Evaluasi Kinerja VANET pada Berbagai Model
Propagasi Menggunakan Simulator Jaringan NS-3
Agus Nursalam Kitono
1), Teuku Yuliar Arif
2), Melinda
3) 1,2,3)Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah KualaBanda Aceh, Indonesia
1)[email protected], 2)[email protected], 3)[email protected]
Abstrak— Jumlah kendaraan terus menerus bertambah,
hal ini menyebabkan terjadinya kemacetan terutama di kota-kota besar. Salah satu upaya untuk mengurangi kemacetan yaitu dengan memanfaatkan sistem VANET. VANET merupakan singkatan dari Vehicular Ad-Hoc Networks dimana setiap node dalam jaringan merupakan kendaraan seperti mobil. VANET bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau vehicle to vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya atau vehicle
to roadside unit (V2R). Dengan demikian kendaraan dapat
saling bertukar informasi tentang kondisi lalu-lintas di sekitarnya. Informasi tersebut dapat berupa informasi kemacetan, kecelakaan dan informasi penting lainnya. Dengan adanya komunikasi tersebut maka sistem VANET ini dapat meningkatkan keselamatan lalu-lintas. Dalam penerapannya, kinerja jaringan VANET sangat dipengaruhi oleh model propagasi. Pada paper ini dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh berbagai propagasi terhadap kinerja VANET berdasarkan parameter throughput, packet-loss dan
delay menggunakan simulator NS-3. Hasil simulasi memperlihatkan bahwa model urban,
non-fading-rural, fading-nakagami-non-fading-rural, dan fading-jakes-rural memiliki
perbedaan jarak jangkau 80 sampai 130 meter untuk tiap model propagasinya. Untuk semua model
fading-nakagami-urban jarak jangkau maksimal hanya 150 meter dan model fading-jakes-urban jarak jangkauan berkisar 140 – 250 meter.
Kata kunci : Kinerja, VANET, Simulasi, Propagasi
I.
Pendahuluan
Jumlah kendaraan terus menerus bertambah tiap-tahunnya [7], hal ini menyebabkan terjadinya kemacetan terutama di kota-kota besar. Salah satu upaya untuk mengurangi kemacetan yaitu dengan memanfaatkan sistem VANET. VANET merupakan singkatan dari Vehicular
Ad-Hoc Networks dimana setiap node dalam jaringan
merupakan kendaraan seperti mobil. VANET bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau vehicle to vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya atau vehicle to roadside unit (V2R).
Dengan VANET setiap kendaraan akan dapat saling bertukar informasi tentang kondisi lalu-lintas di sekitarnya,
informasi tersebut dapat berupa informasi kemacetan, kecelakaan dan informasi penting lainnya [4].
Dalam penerapannya, kinerja VANET sangat dipengaruhi oleh model propagasi. Sebuah model propagasi tidak dapat digunakan disemua tempat karena masing-masing tempat punya karakteristik yang berbeda-beda. Hal ini menyebabkan VANET tidak dapat menggunakan model propagasi yang sama disetiap tempat, oleh karena itu perlu dilakukan penelitian terhadap model-model propagasi yang mempengaruhi kinerja VANET.
Fokus utama penelitian VANET ini adalah kinerja komunikasi antara vehicle to roadside unit (V2R). Penelitian VANET secara langsung/real membutuhkan biaya yang mahal dan waktu penelitian yang lama, sehingga solusi yang diambil untuk penelitian ini adalah dengan melakukan simulasi menggunakan perangkat lunak simulator jaringan NS-3. Dengan menggunakan simulator jaringan NS-3 penelitian VANET akan lebih murah dan tidak membutuhkan waktu yang lama untuk mengetahui hasilnya.
II.
Dasar Teori
A. VANET (Vehicular Ad hoc Network)
VANET (Vehicular Ad hoc Networks) adalah jaringan dimana setiap node merupakan kendaraan seperti mobil. Sistem tersebut bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau Vehicle to Vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya, atau Vehicle to Roadside unit (V2R). Dengan adanya komunikasi tersebut maka sistem ini dapat meningkatkan keselamatan lalu-lintas dengan memberikan informasi yang tepat waktu kepada pengemudi dan pihak yang berwenang [1].
