ANALISA ALGORITMA PENJADWALAN WEIGHTED ROUND ROBIN PADA WIMAX

(1)

ANALISA ALGORITMA PENJADWALAN WEIGHTED ROUND ROBIN PADA WIMAX

Riva Oktadira¹, Asep Mulyana², Leanna Vidya Yovita³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

Abstrak

Wimax merupakan broadband wireless network yang diimplementasikan berdasarkan IEEE Standard 802.16. Wimax memiliki kemampuan memberikan garansi Quality of Service (QoS) untuk berbagai jenis aplikasi. Garansi ini diterapkan dalam bentuk lima jenis kelas QoS. Agar dapat memenuhi garansi QoS sesuai yang dijanjikan, maka diperlukan suatu algoritma penjadwalan pada Wimax. Algoritma penjadwalan bertugas untuk menjadwalkan pengiriman paket sesuai dengan prioritasnya agar saat keadaan trafik ramai, garansi QoS yang dijanjikan tetap dapat dipenuhi dengan baik.

Kerangka uji dibuat dengan memakai berbagai tools, yaitu NS2 beserta modul 802.16 sebagai simulator jaringan Wimax. Hasil dari Tugas Akhir ini adalah kerangka uji algoritma berupa mekanisme pengujian algoritma yang terdiri dari kumpulan metrik untuk menilai kualitas algoritma penjadwalan, 5 skenario uji yang menggambarkan keadaan trafik yang dibuat dengan variasi trafik data dari 5 jenis kelas QoS. Kerangka uji telah dipakai untuk menguji algoritma Weighted Round Robin pada modul 802.16 di NS2.

Kata Kunci : Wimax, Quality of Service, algoritma penjadwalan Weighted Round Robin, metrik QoS, NS 2

Abstract

Wimax are broadband wireless network that implemented based on IEEE Standard 802.16. Wimax has ability to give Quality of service guarantee for many applications. This guarantee applicated in five class of QoS. To fulfill the promises QoS guarantee, so it’s need a scheduling algorhytm in wimax. Function of scheduling algorhytm is schedule packet sent based on priority, so when traffic is full, QoS guarantee can fulfilled.

(2)

Analisa Algoritma Penjadwalan Weighted Round Robin pada Wimax 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Internet telah menjadi teknologi informasi yang berkembang sangat pesat seiring dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat akan informasi yang cepat dan akurat. Internet dituntut untuk dapat diakses dimanapun tidak tergantung pada lokasi pengguna dan dapat memberikan kecepatan akses yang tinggi. Untuk memenuhi kebutuhan akan akses nirkabel dengan kecepatan tinggi, dirancang suatu teknologi wireless broadband yang disebut Wimax. Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) adalah teknologi komunikasi yang bertujuan menyediakan komunikasi data nirkabel jarak jauh [18]. Wimax dirancang untuk memberikan akses internet kepada pengguna tanpa harus berada pada Line of Sight (LoS) ke subscriber station. Kecepatan akses jaringan Wimax mencapai 40Mbps [20].

Wimax dikembangkan berdasarkan IEEE standard 802.16 : Air Interface for Fixed

Broadband Wireless Access System, mengatur dua buah layer broadband wireless access,

yaitu physical (PHY) layer dan Medium Access Control (MAC) layer.

Gambar 1.1 MAC Layer dari IEEE Std. 802.16

(3)

MAC layer pada Wimax terbagi atas tiga sublayer, yaitu Convergen Sublayer (upper),

Common part Sublayer (middle), dan Security Sublayer (lower) [4]. Convergen Sublayer

merupakan sublayer yang service-specific. Sublayer ini menerima data dari external network di atasnya melalui CS Service Access Point (SAP). Data tersebut kemudian ditransformasikan menjadi Service Data Unit (SDU) untuk dikirimkan ke Common part Sublayer.

Common part Sublayer merupakan sublayer yang independent terhadap mekanisme transfer. Sublayer ini bertanggung jawab atas fragmentasi dan segmentasi paket data, QoS control,

penjadwalan, dan retransmisi paket [16]. Algoritma penjadwalan diimplementasikan pada bagian Common part Sublayer. SDU yang diterima dari convergence layer difragmentasi dan dibungkus menjadi Protocol Data Unit (PDU) untuk kemudian dikirimkan melalui Physical

layer. Salah satu keunggulan Wimax dibandingkan teknologi wireless internet yang telah ada

adalah kemampuan untuk memberikan kepastian Quality of service (QoS). QoS pada Wimax diberikan berdasarkan 5 kelas QoS, yaitu Unsolicited Grand Service, Real time Polling

Service, Extended Real time Polling Service, Non Real Time Polling Service, dan Best Effort.

Masing-masing kelas QoS tersebut memberikan kualitas layanan yang berbeda-beda. Diperlukan algoritma penjadwalan yang mengatur alokasi bandwidth untuk para pengguna layanan sesuai dengan kelas QoS yang dimiliki pengguna. Algoritma penjadwalan diimplementasikan dalam komunikasi antara base station dengan ubscriber station. Komunikasi dilakukan oleh subscriber station untuk meminta alokasi bandwidth pada base

station. Subcriber station dituntut untuk dapat memberikan layanan koneksi bagi tiap

pelanggan sesuai dengan kelas QoS yang dimiliki pelanggan tersebut.

