EVALUASI KINERJA PROTOKOL ROUTING PADA DELAY TOLERANT NETWORK

(1)

PROSIDING 201 2© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil

EVALUASI KINERJA PROTOKOL ROUTING PADA

DELAY TOLERANT NETWORK

Muhammad Niswar 1)_{, Mukarramah}2)_{, Agussalim}, 1,2)_{Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin}

Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245 Telp./Fax: (0411) 588111

e-mail: niswar@unhas.ac.id

Abstrak

Delay Tolerant Network (DTN) adalah protokol komunikasi yang menyediakan koneksi dalam keadaan konektivitas end-to-end yang tidak normal, DTN memungkinkan komunikasi dalam lingkungan dengan konektivitas silang, waktu penundaan yang besar dan berubah-ubah, dan tingkat error yang tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk menguji kinerja protokol routing DTN sehingga didapatkan solusi optimal untuk pengiriman data berukuran besar dengan memanfaatkan alat transportasi sebagai router DTN. Pengembangan model routing disimulasikan dan dievaluasi menggunakan The ONE simulator, evaluasi diprioritaskan pada jumlah pesan yang diterima, probabilitas pesan, Message Delay Reports, Buffer Time Average, dan Latency Average, Total Contact Time Report, dan Throughput, dari hasil evaluasi, didapatkan model routing yang optimal untuk skenario Makassar-Selayar yaitu Direct Delivery, Spray & Wait, dan MaxProp. Dari hasil pengembangan model routing, didapatkan model gabungan antara Direct Delivery dan Oracle Based Routing, yang disebut dengan Direct Oracle Router (DOR). DOR memiliki kemampuan untuk mengirimkan pesan lebih banyak dibanding model yang lain, hal ini dapat dilihat dari probabilitas pengiriman pesan yang lebih tinggi dibanding model lain. DOR memiliki latency yang lebih tinggi dibanding DDR untuk ukuran file 25 MB, tetapi untuk ukuran file 75 MB – 100 MB DOR memiliki latency yang lebih rendah. Kekurangan dari DOR, besarnya overhead ratio pada pengiriman file berukuran 25 MB akibat proses manajemen buffer yang masih kurang baik.

Kata Kunci : Delay Tolerant Network (DTN), Direct Oracle, model routing

Abstract

Delay Tolerant Network (DTN) is a communication protocol that provide connectivity in a state of the not normal connection end-to-end, DTN enables communication in environments with cross-connectivity, large delay time and change, and a high error rate. This research aims to evaluate the DTN routing protocols in order to obtain optimal solutions for large data transmission by utilizing the means of transportation as a DTN router. Development of routing models simulated and evaluated using the ONE simulator, the evaluation of priority on the number of messages received, the probability of the message, Message Delay Reports, Buffer Time Average, and Average Latency, Total Contact Time Report, and throughput, the results of the evaluation, it was found that routing models optimal skenario for the Makassar-Selayar Direct Delivery, Spray and Wait, and MaxProp. From the routing model development, the model found a combination of Direct Delivery and Oracle Based Routing, which is called the Direct Oracle Router (DOR). DOR has the ability to send messages more than the other models, this can be seen from the probability of message delivery is higher than other models. DOR has a higher latency than the DDR for 25 MB file size, but for file size 75 MB - 100 MB DOR has a lower latency. Shortage of DOR, the amount of overhead ratio at delivery due to file size 25 MB buffer management process is still not good.

