J-1
PENGEMBANGAN TEKNIK MULTIPLE ACCES
PADA GATEWAY MULTI TERMINAL
H. Lami
1), A. Affandi
2)1) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email : f3rr1_63@elect-eng.its.ac.id
2) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email : affandi@ee.its.ac.id
ABSTRAK
Dalam sistem komunikasi radio kanal transmisi digunakan secara bersama-sama . Sistem komunikasi ini rentan terjadinya tabrakan data saat lebih dari dua terminal mengirimkan data dalam waktu yang bersamaan. Proses deteksi tabrakan akan terjadi pada layer Medium access control (MAC). MAC dalam komunikasi packet radio telah dikenal seperti CSMA dan Etehernet. Pada penelitian ini, penulis melakukan pengujian deteksi tabrakan data (collision detection) pada empat buah terminal yang difungsikan sebagai client/server berbasis CSMA. Implementasi jaringan pada band VHF (156-174MHz) dan protokol kirim terima adalah pada mode KISS. Pembangkitan paket dan proses pengiriman dilakukan sebanyak dua puluh empat kali percobaan dimana waktu mengirimkan data antara tiga client dan satu server dilakukan secara acak. Hasilnya dapat dilihat pada log database GUI dengan delay minimum yang terjadi saat pengiriman adalah 1000msec.
Kata Kunci : csma, vhf, packet radio. kiss
1. PENDAHULUAN
Komunikasi radio amatir dalam daerah frekuensi VHF dikembangkan kearah komunikasi maritim. Untuk merealisasikannya, sejak tahun 1952
Federal communication commission (FCC) resmi mengumumkan aturan dan regulasi penggunaan frekuensi[1]. Aturan ini telah diimplementasikan pada beberapa fasilitas pelayaran komersil seperti vessel monitoring sistem[2]. Peralatan komunikasi untuk mendukung komunikasi maritim multi terminal juga telah tersedia banyak dipasaran. Akan tetapi komunikasi multi terminal ini masih mengalami banyak kelemahan[3]. Oleh karena itu penggunaan kanal frekuensi secara bersama-sama saat komunikasi masih menjadi kendala. Banyak informasi yang tertunda sampai ketujuan karena mekanisme akses pada komunikasi radio tidak membolehkan dua terminal mengirimkan informasi dalam waktu yang bersamaan. Aturan ini dibuat untuk mencegah terjadinya tabrakan data antara terminal. Salah satu protokol yang mengatur
mekanisme ini dikenal dengan carrier sense multiple
access (CSMA). CSMA merupakan medium access control untuk jaringan LAN yang membolehkan komunikasi multi terminal dan mampu menyediakan layanan komunikasi suara dan data. Untuk komunikasi dengan dengan karakteristik tidak padat,
CSMA terbukti lebih baik dibandingkan multiple
access control lainnya seperti token ring, pooling, dan time division multiple access[4]. Satu kekurangan dari CSMA adalah kemungkinan
meningkatnya collision yang terjadi saat pengiriman
data seiring dengan bertambahnya jumlah terminal yang tidak dapat ditangani untuk melakukan transmisi data dalam jaringan[5]. Kondisi trafik ini
menyebabkan kemungkinan terjadinya delay dan
membuat troughput jaringan menurun juga memberi dampak pada kinerja jaringan. Pada penelitian ini akan dimodelkan suatu jaringan komunikasi radio VHF band dengan mode protokol akses radionya
adalah KISS (keep it simple stupid) dan medium
access control yang digunakan adalah CSMA. Pemilihan panjang frame paket maksimum untuk skenario CSMA yang dikembangkan pada model ini diharapkan mampu melihat karakteristik kirim
terima, waktu pendudukan kanal frekuensi dan delay
yang terjadi.
2. PROTOKOL MULTIPLE ACCESS
Suatu multiple access protocol mengijinkan
penggunaan kanal komunikasi secara bersama-sama oleh beberapa terminal dalam suatu jaringan
komunikasi. Penggunaan access point untuk setiap
terminal dalam suatu jaringan komunikasi nirkabel mengartikan bahwa terdapat beberapa lintasan
komunikasi point to point dengan media komunikasi
berbeda [6].
