
Mg =α , (1)
Throughput pada protokol CSMA/CA dapat diartikan sebagai waktu rata-rata yang digunakan untuk transmisi dalam satu cycle berbanding dengan panjang cycle keseluruhan. Sedangkan delay paket rata-rata merupakan jumlah rata-rata station pada kondisi backoff berbanding dengan besar throughput yang dimiliki. Cycle merupakan suatu periode transmisi atau periode sibuk yang terdiri dari periode tubrukan (C) dan periode sukses transmisi (T) dan dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Peride Transmisi dan Idle CSMA/CA
Periode suksesnya transmisi T merupakan jumlah dari waktu transmisi paket, waktu transmisi ACK, waktu transmisi RTS dan CTS, periode DIFS, 2 periode SIFS ditambah 4 delay propagasi. Sehingga persamaannya dapat dinyatakan dengan :
α τ θ γ
β α
α) 4 2 )/
/
(( + + + + + +
= Tp f
Karena tubrukan di ukur pada waktu transmisi RTS, maka setelah mengirim RTS pengirim akan menunggu selama periode SIFS ditambah dengan satu delay propagasi dan pengirim tidak dapat menerima CTS. Sehingga Periode Collision C dapat dinyatakan dengan :
α γ θ β
α )/
2
( + + +
=
C , (3)
Dimana :
Tp = Waktu Transmisi Paket α= Delay Propagasi
β= Delay DIFS γ= Delay SIFS
θ= Waktu Transmisi RTS
τ
= Waktu Transmisi CTS f = Waktu Transmisi ACKGambar 3.7. Karakteristik Slot CSMA/CA dalam Markov Chain
0, untuk k < I,
Dimana i dan k menyatakan elemen-elemen dari matriks S dan F.
Pada saat transmisi gagal maka akan ada satu node pada kondisi Idle yang akan berada pada kondisi backoff dan kondisi ini akan dinyatakan dengan matriks Q. edangkan bila kondisi berhasil maka akan mengurangi satu node pada kondisi backoff dan dinyatakan dengan matriks J. Dimana :
0, untuk k<i
Sehingga matriks transisi diantara dua embedded slot dapat dinyatakan dengan
Pada embedded slot perlu dinyatakan distribusi probabilitas dari setiap station Nt yang di dapat dengan persamaan :
P
π
π
= (9)Dengan π =[π0,π1,π2,...πM] dan =
=
M
i i 0
0 π .
Jumlah station yang berada pada kondisi backoff pada awal slot t akan dinyatakan dengan suatu variable random Nt. Karena dalam sistem terdapat M station maka Nt akan menjadi 0,1,2,……,M. Dalam Markov chain Nt memiliki N+1 tingkatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Deret-Deret Node Dalam Markov Chain
)
Tp = Waktu transmisi paket data d = Panjang periode DIFS dalam slot b = ukuran rata-rata backoff counter
Selanjutnya perlu dirumuskan periode Idle rata-rata dari sistem. Dengan menyatakan bahwa probabilitas tidak ada station yang akan mentransmit adalah (1-Vi)i (1-g)M-i, maka periode Idle rata-rata dapat diberikan dengan rumus :
i station pada kondisi backoff (i). Probabilitas suksesnya transmisi tersebut dapat dinyatakan dengan :
=
Untuk dapat merumuskan persamaan dari delay rata-rata maka terlebih dahulu perlu untuk mengetahui persamaan dari jumlah rata-rata station yang berada pada kondisi backoff. Jumlah tersebut merupakan perbandingan dari rasio jumlah keseluruhan dari node backoff dalam suatu cycle dengan panjang cycle rata-rata, sehingga persamaanya dapat dinyatakan dengan :
=
Akhirnya delay rata-rata dari CSMA/CA dapat dinyatakan dengan :[8] .
/S N
BAB IV
ANALISIS KINERJA CSMA/CA
4.1 Umum
Setelah mendapatkan persamaan-persamaan yang menyatakan kinerja dari protokol CSMA/CA di bab 3, maka dalam bab ini akan dilakukan analisis terhadap kinerja tersebut untuk mendapatkan besarnya throughput dan delay paket rata-rata dari protokol CSMA/CA dan bagaimana pengaruhnya dengan jumlah beban paket yang ditransmisikan. Proses analisis akan dilakukan dengan 2 cara, yaitu analisis kinerja untuk jumlah station yang berbeda dan untuk waktu transmisi paket yang berbeda. Proses analisis akan dibantu dengan menggunakan suatu perangkat lunak Matlab.
