Analisis Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of
Service pada Wimax
LAPORAN TUGAS AKHIR
Disusun sebagai syarat kelulusan tingkat sarjana
oleh
:
Mastura Diana Marieska / 13504136
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA
SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
LEMBAR PENGESAHAN
Program Studi Sarjana Teknik Informatika
Analisis Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of
Service pada Wimax
Tugar Akhir
Program Studi Sarjana Teknik Informatika ITB
Oleh:
Mastura Diana Marieska / 13504136
Telah disetujui dan disahkan sebagai Laporan Tugas Akhir
Di Bandung, pada tanggal 26 Juni 2008
Pembimbing 1
Achmad Imam Kistijantoro M.Sc., PhD
NIP. 132320599
Pembimbing 2
Dr. Ir. Adi Indrayanto, M.Sc
NIP. 132059833
iii
ABSTRAK
Pada Tugas Akhir ini dibangun sebuah kerangka uji algoritma penjadwalan pada
topologi Point to
Multipoint Wimax. Kerangka uji ini tidak dikembangkan pada real
network, melainkan pada simulasi yang dijalankan pada network simulator. Kerangka
uji telah dipakai untuk melakukan pengujian algoritma penjadwalan yang telah
diimplementasikan pada modul 802.16 di NS2, yaitu Weighted Round Robin.
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.
IEEE Standard 802.16 tidak mendefinisikan algoritma penjadwalan. Algoritma
penjadwalan bukan bagian dari standar sehingga perancang sistem Wimax dapat
memilih algoritma yang paling cocok untuk diterapkan di jaringannya. Tidak
distandarisasikannya algoritma penjadwalan membuat para peneliti mengusulkan
berbagai jenis algoritma yang berbeda. Diperlukan suatu kerangka uji algoritma untuk
dapat mengetahui kualitas algoritma penjadwalan berdasarkan metrik QoS.
Kerangka uji dibuat dengan memakai berbagai tools, yaitu NS2 beserta modul 802.16
sebagai simulator jaringan Wimax, dan Trace Graph sebagai trace file analyzer. Hasil
dari Tugas Akhir ini adalah kerangka uji algoritma berupa mekanisme pengujian
algoritma yang terdiri dari kumpulan metrik untuk menilai kualitas algoritma
penjadwalan, 10 skenario uji yang menggambarkan keadaan trafik ramai dan tidak
ramai dengan variasi trafik data dari 5 jenis kelas QoS, dan langkah-langkah
pengujian dengan menggunakan Trace Graph. Kerangka uji telah dipakai untuk
menguji algoritma Weighted Round Robin pada modul 802.16 di NS2.
Kata kunci :
IEEE 802.16, Wimax, Quality of Service, algoritma penjadwalan,
metrik QoS, network simulator
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat
yang diberikan-Nya sehingga pengerjaan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis
Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of Service pada Wimax” ini dapat
diselesaikan dengan baik.
Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya pada:
1.
Bapak Achmad Imam Kistijantoro, M.Sc., Ph.D., dan Bapak
Dr. Ir. Adi Indrayanto, M.Sc.,atas segala arahan dan bimbingan yang sangat berharga
selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Bugi Wibowo, S.T., M.T., atas segala kritik dan saran yang diberikan
selaku penguji pada presentasi proposal, prasidang, dan sidang Tugas Akhir.
3.
Bapak
Dr.Ir. Munawar Ahmad Z.A,atas segala kritik, saran, dan masukan yang
diberikan selaku penguji pada seminar Tugas Akhir serta atas bimbingan
selaku dosen wali selama masa perkuliahan penulis.
4.
Bapak Ir. Afwarman Manaf, M.Sc., Ph.D., atas segala kritik dan saran yang
diberikan selaku penguji pada sidang Tugas Akhir.
5.
Papa dan Mama tercinta yang telah memberikan do’a, nasihat, kepercayaan,
dan dukungan yang tak habis-habisnya kepada penulis.