2.1 Kalsifikasi protokol multiple akses
Pengontrolan ini berhubungan dengan alokasi kanal komunikasi ke pelanggan. Protokol harus menjamin alokasi kanal yang akan digunakan sebagai
media komunikasi antara terminal. Throughput dan
delay transmisi dalam suatu jaringan komunikasi merupakan parameter yang menentukan efisiensi penggunaan media komunikasi. Alokasi kanal ke setiap terminal harus adil dan fleksibel terhadap perbedaan jenis trafik. Hubungan antara terminal dalam multiple acess identik dengan suatu matriks dan topologi jaringan yang mungkin dimana topologi yang
J-2 diberikan dalam teknik ini adalah bus, star, ring, dan tree. Fungsi pengontrolan dalam jaringan komunikasi
ini dilakukan oleh base station. Protokol multiple
access yang ditunjukan oleh gambar diklasifikasikan
atas contentionless protocol (scheduling), dan
contention protocol (random access) yang masing-masing terbagi atas beberapa bagian.
Gambar 1. Klasifikasi protokol multiple akses
2.2 Penggunaan kanal dalamfungsi waktu
Hal penting dalam komunikasi paket radio adalah mengefisiensikan penggunaan kanal Radio Frekuensi (RF) untuk mendapatkan throughput
maksimum dan interferensi minimum. Dasar
multiplexing dalam domain waktu adalah CSMA-CD dan CSMA-CA. Skenario kirim terima protokol CSMA untuk multi terminal secara sederhana dapat didefinisikan yaitu Tidak ada terminal yang akan melakukan transmisi jika kanal frekuensi sedang
digunakan. Terminal lain akan memonitor (listening)
keadaan kanal frekuensi yang diduduki tersebut dan akan melakukan transmit jika pada kanal frekuensi
dalam kondisi idle. Model pendudukan kanal frekuensi
pada sistem CSMA digambarkan oleh gambar 2.
Gambar 2. Proses pendudukan kanal CSMA
Jika ada lebih dari dua terminal yang akan melakukan transmisi paket maka ketika kanal
frekuensi dalam keadaan idle, terminal yang akan
mengirimkan data tidak boleh menduduki kanal
tersebut tetapi menduduki kanal setelah kanal idle[7].
Throughput yang dihasilkan oleh jaringan berbasis CSMA ini adalah
I B
U
S (1)
Dimana S adalah throughput sistem, I adalah kanal
idle, dan U adalah waktu pendudukan kanal
frekuensi.
3. Metodologi perancangan
Pada tahapan ini akan dilakukan pemodelan sistem kirim terima jaringan berbasis CSMA. Untuk merealisasikan pemodelan ini maka dilakukan beberapa tahapan sebagai berikut :
1. Instalasi dan konfigurasi.
Menghubungkan modem, Mixer dan PC
2. Desain format protokol.
Pada tahapan ini dilakukan desain format protokol komunikasi.
3. Desain GUI.
Membuat GUI dengan software Borland Delphi 3.0.
4. Penerapan CSMA pada kirim terima pesan
dengan memanfaatkan fasilitas modem MFJ-1276. Sebelum mengirimkan data, modem harus terlebih dahulu di atur dalam mode KISS. Tujuannya adalah komunikasi dapat terjadi untuk multi terminal.
INSTALASI DAN KONFIGURASI
DESAIN GUI KIRIM TERIMA PESAN
FORMAT PROTOCOL
PENERAPAN CSMA
SIMULASI KIRIM DAN TERIMA PESAN
Gambar 3. Tahapan pemodelan simulasi
Berdasarkan alur tahapan kerja maka salah satu faktor yang menentukan dalam pemodelan ini adalah desain format frame paket yang akan dikirimkan.
J-3 Tujuannya adalah agar format paket pesan yang dikirimkan sama antara terminal dan server.
