SIMULASI DAN ANALISA ALGORITMA PENJADWALAN KANAL PADA MODEL CORE ROUTER OPTICAL BURST SWITCH

(1)

SIMULASI DAN ANALISA ALGORITMA

PENJADWALAN KANAL PADA MODEL CORE ROUTER OPTICAL BURST SWITCH

(SIMULATION AND ANALYSIS OF CHANNEL SCHEDULING ALGORITHM IN OPTICAL BURST SWITCH CORE ROUTER MODEL)

Budi Pranoto¹, Hafidudin², A. Hambali³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

Abstrak

Pertumbuhan beban trafik in ternet yang meningkat secara tajam dapat diatasi dengan menerapkan jaringan optik yang berbasis Wavelength Division Multiplexing (WDM). Salah satu penerapan jaringan optik tersebut adalah dengan mengganti Electronic Packet Switch (EPS) dengan Optical Burst Switch (OBS) [2]. Salah satu masalah yang muncul dalam OBS adalah contention yang bisa dialami Data Burst (DB) pada panjang gelombang data output.

Masalah ini dapat diatasi dengan strategi contention resolution [7, 8, 9, 13]. Namun hasilnya belum optimal apabila tidak diterapkan algoritma penjadwalan DB yang tepat dan efektif pada alokasi panjang gelombang output yang tersedia.

Oleh karena itu, dalam Tugas Akhir ini dibuat simulasi penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB dengan menggunakan beberapa jenis algoritma, kemudian hasilnya diteliti dengan tujuan untuk menentukan algoritma mana yang memberikan kinerja yang optimal dalam hal Data Burst Loss Probability (DBLP) dan average delay.

Setelah simulasi dilakukan dan hasilnya dianalisa, secara umum ternyata RFAEC

memberikan kinerja yang paling baik dengan nilai DBLP dan average delay terkecil, disusul dengan LAUC-VF dan FF-VF. Sedangkan RFAAC memberikan kinerja yang paling jelek dengan nilai DBLP dan average delay terbesar. Namun demikian apabila diinginkan kinerja yang tetap dengan nilai DBLP dan average delay yang kecil, maka algoritma LAUC-VF dapat menjadi pilihan utama diantara ketiga algoritma yang lain dengan nilai DBLP dan average delay sekitar 6% dan 23 ms, jika panjang satu unit delay 32 Kbyte, jumlah FDL 8, dan beban trafik 0,8.

Kata Kunci : -

Tugas Akhir - 2007

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

(2)

Abstract

Growth of internet traffic load mounting incisively can be overcome by applying

optical network based on Wavelength Division Multiplexing (WDM). One application of the optical networks is by changing Electronic Packet Switch (EPS) with Optical Burst Switch (OBS) [2]. One of problems which emerge in OBS is contention which can be experienced by the Data Burst (DB) at wavelength of data output. This problem can be overcome with the strategy of contention resolution [7, 8, 9, and 13]. But it is result not optimal yet if it is not applied by an effective and correct DB scheduling algorithm at available wavelength output allocation.

Therefore, in this Final Project simulation of wavelength allocation scheduling for the DB is made by using some types of algorithm, then a result is purposed to determine which the algorithm is giving optimal performance in the case of Data Burst Loss Probability (DBLP) and average delay.

After simulation has done and it is result is analyzed, in general the RFAEC gives the best performance with the smallest value of DBLP and average delay, caught up by LAUCVF and FF-VF. While RFAAC give s the worst performance with the biggest value of DBLP and average delay. But that way, if want the constant performance which gives small value of DBLP and average delay, hence algorithm LAUC-VF can become a major choice among the others algorithms with the value of DBLP and average delay about 6% and 23 ms, if unit delay length 32 Kbytes, the FDL number 8, and load traffic 0. 8.

Keywords : -

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(3)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan beban trafik internet yang meningkat tajam pada beberapa tahun belakangan ini dan diperkirakan akan terus meningkat pada beberapa tahun ke depan menjadi motor dalam mempercepat perkembangan teknologi jaringan berbasis optik [2]. Saat ini fiber optik adalah media transmisi yang tepat digunakan untuk mengakomodasi beban trafik internet karena memiliki bandwidth yang lebih lebar dibandingkan dengan kabel tembaga [1].