4.2 Parameter-Parameter Yang Digunakan Dalam Analisis
Tabel 4.1 Parameter-Parameter Analisis
Nama Parameter Lambang Nilai
Jumlah Station M 5, 10 dan 30
Delay Propagasi α 0.01
Delay SIFS γ 0.01
Delay DIFS β 0.03
Waktu Transmisi Paket Tp 100,150 dan 200 slot
Waktu Transmisi ACK f 0.05
Waktu Transmisi RTS 0.05
Waktu Transmisi CTS τ 0.05
Rata-rata Backoff Counter b 3.5
Jumlah Beban (load) G 0.1, 0.2, 0.3,….1
4.3 Sistem Analisis dengan Matlab
jumlah node A pada kondisi backoff. Bahkan untuk mempermudah perhitungan throughput S dan delay paket rata-rata D, penulis juga akan menjadikan setiap penyebut dan pembilang dari keduanya sebagai suatu matriks.
Dalam persamaan nilai i dan k menyatakan besarnya jumlah station pada suatu sistem. Keduanya memiliki nilai i dan k untuk 0 sampai M. Dalam Matlab nilai i dan k tersebut akan dijadikan sebagai elemen baris dan kolom dari suatu matriks. Dalam Matlab setiap matriks memiliki jumlah elemen yang dinyatakan sebagai bilangan asli yang dimulai dengan angka 1, sehingga untuk menggunakan persamaan diperlukan penyesuaian.
Agar nilai matriks dalam matlab berharga sama dengan persamaan pada bab 3, maka setiap elemen i dan k pada Matlab dianggap sebagai (i-1) dan (k-1) pada persamaan. Sehingga umtuk i atau k = 0 sampai dengan M dalam Matlab akan menjadi i atau k = 1 sampai M+1. Hal ini juga berlaku untuk setiap nilai i dan k dalam persamaan-persamaan yang akan menjadi (i-1) dan (k-1) pada Matlab.
4.4 Analisa Kinerja CSMA/CA
Kinerja dari protokol CSMA/CA yang akan dianalisis meliputi throughput dan delay paket rata-ratanya. Keduanya akan dianalisis berdasarkan jumlah beban paket yang akan ditransmisikan ke dalam sistem atau disebut juga dengan Load. Hasil analisis akan dicari untuk berbagai jumlah station dan panjang paket.
transmisi paket berubah-ubah maka ketiganya akan dijadikan sebagai input dan ditampilkan. Dalam Matlab program untuk menampilkan load, jumlah station dan waktu transmisi paket dapat dibuat dengan :
disp('Masukkan Paramter simulasi');
G=input('Jumlah Load:');
M=input('Jumlah Station:');
Tp=input('waktu transmisi paket:’);
Dari harga tersebut kemudian dapat di cari besar probabilitas Vi dan laju tiba paket g yang di dapat dari persamaan (1) dan (10). Setelah itu akan dihitung matriks probabilitas transisi P diantara dua Embedded Slot. Untuk mendapatkan matriks P maka terlebih dahulu harus ditentukan besar matriks-matriks transisi s, f, q dan j pada persamaan (4), (5), (6) dan (7). Untuk mendapatkan harga matriks yang sesuai maka terlebih dahulu matriks-matriks tersebut akan diumpamakan sebagai matriks nol dengan elemen (i,k) terlebih dahulu. Sehingga dalam Matlab proses perhitungan matriks-matriks tersebut akan menjadi :
s=zeros(M+1,M+1);
for i=1:M+1
for k=1:M+1
statement
end end
Demikian juga untuk ke-3 matriks lainnya. Dan dari persamaan (8) akan di dapat besar matriks transisi P.
persamaan linear. Persamaan-persamaannya akan di dapat dari persamaan (9), yaitu
π , sehingga di dapat beberapa persamaan seperti berikut :
1
Persamaan-persamaan linear tersebut akan di bagi ke dalam bentuk Matriks. Katakanlah matriks A, B dan phi. Matriks A berisi urutan-urutan elemen matriks P pada persamaan di atas. Matriks B berisi nilai persamaan tersebut, yaitu B = [ 1; 0; 0;…….0 untuk M+1]. Sedangkan matriks phi berisi nilai distribusi probabilitas tiap-tiap station. Dan melalui persamaan phi= A\B maka akan di dapat besar masing-masing distribusinya.