Keywords: Delay Tolerant Network (DTN), Direct Oracle, routing model

PENDAHULUAN

Delay Tolerant Network (DTN) mulai diteliti sejak tahun 2002 (www.dtnrg.org), DTN muncul dari studi bagaimana menyediakan koneksi dalam skenario koneksivitas end-to-end yang tidak normal, DTN menyediakan komunikasi dalam lingkungan dengan konektivitas silang, waktu penundaan yang besar dan

(2)

Evaluasi Kinerja Protokol Routing.... Muhammad Niswar, Mukarramah, Agussalim

berubah-ubah, dan tingkat error yang tinggi (Md. Yusuf s. Udin & David M. Nicol, 2009), dimana hal ini sangat cocok diterapkan pada daerah terpencil. Jaringan berbasis DTN dapat dibangun dengan memanfaatkan sarana dan prasarana yang ada di sekitar daerah itu untuk memberikan layanan dengan menambahkan beberapa peralatan pendukung seperti angkutan transportasi publik dalam hal ini bus antar-kota yang dijadikan sebagai router DTN (Forrest Warthman. 2003). Contoh lain adalah penelitian tentang pemanfaatan kereta api sebagai jalur DTN untuk menyediakan layanan portal berita dan email, disini ditekankan bahwa dengan menggunakan protokol DTN dan satu set peralatan WiFi, transmisi data antara dua atau lebih node dapat dilakukan tanpa membangun jalur end-to-end atau koneksi langsung antara pengirim dan penerima (Emir M. Husni, Ari Rinaldi Sumarmo, 2010).

Saat ini DTN masih dalam tahap penelitian dan uji coba, beberapa hasil penelitian dapat dilihat pada website dtnrg.org, terdapat beberapa daerah dijadikan skenario uji coba simulasi DTN dengan menggunakan ONE simulator, seperti Manchester dan Manhattan. Daerah tersebut merupakan daerah perkotaan yang memiliki tingkat kepadatan yang tinggi, dimana jumlah kendaraan yang lalu lalang setiap hari lebih banyak jika dibandingkan dengan desa terpencil. Hal tersebut menyebabkan model routing dan skenario yang ada pada ONE Simulator belum optimal jika digunakan pada simulasi DTN pada daerah terpencil karena terdapat perbedaan dengan kota besar.

Penelitian ini akan memanfaatkan DTN sebagai jaringan untuk mengirimkan data ke desa terpencil, dengan asumsi data yang dikirim melalui DTN berupa data-data dengan ukuran 25 MB - 100 MB. Simulasi dilakukan menggunakan ONE Simulator dengan merancang skenario untuk desa terpencil, dalam hal ini daerah yang dipilih adalah sebuah desa di Kab.Kepulauan Selayar, yang berada di Sulawesi Selatan – Indonesia. Setelah skenario pengiriman data telah dibuat, kemudian akan dilakukan uji coba dan evaluasi menggunakan simulator “Opportunistic Network Environment” (ONE). (Ari Keranen, Jorg Ott, Teemu Karkkainen. 2009)

Model routing yang ada pada ONE akan diuji coba untuk skenario pengiriman data ke daerah terpencil, saat ini ada 6 model routing yang ada diantaranya Direct Delivery, Epidemic, First Contact, Max Prop, Spray And Wait dan Prophet (Ari Keranen, Jorg Ott, Teemu Karkkainen. 2009), dari 6 model routing yang ada, akan dievaluasi dan dikembangkan sehingga didapatkan model routing yang optimal untuk melakukan pengiriman data ke desa terpencil, dengan memperhatikan ukuran dan banyaknya file yang dapat di kirim pada desa tersebut.

Berdasarkan uraian di atas, maka permasalahan dalam penelitian ini adalah Bagaimana pengembangan skenario untuk pemanfaatan DTN untuk daerah terpencil, untuk pengiriman file dengan ukuran yang besar dengan memanfaatkan alat transportasi di daerah tersebut, dan bagaimana pengembangan sebuah model routing yang dapat lebih optimal dalam melakukan proses transfer data berukuran besar dengan memanfaatkan alat transportasi pada daerah tersebut.

Tujuan penelitian ini adalah menggunakan DTN sebagai jaringan alternatif selain internet dalam melakukan pengiriman data berukuran besar ke daerah terpencil, mengevaluasi model-model routing yang ada pada DTN sesuai dengan skenario yang telah dikembangkan, berdasarkan banyaknya data yang dapat diterima dan dikirim dengan memanfaatkan alat transportasi yang ada di desa terpencil, mengembangkan model routing pada DTN sehingga didapatkan solusi optimal untuk pengiriman data berukuran besar dengan memanfaatkan alat transportasi pada desa terpencil berdasarkan banyaknya data yang dapat diterima di desa tersebut.