Teknologi switching adalah salah satu tantangan yang harus dihadapi bila ingin membangun jaringan berbasis optik. Penerapan Electronic Packet Switch (EPS) pada kecepatan transmisi yang tinggi menyebabkan masalah bottleneck paket-paket data pada saat konversi sinyal optik menjadi ele ktrik (O/E) [8, 9], masalah tersebut diantaranya disebabkan karena keterbatasan kapasitas dan konsumsi daya yang besar untuk mendukung ratusan panjang gelombang [13]. Untuk mengatasi hal itu dikembangkan teknologi switching optik, dimana paket di-switching-kan secara transparan di domain optik, walaupun pemrosesan header-nya masih dalam domain elektrik. Salah satu teknologi switching optik yang sedang dikembangkan saat ini adalah Optical Burst Switch (OBS) [2].

Salah satu masalah yang muncul dalam OBS adalah contention yang bisa dialami Data Burst (DB) pada panjang gelombang o utput. Contention ini terjadi ketika dua atau lebih DB menuju panjang gelombang output yang sama pada waktu yang sama, akibatnya hanya salah satu DB saja yang berhasil menggunakan panjang gelombang tersebut dan yang lainnya loss.

Masalah ini dapat diatasi dengan strategi contention resolution , diantaranya dengan menggunakan Fiber Delay Line (FDL) buffer dan wavelength converter untuk mengurangi loss DB [7, 8, 9, 13]. Burst Control Packet (BCP) yang sampai lebih awal pada switch bertugas menjadwalkan DB dengan memanfaatkan kedua strategi ini. Namun hasilnya belum optimal apabila tidak diterapkan algoritma (metode) penjadwalan DB yang tepat dan efektif pada alokasi panjang gelombang output yang tersedia. O leh karena itu, dalam Tugas Akhir ini dibuat simulasi penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB dengan menggunakan 4 (empat) jenis algoritma yang berbeda, kemudian hasilnya diteliti dengan tujuan untuk menetukan algoritma mana yang memberikan kinerja yang optimal dalam hal Data Burst Loss Probability (DBLP) dan avarage delay. Keempat alagoritma tersebut adalah Algoritma Random (for all available channels) (RFAAC) [6], Algoritma Random (for all eligible

(4)

BAB I Pendahuluan

Penjadwalan Alokasi Panjang Gelombang untuk Data Burst dalam Optical Burst Switch

2

channels) (RFAEC), Algoritma First Fit with Void Filling (FF-VF) [1, 6], dan Algoritma Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling (LAUC-VF) [1, 4, 6, 14].

Pembuatan Tugas Akhir ini dilatarbelakangi oleh beberapa hal sebagai berikut :

1. Diperlukan suatu metode penjadwalan alokasi pa njang gelombang output untuk DB untuk mengoptimalkan fungsi dari FDL buffer dan wavelength converter dalam mengurangi loss dan delay yang dialami DB. Hal ini akan diteliti dengan mempertimbangkan keempat algoritma penjadwalan yang telah ditentukan sebelumnya, sehingga nantinya akan diketahui algoritma mana yang menghasilkan kinerja yang optimal.

2. Pemberian nilai tambah pada teknologi yang telah ada.

3. Pengembangan konsep teori dan penelitian kembali yang sebelumnya telah ada dalam hal penjadwalan DB pada panjang gelombang output core router OBS yang berguna untuk mengurangi Data Burst Loss Probability (DBLP) dan average delay.

4. Dengan mempertimbangkan keadaan saat ini, tantangan yang muncul baik dari sisi kebutuhan akan switching dengan kecepatan yang tinggi, maupun dari sisi ketersediaan teknologi dan perangkat yang ada, diharapkan OBS mampu untuk segera diimplementasikan dalam rangka meningkatkan utilitas dan efisiensi jaringan.

1.2 Perumusan M asalah

Pokok permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini meliputi :

1. Pendefinisian dari model core router OBS, arsitektur jaringan OBS, format DB serta mekanisme transmisi burst yang dapat digunakan untuk menganalisa kinerja dari algoritma penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB pada panjang gelombang output.