I=zeros(M+1,M+1); Ps=zeros(M+1,M+1);
for i=1:M+1
statement end
Akhirnya setelah mendapatkan semua nilai diatas barulah dapat dihitung besar throughput dengan persamaan (13). Masing-masing pembilang dan penyebutnya akan dinyatakan sebagai matriks nol elemen (i) seperti I(i) dan Ps(i). Dimana pembilangnya dinyatakan sebagai Sa dan penyebut sebagai Sb. Akhirnya dalam Matlab throughput dapat di cari dengan :
S=sum(Sa)/sum(Sb)
Untuk mendapatkan besar delay paket rata-ratanya maka pertama kali perlu dihitung besar probabilitas
δ
i yang menyatakan bahwa tidak ada terminal yang siap mentransmit di slot t dan jumlah node A(i) yang diharapkan pada kondisi backoff. Kembali ke dua nilai tersebut akan dinyatakan sebagai suatu matriks seperti sebelumnya, sehingga dari persamaan (13) dan (14) dalam Matlab menjadi :deta1=zeros(M+1,1);
for i=1:M+1
Setelah itu kita akan mencari jumlah rata-rata node N pada kondisi backoff melalui persamaan (12). Setiap pembilang dan penyebutnya akan di cari secara terpisah seperti yang dilakukan pada throughput, dimana pembilang akan dinyatakan dengan Na dan penyebutnya dengan Nb. Keduanya akan dibentuk ke dalam suatu matriks nol dengan elemen (i). Dan dari persamaam (12) di dapat :
Na=zeros(M+1,1); Nb=zeros(M+1,1);
for i=1:M+1
statement
end
N=sum(Na)/sum(Nb)
Akhirnya dengan menggunakan persamaan (15) akan didapat besar delay paket rata-ratanya dan dinyatakan dengan :
D=N/S
Tabel 4.2 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 5
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.0972 0.0100
0.2 0.1882 0.0100
0.3 0.2717 0.0100
0.4 0.3465 0.0100
0.5 0.4118 0.0100
0.6 0.4672 0.0101
0.7 0.5131 0.0101
0.8 0.5501 0.0101
0.9 0.5795 0.0101
1 0.6024 0.0101
Tabel 4.2 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 15
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.0990 0.0100
0.2 0.1954 0.0100
0.3 0.2883 0.0100
0.4 0.3757 0.0100
0.5 0.4543 0.0101
0.6 0.5194 0.0101
0.7 0.5698 0.0101
0.8 0.6045 0.0101
0.9 0.6275 0.0102
Tabel 4.3 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Jumlah Station (M) = 30
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.0993 0.0100
Dari tabel-tabel di atas maka dapat digambarkan grafik hubungan antara besar total trafik yang ditransmisikan dengan throughput dan delay paket rata-rata pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Analisis CSMA/CA Untuk Jumlah Station Berbeda
M=5 M=15 M=25
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Analisis Delay Paket Rata-Rata Untuk Jumlah Station Berbeda
M=5 M=15 M=25
Gambar 4.2 Grafik Delay Peket Rata-Rata Untuk Jumlah Station Yang Berbeda
Di Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa besar throughput akan meningkat seiring bertambahnya jumlah beban data yang ditransmisikan. Hal ini dikarenakan dengan semakin banyak paket baru yang dibangkitkan dan mendeteksi medium, maka akan semakin banyak pula transmisi paket data yang berhasil karena dalam protokol CSMA/CA periode tubrukan data dapat dikurangi. Gambar 4.1 juga menunjukkan bahwa throughput sistem menjadi lebih baik dengan bertambahnya jumlah station. Hal ini dikarenakan dengan bertambahnya jumlah station maka jumlah paket yang ditransmisikan bertambah sehingga paket yang sukses ditransmisi juga ikut bertambah.