B. IEEE 802.11p
IEEE 802.11p merupakan salah satu bagian dalam kumpulan protokol yang disebut dengan Wireless Access in
Vehicular Environments (WAVE) yang dikembangkan oleh
IEEE. IEEE 802.11p, juga dikenal sebagai dedicated
short-range communication (DSRC). VANET telah mendapat
Dedicated Short Range Communication (DSRC)
merupakan sebuah layanan komunikasi pada jarak pendek sampai menengah yang beroperasi pada frekuensi 5.850 GHz – 5.925 GHz dan mempunyai 7 channel Untuk mendukung komunikasi Vehicle-to-Vehicle (V2V) [3].
Parameter standart untuk teknologi DSRC khususnya VANET dapat dilihat pada tabel 1.
C. Propagasi
Suatu bagian penting dari setiap simulasi jaringan nirkabel adalah pilihan tentang model propagasi yang akan digunakan untuk memodelkan kinerja saluran jaringan nirkabel atau set saluran. Model ini diperlukan dalam simulator untuk menghitung kekuatan sinyal transmisi nirkabel di stasiun penerima [8].
D. Network Simulator 3 (NS-3)
NS-3 adalah simulator jaringan, ditujukan terutama untuk penelitian dan penggunaan pendidikan. NS-3 adalah perangkat lunak bebas, dilisensikan di bawah lisensi GNU GPLv2, dan publik untuk penelitian, pengembangan, dan penggunaan [6].
Table 1. Parameter Standart DSRC
Table 2. Parameter Simulasi VANET
Gambar 1. Tahapan Penelitian
Gambar 2. Diagram Alir Penulisan Kode Program
III.
Metodologi Penelitian
A. Tahapan Penelitian (Diagram Alir)
Tahapan penelitian dapat dilihat pada gambar 1. Diawali dengan penelitian awal dan diakhiri dengan kesimpulan dan penulisan laporan.
B. Desain Jaringan VANET
VANET untuk kebutuhan penelitian ini terdiri dari dua
node yang terdiri dari node yang berupa mobil sebagai node
yang bergerak (mobile) dan Roadside unit sebagai node yang diam (fixed). Jarak antar node dalam simulasi diatur dari jarak 10 meter hingga 400 meter. Dalam rentang jarak tersebut akan diukur kinerja komunikasi antar node.
Propagasi yang digunakan adalah empat tipe
deterministic dan dua model propagasi fading. Model fading
akan dipasangkan dengan model deterministic. Untuk tiap
Frekuensi 5.850 – 5.925 GHz
Spectrum 75 MHz
Data Rate 6 Mbps – 27 Mbps
Jarak Maksimal Jangkauan 1000 meter Jarak Minimal Jangkauan 15.24 meter
Kapasitas Channel 7 channel
Downlink Power 33 dBm
Uplink Power 33 dBm
waktu simulasi 120 detik
Jarak antar node 10 meter – 250 meter (urban) 10 meter – 400 meter (rural)
Tipe kanal Wireless channel
Model propagasi
-two ray ground propagation -friss propagation -3log distance propagation
-log distance propagation -propagation fading nakagami
-propagation fading jakes
Mobility model -constanPositionMobility -random2dwalk mobility
Tipe Traffic TCP
Ukuran paket data 1500 bytes
Data Rate 6 Mbps
Lingkungan simulasi -Urban (perkotaan)
-Rural (pinggiran kota)
Jumlah Node 2 Node
Frekuensi 5.88Ghz
TxPowerStart 16.0206 dB
TxPowerEnd 16.0206 dB
Gain Antenna 1 dBm
EnergyDetectionThreshold -96 dB
Desain jaringan VANET untuk penelitian
Desain topologi simulasi
Pemrograman simulasi
Analisa hasil simulasi Penelitian awal
Kesimpulan dan penulisan laporan Pengujian
propagasi beberapa parameter harus disesuaikan untuk memodelkan lingkungan rural dan urban [2].
Selain tipe propagasi juga ada model traffic data yang digunakan dalam penelitian ini yaitu traffic dengan tipe data TCP. Besarnya packet size adalah 1500 bytes.
Parameter lengkap dari simulasi VANET yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada table 2.
C. Penulisan Kode Program Simulasi
Gambar 2 menunjukkan diagram alir dalam penulisan kode program simulasi VANET diawali dengan inisialisasi
node dan diakhiri dengan inisialisai On-Off Application. D. Parameter Yang Digunakan
Dalam penelitian ini ada beberapa parameter yang digunakan diantaranya adalah sebagai berikut :
Throughput, jumlah rata-rata pengiriman pesan/data yang sukses melalui saluran komunikasi.
Delay, rentan waktu yang dibutuhkan oleh sebuah data untuk melakukan perjalanan di seluruh jaringan dari satu node ke node yang lain.