2. Pendefinisian dari model FDL buffer dan wavelength converter.

3. Penentuan trafik untuk pembangkitan DB dan BCP, panjang DB, dan sistem antrian.

4. Penentuan beberapa jenis algoritma yang digunakan untuk penjadwalan DB.

5. Menganalisa kinerja dari beberapa algoritma yang telah dit entukan dengan menggunakan data hasil simulasi.

1.3 Batasan Masalah

Pembuatan model dan simulasi dari sistem yang diteliti dalam Tugas Akhir ini dibatasi oleh beberapa hal sebagai berikut:

1. Trafik yang dibangkitkan adalah BCP dan DB dengan kelas prioritas yang sama.

(5)

BAB I Pendahuluan

3

2. Selang waktu antara kedatangan BCP dengan DB diasumsikan acak dengan batasan tertentu.

3. Disiplin pelayanan pada FDL buffer adalah First In First Out (FIFO).

4. BCP mempunyai panjang yang diasumsikan sama, karena ukurannya yang jauh lebih kecil dari DB, sedangkan DB mempunyai panjang variabel.

5. Metode/mekanisme transmisi burst adalah synchronous (berdasarkan timeslot tertentu) sehingga DB mengalami tahap sinkronisasi sebelum masuk core router OBS.

6. Tipe core router OBS yang digunakan adalah output buffer type switch.

7 . Evaluasi performansi hanya dilakukan pada satu core router OBS dengan menggunakan satu port output.

8. Tidak membahas proses multiplexing.

9. Contention hanya dialami oleh DB dan hanya terjadi pada panjang gelombang data output. Contention yang dialami BCP tidak diperhitungkan.

10. Algoritma penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB yang digunakan adalah Algoritma Random (for all available channels), Algoritma Random (for all eligible channels), Algoritma FF-VF, dan Algoritma LAUC-VF.

11. Data Burst Loss P robability (DBLP) yang dihitung hanya disebabkan karena DB tidak mendapatkan panjang gelombang (kanal), sedangkan DB loss karena sebab lain (misal:

pengaruh redaman dan dispersi pada perangkat switch atau serat fiber optik) tidak diperhitungkan. Sehin gga apabila DB berhasil dijadwalkan, panjang DB ketika masuk ke dalam sistem sama dengan panjang DB ketika keluar sistem.

12. Average delay dihitung hanya dari delay ketika DB berada di dalam FDL buffer. Delay akibat pemrosesan DB pada optical switch matrix dan BCP pada SCU tidak diperhitungkan.

13. Proses konversi panjang gelombang, routing BCP dan DB dan proses lain pada core router OBS diasumsikan sempurna.

1.4 Tujuan dan Kegunaan

Tujuan dari penelitian pada Tugas Akhir ini antara lain sebagai berikut:

1. Mengetahui prinsip kerja suatu model core router OBS, mulai dari menerima BCP, memrosesnya dengan menjadwalkan DB yang akan datang pada panjang gelombang output, menerima DB, dan merutekannya ke tujuan, melalui panjang gelombang yang telah dijadwalkan.

(6)

BAB I Pendahuluan

4

2 . Mengetahui kinerja dari beberapa algoritma penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB dengan menganalisa hasil simulasi berupa DBLP dan average delay.

Penelitian mengenai kinerja algoritma penjadwalan alokasi panjang gelombang, diharapkan dapat berguna untuk mengurangi loss dan delay yang dialami DB akibat contention yang terjadi pada kanal data output. Hal ini sangat penting, antara lain karena delay (waktu tunda) sangat berpengaruh terhadap performansi sistem dalam hubungannya dengan kualitas dari suatu layanan, terutama untuk layanan voice dan video . Sedangkan kegunaan lain, untuk menambah pengetahuan bagi diri pribadi penulis, memberikan kontribusi bagi institusi dan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi pada umumnya.

1.5 Metode Penelitian

Adapun metode penelitian yang digunakan oleh penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Studi literatur, diantaranya mengenai arsitektur jaringan OBS, format DB, pemodelan trafik, mekanisme transmisi burst, contention resolution, algoritma penjadwalan untuk DB, sistem antrian, serta parameter performansi OBS.