Pada IEEE standard 802.16, tidak ditetapkan algoritma penjadwalan untuk downlink maupun

uplink. Hal ini menjadikan algoritma penjadwalan yang efisien merupakan tantangan bagi

(4)

1.2 Rumusan Masalah

Pada skema wimax, base station akan berkomunikasi dengan banyak subscriber station. Tiap

subscriber station ini mungkin memiliki pengguna dengan kelas Quality of Service (QoS)

yang berbeda-beda. Untuk itu diperlukan algoritma penjadwalan yang dapat mengimplementasikan kelima jenis kelas QoS tersebut. Pada tugas akhir ini dilakukan analisis algoritma penjadwalan Weighted Round Robin pada Wimax berdasarkan metrik QoS yaitu : Average Throughput, Packet Loss, Fairness Index, dan Average delay.

1.3 Tujuan

Tujuan utama yang ingin dicapai dalam pelaksanaan tugas akhir adalah membangun kerangka uji untuk menguji algoritma penjadwalan Weigted Round Robin sesuai dengan metrik QoS yang ditentukan. Untuk mencapai tujuan utama ini, maka dirumuskan tujuan-tujuan sebagai berikut.

1. Memahami berbagai algoritma penjadwalan yang merupakan salah satu kelebihan dari jaringan Wimax.

2. Memahami metrik QoS sebagai pengukur kualitas suatu algoritma penjadwalan. 3. Merancang kerangka uji algoritma penjadwalan Weighted Round Robin. 4. Menganalisis algoritma penjadwalan berdasarkan metrik yang telah ditentukan.

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan yang diambil dalam pelaksanaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Algoritma penjadwalan yang dianalisis terbatas pada algoritma yang telah ada. Dalam

tugas akhir ini tidak dibuat algoritma penjadwalan yang baru. 2. Pengujian dibatasi yaitu algoritma Weighted Round Robin.

3. Metode sharing wireless media dibatasi hanya pada metode Point to Multipoint (PMP). 4. Pengujian dilakukan dengan simulasi jaringan atau dengan software penguji. Tidak

dilakukan pengujian di real network.

1.5 Metodologi

Dalam penyusunan tugas akhir ini akan dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut:

1. Studi literatur

Studi literatur dilakukan dengan cara mempelajari literatur-literatur baik yang berupa buku (textbook), jurnal, dan artikel ilmiah, maupun website yang berhubungan dengan IEEE

(5)

standard 802.16. Studi literatur juga dilakukan untuk mencari algoritma penjadwalan dan

metrik dalam mengukur QoS jaringan Wimax.

2. Penetapan metrik QoS

Dari sejumlah metrik yang dapat dipakai untuk mengukur QoS jaringan Wimax, akan ditetapkan beberapa parameter QoS untuk dijadikan parameter pengujian algoritma penjadwalan.

3. Perancangan kerangka pengujian algoritma

Pengujian dapat dilakukan dengan membuat software sederhana ataupun dengan perangkat simulasi jaringan. Cara pengujian yang dirancang agar mampu mengukur tiap-tiap metrik QoS yang ditetapkan.

4. Pengujian algoritma penjadwalan

Pengujian dilakukan berdasarkan metrik QoS yang telah idefinisikan. Algoritma penjadawalan akan diuji dengan simulasi jaringan atau software penguji untuk mengetahui nilai algoritma pada tiap parameter penguji.

5. Analisis hasil

Setelah dilakukan pengujian terhadap algoritma penjadwalan, selanjutnya dilakukan analisis kondisi/fungsi yang tepat dalam pemakaian algoritma tersebut.

1.6 Sistematika Pembahasan

Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bab I Pendahuluan, berisi penjelasan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi, serta sistematika pembahasan yang digunakan untuk menyusun laporan Tugas Akhir.

2. Bab II Landasan Teori, berisi dasar teori yang digunakan dalam analisis, perancangan, dan pengujian Tugas Akhir.

3. Bab III Analisis dan Perancangan, berisi analisis dan perancangan kerangka uji yang akan digunakan pada tahap pengujian.

4. Bab IV Pengujian, berisi keterangan proses pengujian algoritma penjadwalan dan hasil metrik yang didapat beserta analisis dari hasil pengujian tersebut.

(6)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah menguji 5 skenario maka dapat ditarik kesimpulan bahwa algoritma penjadwalan Weighted Round Robin yang diterapkan pada Tugas Akhir kali ini sangat cocok diterapkan, dengan pertimbangan analisis dari tiap-tiap metrik yang digunakan untuk menilai yaitu:

1. Untuk semua skenario, throughput yang dihasilkan cukup baik pada masing-masing kelasnya. Dan throughput menjadi semakin baik untuk tiap kelasnya jika di area tersebut didominasi oleh kelas RTPS. Kecuali untuk kelas NRTPS dan BE nilai

throughputnya stabil.