4.4.2 Analisis Kinerja CSMA/CA Dengan Waktu Transmisi Paket Yang Berbeda
Dalam proses analisis ini akan dicari pengaruh waktu transmisi paket terhadap kinerja dari protokol CSMA/CA. Disini dianggap sistem mempunyai waktu transmisi paket yang berbeda yaitu 100, 150 dan 200 slot. Jumlah station jaringan sebanyak 15 station. Melalui program analisis pada lampiran, maka akan di dapat kinerja jaringan untuk panjang paket-paket tersebut. Hasil analisanya dapat dilihat pada Tabel 4.5, 4.6 dan Tabel 4.7
Tabel 4.5 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Panjang Paket (Tp) = 100
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.0990 0.0100
0.2 0.1954 0.0100
0.3 0.2883 0.0100
0.4 0.3757 0.0100
0.5 0.4543 0.0101
0.6 0.5194 0.0101
0.7 0.5698 0.0101
0.8 0.6045 0.0101
0.9 0.6275 0.0102
Tabel 4.6 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Panjang Paket (Tp) = 150
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.1478 0.0067
0.2 0.2896 0.0067
0.3 0.4206 0.0067
0.4 0.5313 0.0067
0.5 0.6111 0.0067
0.6 0.6598 0.0067
0.7 0.6869 0.0067
0.8 0.7023 0.0068
0.9 0.7120 0.0068
1 0.7190 0.0068
Tabel 4.7 Analisis Kinerja CSMA/CA Untuk Panjang Paket (Tp) = 200
Load Throughput Delay Paket
0.1 0.1961 0.0050
0.2 0.3800 0.0050
0.3 0.5366 0.0050
0.4 0.6432 0.0050
0.5 0.6990 0.0050
0.6 0.7254 0.0051
0.7 0.7395 0.0051
0.8 0.7488 0.0051
0.9 0.7561 0.0051
Dari tabel-tabel di atas maka dapat digambarkan hubungan antara throughput dan delay paket rata-ratanya untuk berbagai panjang paket tersebut. Hasil analisanya dapat ditunjukkan pada Gambar 4.3 dan 4.4.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Analisis Throughput CSMA/CA Dengan Waktu Transmisi Paket Berbeda
Tp=100 Tp=150 Tp=200
Gambar 4.3 Grafik Analisis Throughput CSMA/CA Untuk Panjang Paket Yang Berbeda
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Analisis Delay CSMA/CA Dengan Waktu Transmisi Paket Berbeda
Tp=100 Tp=150 Tp=200
Gambar 4.4 Grafik Analisis Delay Paket Rata-Rata CSMA/CA Dengan Panjang Paket Yang
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa besar throughput akan menjadi lebih baik untuk waktu transmisi paket yang lebih lama. Hal ini dikarenakan oleh prosedur backoff dari sistem. Dimana dengan bertambahnya waktu transmisi paket maka periode sukses transmisi juga ikut bertambah dan semakin kecil periode tubrukan atau backoff sehingga jumlah transmisi paket data yang berhasil juga ikut bertambah.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Protokol MAC CSMA/CA yang digunakan dalam WLAN mampu menghindari terjadinya tubrukan ketika paket data sedang ditransmisikan, hal ini karena tubrukan akan terjadi pada saat protokol mendeteksi keadaan medium.
2. Besarnya throughput protokol CSMA/CA sangat dipengaruhi oleh besarnya periode sukses transmisi dimana throughput akan semakin besar bila periode sukses transmisi juga ikut membesar.
3. Dengan semakin bertambahnya jumlah paket yang ditransmisikan maka throughput sistem akan meningkat juga. Hal ini dikarenakan semakin banyak paket yang ditransmisi maka jumlah paket yang berhasil dikirim juga ikut bertambah karena terjadinya tubrukan antar paket data dapat dihindari. 4. Besarnya throughput juga akan lebih baik ketika waktu transmisi paket dan
jumlah station dalam jaringan meningkat. Hal ini dikarenakan meningkatnya periode transmisi dan jumlah paket yang membuat periode sukses transmisi juga ikut bertambah.
artinya banyak paket mengalami delay transmisi. Tetapi delay akan semakin berkurang ketika waktu transmisi paket bertambah, karena dengan meningkatnya waktu transmisi maka periode sukses ikut meningkat yang mengakibatkan periode gagal (backoff) berkurang.