Packet-loss, jumlah paket data yang hilang/loss selama komunikasi berlangsun
IV.
Hasil dan Pembahasan
A. Topologi Hasil Simulasi
Gambar 3 merupakan gambar topologi dari komunikasi
vehicle to roadside (V2R). Titik hijau merupakan roadside unit yang bersifat diam/fixed dan titik merah adalah vehicle
yang bersifat bergerak/mobile. Garis biru menunjukkan adanya komunikasi antara kedua node tersebut.
B. Grafik Throughput Hasil Pengujian
Grafik throughput model propagasi non-fading-urban dapat dilihat pada gambar 4. Grafik throughput model propagasi non-fading-rural dapat dilihat pada gambar 5. Pada lingkungan urban, model 3logdistance dan tworay hanya memiliki jarak jangkauan 120 – 140 meter sedangkan model friss dan logdistance memiliki jarak jangkau 200 – 230 meter. Pada lingkungan rural model logdistance dan
friss memiliki jarak jangkau 90 – 100 meter sedangkan
model 3logdistance dan tworay jarak jangkauannya 270 – 300 meter
Gambar 3. Topologi hasil Simulasi
Gambar 4. Grafik throughput model non-fading-urban
Gambar 5. Grafik throughput model non-fading-rural
Nilai throughput model propagasi fading-urban ditunjukkan pada gambar 6. Pada gambar 6 terlihat bahwa semua model propagasi yang termasuk kedalam model
fading-nakagami hanya memiliki jarak jangkauan sinyal
140 – 150 meter, jarak berikutnya hingga 250 meter tidak ada throughput yang didapatkan. Untuk model
logdistance-jakes dan tworay-logdistance-jakes jarak jangkauan sinyal hanya sejauh
130 - 140 meter. Sedangkan untuk model friss-jakes dan
3logdsitance-jakes nilai throughput masih ada hingga jarak
pengujian 250 meter.
Nilai throughput untuk model propagasi fading-rural dapat dilihat pada gambar 7. Model 3loggdistance dan
tworay baik fading-jakes dan fading-nakagami memiliki
jarak jangkauan sinyal dengan rentang jarak 280 – 300 meter. Sedangkan model friss dan logdistance baik
fading-jakes dan fading-nakagami hanya memiliki jarak jangkauan
sinyal pada rentang jarak 90 – 140 meter. Terlihat bahwa ada perbedaan jarak jangkauan yang jauh antara model
Gambar 6. Grafik throughput model fading-urban
Gambar 7. Grafik throughput model fading-rural
4.3 Grafik Packet-loss Hasil Pengujian
Gambar 8 menunjukkan persentase packet-loss untuk model propagasi non-fading-urban dan gambar 9 menunjukkan persentase packet-loss model
non-fading-rural. nilai packet-loss ini berbanding lurus terhadap jarak
pengujian, semakin jauh jarak pengujian maka persentase
packet-loss akan mengalami kenaikan hingga mencapai nilai
100%.
Persentase packet-loss model propagasi fading-urban ditunjukkan pada gambar 10. Terlihat bahwa persentase
packet-loss model friss-jakes dan logdistance-jakes
persentase packet-loss 20% - 30 % hal ini menandakan bahwa pada jarak pengujian 250 meter masih ada komunikasi yang berlangsung antara vehicle dan roadside.
Gambar 8. Grafik packet-loss model non-fading-urban
Gambar 9. Grafik packet-loss model non-fading-rural
Untuk model lainnya pada jarak 150 meter persentase
packet-loss sudah mencapai angka 100%.
Nilai persentase packet-loss untuk model propagasi
fading-rural dapat dilihat pada gambar 11. Terlihat bahwa model 3logdistance-jakes dan tworay-jakes memiliki pola yang
hampir sama dengan 3logdistance-nakagami dan
tworay-nakagami.
Pada rentang jarak 300 – 310 meter persentase
packet-loss mencapai angka 100%. Model friss-jakes dan logdistance-jakes memiliki pola persentase packet-loss yang
hampir sama dengan model friss-nakagami dan
logdistance-nakagami. Pergerakan nilai persentase mencapai nilai 100%
Gambar 10. Grafik packet-loss model fading-urban
Gambar 11. Grafik packet-loss model fading-nakagami-urban
4.4 Grafik Delay Hasil Pengujian
Nilai delay untuk model propagasi non-fading-urban dan non-fading-rural dapat dilihat pada gambar 12 dan gambar 13. Terlihat bahwa pada jarak tertentu garis pergerakan nilai delay terputus, hal ini disebabkan karena pada jarak tersebut tidak ada packet data yang berhasil dikirimkan dari node asal menuju node tujuan.