(a) (b) LINESTRING (77286.8841958683 -64306.77920273811, 77003.7824132762 66217.7162352348, 76791.45607633214 -66854.69524606704, 76862.23152198014 -67774.7760394914, 77074.55785892424 -69331.83584374803, 76649.90518503604 -70535.01841976451, 77286.8841958683 -71596.65010448491, 77923.86320670057 -72375.18000661323, 78150.58055092659 -72713.25071865843, 78348.5158805887 -73507.58713698159, 78289.65430162477 -73688.07631929262, 78136.18954364464 74215.34159346188, 78275.38125341936 -74710.06195854145, 78277.7404349407 -74923.09604994216, 77526.57703846318 76207.67038845368, 77003.7824132762 -77258.68575632709)

(3)

Gambar 2. ONE Simulator

METODE SIMULASI DAN EVALUASI

Tahapan simulasi didasarkan pada hasil dari tahapan perancangan sistem, pada tahap ini model yang dikembangkan akan disimulasikan dan dievaluasi menggunakan Opportunistic Network Environment (ONE) simulator, pengujian dilakukan dengan membandingkan beberapa skenario pengiriman pesan yang ada, Pada pengujian ini digunakan beberapa protokol routing, dimana ukuran pesan yang dimasukkan ke dalam jaringan memiliki ukuran 25 sampai 100 MB.

(4)

Gambar 3. Delivery Message,Message Delay Reports, Buffer Time Average, dan Latency Average

Total Contact Time dan Throughput

Berikut beberapa hal yang dievaluasi dalam penelitian ini:1) Message Delivery Report adalah laporan dari jumlah pesan yang diterima dengan waktu yang dibutuhkan, laporan baru dibuat setiap kali pesan dibuat atau disampaikan; 2) Message Delay Report merupakan laporan dari penundaan pesan yang diterima (satu baris per pesan yang disampaikan) dan probabilitas kumulatif penundaan pesan diurut berdasarkan keterlambatan pesan; 3) Delivery Probability Report adalah probabilitas pengiriman pesan merupakan rasio perbandingan antara pesan yang diterima dengan jumlah pesan yang dikirim. Probabilitas yang tinggi diartikan bahwa lebih banyak pesan yang disampaikan ke node tujuan; 4) Buffer Time Average Report merupakan rata-rata dari lamanya waktu yang dibutuhkan oleh router untuk manajemen buffer sebelum diteruskan ke router yang lain; 5) Latency Average Report adalah jumlah waktu yang dibutuhkan paket data untuk berpindah di seluruh koneksi jaringan. Ketika sebuah paket sedang dikirim, ada "latency" waktu, ketika node yang mengirim paket menunggu konfirmasi bahwa paket telah diterima; 6) Total Contact Time merupakan laporan total jumlah kontak tiap host;

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Direct Delivery epidemic First Contact

Max Prop Prophet Spray n Wait D e liv e ry M e ss age Routing Model Delivery Message 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 Direct Delivery epidemic First Contact

Max Prop Prophet Spray n Wait Ti m e ( s) Routing Models Buffer Time Average

25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Direct Delivery epidemic First Contact

Max Prop Prophet Spray n Wait Ti m e ( s) Routing Models Latency Average 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Direct Delivery epidemic First Contact

Max Prop Prophet Spray n Wait Th ro u gh p u t R at a-ra ta Model Routing Throughput 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB

(5)

7) Throughput adalah ukuran banyaknya data yang diterima tanpa error pada suatu jaringan dalam satu detik. Atau jumlah data per satuan waktu yang dikirim untuk suatu terminal tertentu didalam sebuah jaringan atau dari suatu titik jaringan ke titik jaringan lain.