2. Nilai Packet Loss juga sangat baik sekali, yakni terlihat pada kelas UGS dan BE nilai

Packet Loss untuk semua skenario yang dijalankan adalah 0% artinya tidak ada paket

kiriman yang tidak diterima. Untuk kelas RTPS dan ERTPS nilai Packet Loss yang didapat kecil yakni < 0,1%. Sedangkan untuk kelas NRTPS nilainya agak besar dikarenakan jumlah paket yang dikirimkan hanya 3 dan terjadi 1 Packet Drop, maka nilai Packet Loss mencapai 33,33% untuk seluruh skenario.

3. Tingkat keadilan (Fairness) pada pengujian kali ini menunjukkan nilai yang baik. Setelah dihitung dari data yang didapat maka nilai Interclass Fairness lebih dari 0,5 dan mendekati 1, berarti algoritma penjadwalan ini cocok diterapkan pada kondisi jaringan dengan trafik data yang beragam, kecuali pada skenario E nilai Interclass

Fairness dibawah 0,5. Sedangkan untuk nilai Intraclass Fairness pada seluruh

skenario bernilai sangat baik, bahkan pada saat skenario D dan E nilai Intraclass

Fairness mencapai 1, yang artinya algoritma panjadwalan ini sangat cocok diterapkan

pada kondisi jaringan yang melayani banyak SS namun jenis paket yang dikirim cenderung memakai kelas QoS yang sama.

4. Besarnya nilai Average Delay yang terjadi saat pengujian bisa dikatakan stabil, dimana tidak ada satu nilai yang sangat signifikan terjadi pada skenario tertentu. Ini menunjukkan bahwa algoritma penjadwalan yang digunakan sangat cocok diterapkan untuk semua skenario yang telah diujikan.

(7)

Analisa Algoritma Penjadwalan Weighted Round Robin pada Wimax 42 5.2 Saran

Setelah menyelesaikan rangkaian pengujian untuk seluruh skenario maka, beberapa saran untuk pengembangan Tugas Akhir ini :

1. Sebagai pembanding mungkin dapat dicoba algoritma penjadwalan yang lain selain Weighted Round Robin untuk dapat menentukan mana yang lebih baik.

2. Agar lebih lengkap dalam menilai kualitas algoritma penjadwalan, maka sebaiknya dihitung nilai metrik yang lainnya juga.

(8)

DAFTAR PUSTAKA

[ 1 ] Cicconetti, Claudio. et al. Performance Evaluation of the IEEE 802.16 MAC for QoS

Support. IEEE Transactions on Mobile Computing Magazine, Vol 6, No.1. 2007.

[ 2 ] Cao, Yaxin dan O.K Li, Victor. Scheduling Algorithms in Broad-band Wireless

Networks. IEEE Invited Paper. 2000.

[ 3 ] Dhrona, Praktik. A Performance Study of Uplink Scheduling Algorithms in Point to

Multipoint WiMAX Networks.2007.

[ 4 ] IEEE 802.16-2001, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks —

Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,” October. 1,

2004.

[ 5 ] IEEE 802.16e-2005, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks –

Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands”, February 2006.

[ 6 ] Jenhui, Chen. et al. The Design and Implementation of WiMAX Module for ns-2

Simulator. 2006.

[ 7 ] Jain, Rajendra K. et al. A Quantitative Measure of Fairness and Discrimination for

Resource Allocation in Sahred Computer System. 1984.

[ 8 ] Ktevenis, Manolis. Sidiropoulos, Stefanos. dan Courcoubetis, Costas. Weighted

Round-Robin Cell Multiplexing in a General-Purpose ATM Switch Chip.1991.

[ 9 ] Manish, Airy. WIMAX-Technology for Mobile Broadband and VOIP

Services-network Architectures, Scalability, and QoS Metrics. 2007.

[ 10 ] Maheshwari, Abhishek. Implementation and Evaluation of a MAC Scheduling

Architecture for IEEE 802.16 Wireless MANs. 2006.

[ 11 ] Nuaymi, Louthfi. Wimax : Technology for Broadband Wireless Access. John Wiley and Sons. 2007.

[ 12 ] Parekh, Abhay K and Gallager, Robert G. A Generalized Processor Sharing

Approach to Flow Control in Integrated Services Networks : The Single-Node Case.

IEEE/ACM Transaction on Networking, vol.1, no. 3. 1993.

[ 13 ] Shreedhar, M and Varghese, G. Efficient Fair Queueing Using Deficit Round Robin. IEEE Trans Networking, vol.4, no. 3. 1996.

[ 14 ] Tanenbaum, Andre S. Modern Operating Systems 2nd edition .Prentice Hall. 2002.

(9)

[ 15 ] The Network Simulator-NS-2, http://www.isi.edu/nsnam/ns.

[ 16 ] Wood, Mark C. An Analysis of the Design and Implementationof QoS over IEEE

802.16. 2007.

[ 17 ] Wimax Module for NS2. http://ndsl.csie.cgu.edu.tw/wimax_ns2.php.

[ 18 ] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Wimax

[ 19 ] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Ns2