Tabel 1. Format frame paket
ID User/
group SRC DST GW Flag Data
Check Sequence
Endof frame
Bentuk desain frame paket adalah terdiri dari :
1. ID USER (1 byte) : memberikan identitas terminal
dalam suatu gateway berfungsi pada saat melakukan koneksi gateway.
2. Adress yang merupakan alamat tujuan, terdiri dari :
Source/SRC (1 byte) dan destination/DST (1 byte)
3. Gateway /GW (1 byte) merupakan frame
informasi terminal yang berfungsi sebagai server yang dilalui sebelum menuju ke terminal lain.
4. Flag (1 byte) digunakan untuk mendeteksi batas
antara address dan data dari frame.
5. Data (64 byte) merupakan pesan actual yang akan
dikirimkan oleh terminal.
6. Check sequence (1 byte) berfungsi untuk
mendeteksi 16 bit error sehingga terjadi transmisi yang efisien.
7. Endof frame (1 byte) merupakan batas akhir dari
frame.
Ide desain frame paket ini didasarkan pada frame protocol AX.25 dan juga kecepatan modem MFJ-1276. Modem ini memiliki kecepatan transmit 1200 bit/detik pada kondisi VHF band dan terminal mampu menerima paket 128 byte[8]. Untuk optimasi kinerja maka frame paket yang didisain tidak boleh lebih dari 128 byte. Berdasarkan format frame paket, jumlah byte dari frame yang telah didesain berjumlah 128 byte atau masih dalam batas normal. Sehingga kegagalan pengiriman paket karena terlalu panjangnya karakter dapat dihindari.
Selain format frame paket data, tahapan desain GUI kirim terima pesan menjadi salah satu faktor penting yang akan mendukung proses kirim terima data dapat berlangsung. Pada tahapan ini perlu diperhitungkan inputan format paket, koneksi
serial-paralel antara modem dan komputer yang
dihubungkan oleh RS-232. Analogi keberhasilan koneksi pembuatan gui adalah ditampilkan pada
gambar 5 didasari oleh konsep handshacking protocol.
Clear to send, data terminal ready, dan Data set ready
dari RS-232 digunakan untuk koneksi antara terminal (DTE) dan Modem MFJ-1276 (DCE). Terminal memberikan informasi data terminal ready yang menyatakan siap menerima data dari modem. Apabila
modem mengirimkan indikasi clear to send maka
terminal tersebut akan mulai mengirimkan paket.
Kondisi lain yang dapat terjadi saat proses pengiriman data dari terminal ke modem adalah ketika buffer modem padat maka CTS berada dalam kondisi negatif yang menandakan proses pengiriman data dihentikan. Modem MFJ-1276 akan kembali mengirimkan CTS apabila modem sudah dapat lagi menerima pengiriman paket dari terminal.
Server Listening Client Connect to Server Server Connect to Client Client connect To Server Pengiriman Text Pesan Client Disconncet
Gambar 4. Alur Desain koneksi RS232 dan Modem MFJ-1276
Setelah didapatkan model proses koneksi maka dapat dilakukan pembuatan program GUI
berbasis Borland Delphi. Flow chart pembuatan GUI
terdiri atas 3 tahapan yaitu : 1. Flow chart main program
Start
Init serial port
Rx. timer start
Stop
Gambar 5. Flow chart main program 2. Flow Chart terima data untuk tiap detik
J-4
Start
Ada data
Baca serial Simpan ke FIFO buffer
End of frame T
Y Ambil frame dari FIFO
buffer
Urai frame ke data (source, destination, via,
flag, data)
Tampil ke l ayar
Stop
Gambar 6. Flow chart terima data tiap detik 3. Flow Chart kirim data
Start
Ambil data dari GUI
Bentuk frame dan hitung checksum
Stop Kirim ke modem
Gambar 7. Flow chart kirim data
Hasil tampilan desain GUI dapat dilihat pada
gambar 8 dan gambar 9 Yang terdiri atas form source
menyatakan terminal pengirim, destination
menyatakan terminal tujuan dan via menunjukan gateway yang dilalui.