Pembuatan skenario DTN pada ONE Simulator membutuhkan map yang memiliki skala yang tepat sesuai dengan kenyataan sebenarnya, dimana saat ini map dengan mudah didapatkan melalui website GIS seperti Googlemap dan openstreetmap.org. Tetapi penulis mengalami kendala untuk mendapatkan rute transportasi terutama untuk daerah Selayar, beberapa website GIS belum menyediakan rute lengkap untuk daerah selayar, oleh karena itu digunakan data mentah dengan format JPG, data inilah yang kemudian di-digitalisasi menggunakan aplikasi GIS Openjump, data hasil digitalisasi ini berjenis .WKT (well known format) yang digunakan untuk simulasi pada ONE Simulator.

Peta untuk jalur angkutan rute Makassar - Selayar dibuat berdasarkan hasil observasi penulis dengan melaksanakan perjalanan dari Makassar - Selayar, dan Selayar – Makassar dibantu aplikasi navigasi Aura untuk mengetahui kecepatan kendaraan yang berada pada jalur tersebut, pada gambar 1 (a) terlihat peta Makassar- Selayar dalam bentuk JPG, peta inilah yang digunakan sebagai bahan mentah untuk digitalisasi ke bentuk Well Known Format (WKT), gambar 1(b) menunjukkan peta dalam bentuk WKT (Well Known Text) yang sudah didigitalisasi menggunakan aplikasi openmap.Perjalanan dari Makassar ke Benteng Selayar selama 14 Jam, menempuh jarak sekitar 240 km melewati selat Bira. Perjalanan dimulai dari Terminal Mallengkeri menuju Terminal Benteng di Selayar, melewati beberapa kabupaten yang ada di Sulawesi Selatan.Rute menuju Kab.Kep.Selayar memiliki jarak yang panjang, dan menggunakan beberapa jenis alat transportasi seperti bus, ferry, dan angkutan umum. Sarana transportasi ke Selayar dilayani oleh Bus yang telah memiliki rute fixed. Selain menggunakan rute bus yang fix yaitu jurusan Makassar – Selayar, kami juga menggunakan beberapa rute angkutan umum yang melalui jalur yang sama, dengan pemberhentian dan jurusan yang berbeda. Total bus, mobil, dan ferry yang digunakan adalah sebanyak 131 unit yang selanjutnya dijadikan sebagai node/router yang akan menerima dan meneruskan data ke node tujuan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk simulasi ini akan dievaluasi 6 model routing standar menggunakan ONE Simulator. Semua data yang telah dikumpulkan dijadikan parameter untuk pembuatan skenario pengiriman pesan pada DTN untuk rute Makassar-Selayar, dengan ONE pergerakan node dapat dimodelkan berdasarkan data real-world yang dibuat menggunakan aplikasi GIS (openjump) yang berformat *.wkt (Well Known Format). Pada Gambar 2 dapat dilihat model pergerakan yang telah diimplementasikan pada ONE Simlator.

Skenario ini disimulasikan selama 14 Jam, sesuai dengan lamanya waktu perjalanan dari Makassar Ke Selayar, pada simulasi ini diasumsikan setiap alat transportasi memiliki peralatan komunikasi yang dijadikan sebagai router DTN. Untuk node tipe bus dan Ferry memiliki high speed interface seperti perangkat wifi, dan interface Bluetooth, sedangkan untuk mobil angkutan hanya memiliki interface Bluetooth. Tahapan simulasi dilakukan dengan menggunakan ONE Simulator. Simulasi dimulai dengan mengevaluasi unjuk kerja (performance) dari 6 protokol routing dengan 4 ukuran file yang berbeda menggunakan skenario yang sudah disesuaikan dengan kondisi real di lapangan. Untuk skenario ini dibagi menjadi 2 group, group pertama adalah rute Makassar – Selayar, Selayar – Makassar dan Ferry Bira - Pamatata. Setiap hari Bus berangkat dari terminal mallengkeri menuju Terminal di Benteng selayar, begitupun sebaliknya bus menuju ke Makassar berangkat dari Terminal Benteng ke Terminal Mallengkeri.Kedua adalah group pendukung, merupakan mobil angkutan umum yang juga melalui jalur utama tetapi tidak sampai ke tujuan dari pesan, node ini bertindak sebagai perantara antar node utama.