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mulyanta, Edi S. 2003.”Pengenalan Protokol Jaringan Komputer”. Andi. Yogyakarta.
[2] Gunadi. 2006. “ Teknologi Wireless LAN dan Aplikasinya “. Elex Media Komputindo. Jakarta.
[3] Tanenbaum S. “Computer Network: Fourth Edition”. http://authors.php.com [4] “802.11 PHY Layers”.
http://searchmobilecomputing.techtarget.com/searchmo-bileComputing/downloads/CWAP_ch8.pdf
[5] Geier J.2002. “Understanding 802.11”. http://www.wi-fiplanet.com/tutorials/-Article.php.
[6] Ross. Kurose F. 2005. “Computer Networking : A Top-Down Approach Featu-ring the Internet”. Pearson Addison Wesley. USA.
[7] Brenner P. “A Technical Tutorial on the IEEE 802.11 Protocol “. http://sss.-mag.com/pdf/802.11_tut.pdf
[8] Y. Chen, Q-A Zeng and D.P. Agraval. 2003. “ Performance of MAC Protocol
in Ad Hoc Network “. Department of RCECS University of Cincinnati.
LAMPIRAN
LISTING PROGRAM ANALISIS KINERJA CSMA/CA
%Program Analisa kinerja CSMA/CA
%%%%%%%%%%Analisa Throughput%%%%%%%%%%% %
disp('Masukkan Parameter simulasi');
G=input('Jumlah Load:');
C=(2*alpha+beta+delta+gama)/alpha; %Periode Tubrukan
T=(1+4*alpha+beta+2*gama+F+delta+tao)/alpha; %Periode Sukses
Transmisi %
d=beta/alpha;
%Laju tiba suatu paket
g=G*alpha/M;
%Probabilitas Suatu Node Mendeteksi Medium di Awal Slot t
v=1/(Tp/2+d+b+M*g*(d+b)*(d+Tp));
%
%Menentukan Matrix Transisi P %
s=zeros(M+1,M+1); %Matrix menyatakan hanya ada 1 node yang siap
mengirim paket pada slot t1+1
for i=1:M+1
f=zeros(M+1,M+1); %Matrix Menyatakan ada lebih dari satu Node Yang
for i=1:M+1
q=zeros(M+1,M+1); %Matriks yang menyatakan perpindahan node dari
kondisi idle ke kondisi backoff
for i=1:6
j=zeros(M+1,M+1); %Matrix Yang Menyatakan bahwa setiap satu
transmisi sukses akan mengurangi 1 Node pada kondisi backoff
a(i,k)=(P(i,k)-1);
Ps=zeros(M+1,M+1); %Probabilitas Suksesnya suatu transmisi
for i=1:M+1
I(i)=1/(1-(1-v)^(i-1)*(1-g)^(M-i+1));
Ps(i)=((M-i+1)*g*(1-g)^(M-i)*(1-v)^(i-1)+(i-1)*v*(1-v)^(i-2)*(1-g)^(M-i+1))/(1-(1-v)^(i-1)*(1-g)^(M-i+1));
Sb(i)=phi(i)*(I(i)+1+Ps(i)*T+(1-Ps(i))*C); end
%
S=sum(Sa)/sum(Sb); %Persamaan Throughput
disp('Nilai Throughput adalah...');
S
Na=zeros(M+1,1); Nb=zeros(M+1,1);
for i=1:M+1
Na(i)=phi(i)*((factorial(i-1)/(factorial(i+deta(i)-2)*factorial(1-deta(i))))+A(i));
Nb(i)=phi(i)*(I(i)+1+Ps(i)*T+(1-Ps(i))*C); end
%
N=sum(Na)/sum(Nb); %Jumlah Node rata-rata dalam kondisi backoff
%
D=N/S; %Persamaan Delay Paket Rata-rata
disp('Delay Paket Rata-ratanya adalah...');
D