Gambar 8. GUI kirim terima data
Gambar 9. GUI kirim data
Setelah dihasilkan GUI kirim terima data
tersebut maka kegitan selanjutnya adalah
mengimplementasikan antara GUI yang dihasilkan dan konfigurasi peralatan untuk membangun skenario CSMA menurut konfigurasi pada gambar 10.
MFJ-1276 MFJ-1276
MFJ-1276 MFJ-1276
Radio port kabel with connector R a d io p o r t k a b e l w it h c o n n e c to r
Radio port kabel with connector
RS-232 RS-232 RS-232 RS-232 MIXER 8-CH EURORACK UB222FX-Pro Client 1 Client 2 Client 3 SERVER
Gambar 10. Konfigurasi jaringan simulasi berbasis CSMA
Empat buah komputer terhubung ke modem MFJ-1276 melalui RS-232. Keluaran dari modem akan dihubungkan ke MIXER 8-channel melalui radio port with connector 5-pin. Mixer dalam pemodelan ini akan difungsikan sementara sebagai kanal radio sebelum diimplementasikan ke kanal radio yang sesungguhnya.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukan konfigurasi dan pembuatan
GUI maka kegiatan selanjutnya adalah melakukan
proses kirim terima data. Hasil proses kirim terima data disimpan dalam bentuk log file pada database
J-5
SQL server. Time stamp yang ditampilkan
menyatakan waktu saat pesan terkirim oleh terminal 1-3 menuju server. Dapat dilihat pada time stamp terjadi 24 kali percobaan kirim terima pesan dalam waktu kirim yang acak. Disain panjang frame paket sebesar
128 byte menyebabkan delay yang disebabkan
mencapai 1000msec dimana kondisi ini masih normal
untuk ambang delay yang diberikan modem
MFJ-1276 sebesar 10sec.
Gambar 11. Data Log Percobaan Kirim Terima Pesan
5. KESIMPULAN
Jaringan yang disimulasikan ini dimodelkan dengan konfigurasi tiga buah terminal dan satu server. Modem yang digunakan adalah MFJ-1276 dalam mode VHF. Saat melakukan transmisi data, protokol akses yang digunakan adalah KISS mode. Koneksi antara modem dan terminal menggunakan RS-232.
Untuk proses Handshacking protocol antara
client-server terjadi pada GUI yang di install pada client. Skenario saat pengiriman data antara terminal dan server dilakukan secara acak. Hasilnya, Frame paket yang didisain masih layak untuk digunakan sebagai format paket komunikasi antara multi terminal karena delay yang terjadi adalah 1000ms dimana jauh dari ambang delay yang ditawarkan modem sebesar 10sec.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J. Renner, “VHF Maritime Mobile Communication : A System Approach to Serving User Requirements”, IEEE Transaction On Vehicular Technology, Vol.VT-25, No.4 August 1977. [2] M. Tello dkk, “Automatic Vessel Monitoring with
Single and Multidimensional SAR Images in the
Wavelet Domain, ISPRS Journal of
Photogrammetry & Remote Sensing 61 hal 260-278, Elsevier B.V., 2006.
[3] J. Parker, “European View of Automated VHF/UHF Radio System –Marine Spectrum
Usage Alternatives and Trends”, IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, VOL.OE-2, NO. 3, JULY 1977.
[4] P. Wang dkk, “Collission Awarnes Multiple Access networks Performance Optimization”,
Winter Simulation Conference ed. S.
Andradottir, dkk Proceedings Of the 1997.
[5] J. Charles dkk, “A Carrier sense multiple access
protocol With Power Backoff (CSMA/PB)”, Elsevier Science Publishers B. V. Amsterdam, The Netherlands, VOL.5, ISSUE 8, 2007.
[6] Harada & Prasad, simulating and software Radio
for mobile communication, Artech House. 2002. [7] H. Takagi dkk, “Throughput Analysis For
Persistent CSMA System, IEEE Transaction On Vehicular Technology, Vol.COM-25, No.7, July 1985.
[8] MFJ-127B/1274 TNC 2 Packet Radio Owner’s