Evaluasi diprioritaskan pada jumlah pesan yang diterima, probabilitas pesan, Message Delay Reports, Buffer Time Average, dan Latency Average, Total Contact Time Report, dan Throughput dengan 4 ukuran pesan yang berbeda yaitu 25 MB, 50 MB, 75 MB, dan 100 MB, (Cong Liu. 2009), Grafik perbandingan model routing pada

Gambar 3.

Berdasarkan hasil evaluasi 6 model routing standar pada DTN, yang meliputi 8 tahapan, didapatkan model routing yang optimal untuk skenario Makassar-Selayar yaitu Direct Delivery, Spray & Wait, dan MaxProp. Beradasarkan hasil simulasi, diantara beberapa model routing standar pada DTN, DDR mengirimkan file

(6)

ukuran 75 MB dan 100 MB leih banyak dibanding model lain, walaupun untuk pesan berukuran 25 MB, MPR masih lebih bagus dibanding DDR dan SWR.

Berdasarkan hasil analisis dan evaluasi di atas maka penulis memilih Direct Delivery untuk dijadikan dasar pengembangan model routing untuk skenario Makassar – Selayar karena kemampuannya mengirimkan pesan berukuran besar lebih baik dibanding kelima model routing yang ada. Sehingga dalam pengembangan akan dilakukan perbaikan performa untuk DDR. Pada gambar 4(a) merupakan diagram alir dari model routing direct delivery.

Untuk pengembangan, digunakan model routing Direct Delivery yang dikombinasikan dengan Oracle Based Router. Oracle based router digunakan untuk membuat keputusan pada routing berdasarkan informasi jumlah sumber daya dan jaringan yang tersedia serta routing protokol yang dapat digunakan (Eyuphan Bulut, 2011). Dari hasil pengembangan model routing, didapatkan model gabungan antara Direct Delivery dan Oracle Based Routing, yang disebut dengan Direct Oracle Router (DOR) dimana model ini dapat mengumpulkan informasi mengenai node pada setiap group, pada gambar 4(b) dapat dilihat flowchart Direct Oracle Router (DOR), terdapat beberapa penambahan proses berdasarkan informasi yang terdapat dalam Oracle (knowledge center) pada DOR, penambahan tersebut adalah; kemampuan untuk mengambil daftar / list pada semua router yang ada pada group, kemampuan untuk memeriksa daftar pesan yang ada pada node tujuan, kemampuan mereplikasi semua pengaturan yang ada pada node sumber ke node tujuan.Tujuan utama pengembangan model routing untuk skenario Makassar-Selayar adalah untuk menghasilkan model routing yang memiliki delivery probability yang tinggi, low latency, overhead ratio yang rendah dan throughput yang tinggi, sesuai dengan tujuan standar pengembangan model routing oleh Eyuphan Bulut (2011). Berikut perbandingan model routing hasil pengembangan Gambar 5. False Start Node Terkoneksi Mengirimkan pesan Membatalkan pengiriman pesan Stop Melakukan koneksi degan node terdekat

True Init

Source Node, Destination Node

Start

Node Terkoneksi

Me-list pesan yang ada pada Destination Node

Membatalkan pengiriman pesan

Stop Destination Node telah berisi pesan

Pesan di kirim ke Destination Node False

True Pesan di terima

Hapus pesan yang ada pada Source

Node

Replicate Setting Router dari Source Node ke

Destination Node Source Node melakukan koneksi ke node terdekat True False True False

Me-list semua router yang ada pada group node

Init

Source Node, Destination Node

(a). Algoritma DDR (b). Algoritma DOR (pengembangan) Gambar 4ab. Algoritma DDR dan Pengembangannya (DOR)