2. Pembuatan model core router OBS beserta parameter pendukungnya dan penentuan algoritma penjadwalan panjang gelombang untuk DB.

3. Simulasi penjadwalan panjang gelombang untuk DB menggunakan software Visual Basic 6 dengan menggunakan model yang telah dibuat sebelumnya .

4. Analisis kinerja algoritma dengan mengamati data hasil simulasi berupa DBLP dan average delay.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan kegunaan, metode penelitian, sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab ini berisi pembahasan mengenai arsitektur jaringan OBS, format DB, mekanisme transmisi burst, contention resolution, algoritma penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB, sistem antrian, serta parameter performansi OBS.

BAB III Pemodelan Sistem dan Simulasi

(7)

BAB I Pendahuluan

5

Bab ini menjelaskan pemodelan sistem yang digunakan untuk proses simulasi, meliputi pemodelan core router OBS, mekanisme penjadwalan alokasi panjang gelombang untuk DB menggunakan beberapa algoritma yang telah ditentukan, pemodelan trafik yang dibangkitkan, variabel input dan output.

BAB IV Analisis Hasil Simulasi

Bab ini berisi data -data hasil simulasi sekaligus analisis kualitatif dan kuantitatif.

BAB V Penutup

Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran untuk pengembangan lebih lanjut.

(8)

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Panjang unit delay (D) optimal untuk setiap algoritma diperoleh pada kisaran yang hampir sama, yaitu sekitar 24 Kbyte sampai 40 Kbyte. Besar nilai D optimal ini tergantung dari parameter-parameter input yang ditentukan dan algoritma-algoritma yang digunakan. Pada panjang unit delay 32 Kbyte, algoritma RFAEC memberikan nilai DBLP paling kecil sebesar 0.0583 dan algoritma RFAAC paling besar sebesar 0.1160. Sedangkan nilai rata -rata average delay dari algoritma RFAEC, FF-VF, dan LAUC-VF sebesar 23.1436 µs dan algoritma RFAAC sebesar 46.3089 µs.

2. Penambahan jumlah FDL akan menurunkan nilai DBLP menjadi lebih kecil, tetapi average delay semakin besar. Bertambahnya FDL memberikan penurunan nilai DBLP dan penambahan average delay yang cukup signifikan untuk algoritma RFAAC, tetapi tidak untuk algoritma yang lain. Terlihat dari penurunan nilai DBLP, yaitu sekitar 24% pada jumlah FDL B=2 menjadi 9% pada jumlah FDL B=12, sementara algoritma yang lain hanya turun menjadi sekitar 4% dari 12% dan terlihat dari kenaikan nilai average delay, yaitu sekitar 15 µs pada jumlah FDL B=2 menjadi 60 µs pada jumlah FDL B=12, sementara algoritma yang lain hanya naik menjadi sekitar 31 µs dari 6 µs.

3. Beban trafik yang semakin besar akan menghasilkan DBLP dan average delay yang semakin besar. Berkurangnya beban trafik memberikan perbaikan nilai DBLP yang cukup signifikan untuk algoritma RFAAC, tetapi tidak untuk algoritma ya ng lain.

Terlihat dari penurunan nilai DBLP, yaitu sekitar 16% pada beban trafik ρ=0.9 menjadi 2% pada beban trafik ρ=0.5, sementara algoritma yang lain hanya turun menjadi sekitar 0.4% dari 10%.

4. Algoritma RFAAC menghasilkan kinerja yang paling jelek pada DBLP maupun average delay dibandingkan dengan algoritma yang lain.

5. Hasil simulasi menunjukkan bahwa algoritma RFAEC memang memberikan kinerja yang paling baik pada DBLP maupun average delay. Tetapi, karena mekanisme kerjanya yang memilih secara acak salah satu panjang gelombang dari beberapa panjang gelombang yang memiliki alokasi yang cukup, cenderung akan menghasilkan performansi yang tidak tetap. Jumlah DB yang loss dan average delay yang dihasilkan

(9)

BAB V Penutup

50

akan berbeda, walaupun variasi panjang DB yang masuk ke dalam sistem sama.