Pada gambar 12 dan gambar 13 terlihat nilai delay model propagasi tworay berkisar antara 4ms sampai 5ms. Nilai delay model friss dan logdistance berkisar antara 8ms sampai 20ms untuk lingkungan rural dan urban. Terlihat bahwa nilai delay berbanding lurus terhadap jarak pengujian, semakin jauh jarak pengujian maka nilai delay akan terus mengalami kenaikan.
Gambar 12. Grafik delay model non-fading-urban
Gambar 13. Grafik packet-loss model non-fading-rural
Gambar 14 menunjukkan nilai delay untuk model
fading-urban dan gambar 15 menunjukkan nilai delay untuk
model propagasi fading-rural. terlihat pergerakan nilai delay pada jarak tertentu mengalami kenaikan dan pada jarak tertentu mengalami penurunan, penurunan nilai delay ini disebabkan oleh nilai max dari delay pada jarak 160 meter lebih tinggi dibandingkan nilai max delay pada jarak 170 , untuk pengukuran nilai delay ini ada tiga model nilai yaitu
max, avg dan min. Nilai delay yang diambil untuk penelitian
ini adalah nilai avg yang merupakan nilai rata-rata dari total jumlah waktu dibagi dengan jumlah total packet yang dikirimkan.
Gambar 14. Grafik delay model fading-urban
Gambar 15. Grafik packet-loss model fading-rural
V.
Kesimpulan
Berdasarkan penelitian, pengujian dan analisa yang telah dilakukan maka hal-hal yang dapat disimpulkan adalah sebagai berikut :
1. Dari hasil pengujian, model propagasi
fading-nakagami-urban hanya memiliki jarak jangkauan sinyal
sejauh 130 -150 meter.
2. Pada jarak pengujian 250 meter model
3logdistance-jakes-urban dan friss-3logdistance-jakes-urban masih memiliki nilai throughput dengan kisaran nilai 0.8 Mbps – 1 Mbps.
3. Nilai delay pada model propagasi yang termasuk
fading-jakes dan fading-nakagami kadang mengalami
kenaikan dan kadang mengalami penurunan pada jarak-jarak tertentu.
4. Model 3logdistance-jakes-rural memiliki jarak jangkauan sinyal hingga 350 meter.
5. Dari hasil pengujian, model propagasi yang terbaik untuk lingkungan perkotaan (urban) adalah model propagasi logdistance-jakes.
6. Pada lingkuran rural model propagasi yang terbaik berdasarkan parameter throughput adalah model propagasi 3logdistance jakes.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Arbabi, H., Weigle, M.C., 2010. Highway mobility and vehicular ad-hoc networks in ns-3, in: Proceedings of the Winter Simulation Conference. Winter Simulation Conference, pp. 2991–3003.
[2] Benin, J., Nowatkowski, M., Owen, H., 2012. Vehicular Network simulation propagation loss model parameter standardization in ns-3 and beyond, in: Southeastcon, 2012 Proceedings of IEEE. IEEE, pp. 1– 5.
[3] Biddlestone, S., Redmill, K., Miucic, R., Ozguner, Ü., 2012. An Integrated 802.11p WAVE DSRC and Vehicle Traffic Simulator With Experimentally Validated Urban (LOS and NLOS) Propagation Models. IEEE Trans. Intell. Transp. Syst. 13, 1792– 1802. doi:10.1109/TITS.2012.2213816
[4] Giang, A.T., Busson, A., Lambert, A., Gruyer, D., 2012. An upper bound for capacity of VANET, in: Advanced Technologies for Communications (ATC), 2012 International Conference on. IEEE, pp. 304–308. [5] History of C++ - C++ Information [WWW Document],
n.d. URL http://www.cplusplus.com/info/history/ (accessed 3.20.14).
[6] ns-3 project, 2013. ns-3 Model Library, 3.19 ed. [7] Statistik, B.P., n.d. Perkembangan Jumlah Kendaraan
Bermotor Menurut Jenis tahun 1987-2012 [WWW
Document]. URL
http://www.bps.go.id/tab_sub/view.php?tabel=1&id_su byek=17¬ab=12 (accessed 3.20.14).
[8] Stoffers, M., Riley, G., 2012. Comparing the ns-3 Propagation Models. IEEE, pp. 61–67. doi:10.1109/MASCOTS.2012.17