(7)

Dari evaluasi yang dilakukan, DOR memiliki kemampuan untuk mengirimkan pesan lebih banyak dibanding model yang lain, hal ini dapat dilihat dari probabilitas pengiriman pesan yang lebih tinggi dibanding model lain. DOR memiliki latency yang lebih tinggi dibanding DDR untuk ukuran file 25 MB, tetapi untuk ukuran file 75 MB – 100 MB DOR memiliki latency yang lebih rendah. Kekurangan dari model yang dikembangkan yaitu besarnya overhead ratio pada pengiriman file berukuran 25 MB ini akibat dari proses manajemen buffer masih kurang baik sehingga proses pada pembacaan pesan pada buffer di node tujuan sebelum pesan diteruskan buffer dianggap penuh.akibat dari besarnya overhead ratio berpengaruh pada throughput dari model routing, kekurangan yang kedua adalah tingginya throughput yang dihasilkan dibanding DDR dan MPR.

Gambar 5. Delivery Message,Buffer Time Average, Throughput,Latency Average, Message Delay Report,

Overhead Ratio 0 50 100 150 200 250 300

Direct Oracle Direct Delivery Max Prop

M e ss age Routing Model Delivery Message 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

TI m e ( s) Routing Models Buffer Time Average

25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18

Th ro u gh p u t R at a-ra ta Model Routing Throughput 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ti m e ( s) Routing Models Latency Average 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 0 100 200 300 400 500 600 700

R at io Routing Model Overhead Ratio 25 MB 50 MB 75 MB 100 MB

(8)

SIMPULAN

Dari hasil simulasi dan evaluasi didapatkan bahwa Delay tolerant Network dapat digunakan sebagai alternatif penyedia informasi pada daerah terpencil yang belum memiliki infrastruktur internet yang memadai, dengan memanfaatkan alat transportasi menuju desa tersebut sebagai router DTN. Dari 6 model routing populer pada DTN dikembangkan model routing yang optimal untuk ukuran pesan yang besar yaitu Direct Delivery Routing, DDR dipilih karena mampu mengirimkan file ukuran 75 MB dan 100 MB lebih banyak dibanding model lain, DDR dikombinasikan dengan oracle based routing. Kami mengusulkan pengembangan model routing yang disebut dengan Direct Oracle Router (DOR). Dari evaluasi yang dilakukan, DOR memiliki kemampuan untuk mengirimkan pesan lebih banyak dibanding model yang lain.

DAFTAR PUSTAKA

Ari Keranen, Jorg Ott, Teemu Karkkainen. (2009). The ONE Simulator for DTN Protocol Evaluation.

Cong Liu. (2009). Design And Implementation Of Efficient Routing Protocols In Delay Tolerant Networks. Dissertation. Florida Atlantic University

Emir M. Husni, Ari Rinaldi Sumarmo. (2010). Delay Tolerant Network Utilizing Train for News Portal and Email Services. 2010 3rd_{International Conference on ICT4M}

Evan P.C. Jones, Paul A.S. Ward. (2007). Routing Strategies for Delay-Tolerant Networks.

Eyuphan Bulut. (2011). Opportunistic Routing Algorithms In Delay Tolerant Networks. Thesis Doctor Of Philosophy.

Forrest Warthman. (2003). Delay-Tolerant-Networks (DTNs) A Tutorial. Warhtman Associates

Md. Yusuf S. Uddin, David M. Nicol. (2009). A Post-Disaster Mobility Model for Delay Tolerant Networking. Winter Simulation Conference

Michel Sede, Xu Li, Da Li, Min-You Wu. (2010). Routing in Large-Scale Buses Ad Hoc Networks. Department of Komputer Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China

Yunqiu Zhong. (2010). A Message Repository For Delay-Tolerant Networks. Thesis. Aalto University School of Science and Technology

_____http://www.dtnrg.org/wiki Diakses pada tanggal 01 Februari 2012