Sehingga algoritma ini kurang bisa diandalkan untuk mendapatkan performansi OBS yang tetap dan pasti.

6. Algoritma LAUC-VF dan FF-VF kinerjanya memang tidak lebih baik dari algoritma RFAEC, tetapi kedua algoritma ini memiliki mekanisme kerja (pemilihan panjang gelombang) yang tetap berdasarkan aturan tertentu dan akan menghasilkan DB loss dan average delay yang tetap dan pasti. Apabila kedua algoritma ini dibandingkan, maka untuk DBLP dan average delay, algoritma LAUC-VF sedikit lebih baik daripada FF-VF. Sehingga algoritma LAUC-VF dapat menjadi pilihan utama untuk mendapatkan nilai DBLP dan average delay yang kecil.

5.2 Saran

Beberapa hal yang diusulkan untuk pengembangan lebih lanjut antara lain sebagai berikut:

1. Mengembangkan penelitian untuk algoritma penjadwalan yang lebih komplek, seperti algoritma yang menerapkan full preemption atau partial preemption.

2. Mengembangkan penelitian untuk penjadwalan alokasi panjang gelombang pada core router optical burst switch tipe shared buffer.

3. Pengembangan lebih lanjut untuk penjadwalan data burst pada kelas trafik yang berbeda.

4. Mengembangkan penelitian dengan menggunakan strategi contention resolution yang lain, seperti deflection routing dan burst segmentation.

(10)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Cankaya, H.C. October 2005. A New Optical Switching Paradigm. Southern Methodist University, School of Engineering. USA: Alcatel.

[2] Dixit, S.S. (eds). 2003. IP over WDM. Building the Next Generation Optical Internet.

New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

[3] Heryanto, P. 2006. Algoritma Penjadwalan Kanal Menggunakan Segmentasi Non - Preemptive di Optical Burst Switch. Tugas Akhir. Bandung: STTTelkom.

[4] J.B. Chang, C.S. Park, K-JIST. Efficient Channel-Scheduling Algorithm in Optical Burst Switching Architecture. HPRS 2002, Kobe, May 2002.

[5] J.K. Choi dan M. Kang. 2002. Research Activities on Optical Burst Switching at OIRC. Optical Internet Research Centre. Information and Communications University, Korea.

[6] Lannoo, B., dkk. , “A Performance Study of Different OBS Scheduler Implementations”. Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter, 2002, Amsterdam, pp 191-194.

[7] Mustofa, S. 2005. Analisa Model Antrian Optical Buffer pada Jaringan Synchronous Optical Packet Switchin g. Tugas Akhir. Bandung: STTTelkom.

[8] Pambudi, B.N. 2005. Penjadwalan Paket untuk WDM Optical Buffer dalam Photonic Packet Switch . Tugas Akhir. Bandung: STTTelkom.

[9] Prihastono, W. 2004. Optimalisasi Alokasi Panjang Gelombang pada Optical Buffer WDM dengan Metode Asynchronous dan Panjang Paket Variabel. Tugas Akhir.

Bandung: STTTelkom.

[10] Smith, A. Optical Burst Switching . COMP 234-Kaur. Nov. 17, 2005.

[11] Walpole , R.E. dan Myers, R.H. 1995. Ilmu Peluang dan Statistika untuk Insinyur dan Ilmuwan . Edisi ke-4. Bandung: ITB.

[12] W. Liao and C.H. Loi, “Providing Service Differentiation for Optical-Burst-Switched Networks”, IEEE, 2004.

[13] Y. Chen, C. Qiao, dan X. Yu, “Optical Burst Switching: A New Area in Optical Networking Research”, IEEE Network, pp. 16-23, May/June 2004.

[14] Y. Xiong, Vandenhoute, M., dan Cankaya, H.C., “Control Architecture in Optical Burst-Switched WDM Networks”, IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS , vol. 18, pp. 1838-1851, no. 10, October 2000.

(11)

Daftar Pustaka

[15] Y. Sun, dkk. 2004. Design and Implementation of Burst Switching Nodes for WDM Optical Networks. The University of Tokyo.