6.
Kakak-kakak penulis, Muhammad Andika, Adhe Kania, dan Muhammad
Subair yang selalu memberikan dukungan dan suntikan semangat kepada
penulis.
7.
Keponakan pertama penulis, Shafiyyah Kalila, yang menjadi salah satu
penyebab penulis ingin menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya.
8.
Teman-teman 1010 Ceria, Indriani NH, Novi Setiani, Shinta Marino, Thazin
Aungsoe, Nurshanti, Nazar Iskandar, Arizka Dikson, Tessa Ramsky, dan
Bhimantyo Pamungkas atas persahabatan yang luar biasa selama 4 tahun ini
dan insyaAllah tahun-tahun berikutnya.
v
9.
Kakak-kakak penulis, Kak Firdaus, Kak Izzul Hidayat, Mas Umar Darmaji,
Mas Galih Nurkahfi, dan Kak Masagus Krisna, atas bantuan dan support yang
diberikan pada penulis.
10.
Ibu dan Bapak serta teman-teman kos Cisitu Indah III no. 5 atas do’a dan
perjuangan bersama sejak TPB.
11.
Teman-teman laboratorium Sistem Tersebar, KK Informatika, STEI-ITB.
12.
Senior dan teman-teman network administrator CNRG-USDI ITB.
13.
Teman-teman angkatan 2004 Teknik Informatika ITB.
14.
Teman-teman HMIF, Muslif, Comlabs, ARC, MUSI, KM ITB (Departemen
PSDM), ISC Gamais, dan Ikasspaba.
15.
Seluruh staf akademik dan non akademik Program Studi Teknik Informatika
yang telah memberikan bantuan selama masa perkuliahan penulis.
16.
Semua pihak yang telah membantu pengerjaan Tugas Akhir ini yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang
membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak
kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan.
Bandung, Juni 2008
DAFTAR
ISI
ABSTRAK ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR ISTILAH ... x BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Rumusan Masalah... I-4 1.3 Tujuan ... I-5 1.4 Batasan Masalah ... I-5 1.5 Metodologi ... I-5 1.6 Sistematika Pembahasan ... I-6 BAB II LANDASAN TEORI ... II-1
2.1 IEEE 802.16 BroadbandWirelessAccess / WIMAX ... II-1 2.1.1 Layer-layer Wimax ... II-3 2.1.2 Arsitektur Wimax ... II-4 2.1.3 QoS Classes ... II-5 2.2 Wimax MAC Layer ... II-8 2.2.1 ConvergenSublayer ... II-8 2.2.2 Common PartSublayer ... II-10 2.2.3 Security Sublayer... II-12 2.3 Algoritma Penjadwalan pada MAC Layer ... II-12 2.3.1 Weighted Round Robin ... II-13 2.3.2 DeficitRound Robin ... II-15 2.3.3 WeightedFair Queueing ... II-16 2.3.4 Early Deadline First ... II-18 2.4 Metrik QoS ... II-18 2.5 Network Simulator 2 ... II-20 2.6 Modul 802.16 pada NS2 ... II-21 2.7 Algoritma Penjadwalan pada Modul 802.16 di NS2 ... II-23 BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN ... III-1
3.1 Implementasi metrik QoS ... III-2 3.1.1 AverageThroughput ... III-2 3.1.2 PacketLoss ... III-2 3.1.3 FairnessIndex ... III-2 3.1.4 Metrik QoS yang Tidak Diimplementasikan ... III-3 3.2 Skenario Simulasi ... III-5 3.3 Kriteria Algoritma Penjadwalan Ideal ... III-7 3.4 Skema Kerangka Uji ... III-8 BAB IV PENGUJIAN ... IV-1
4.1 Lingkungan Pengujian ... IV-1 4.2 Tool Pengujian ... IV-2 4.3 Parameter Simulasi ... IV-2 4.4 Hasil Pengujian ... IV-3 4.4.1 Skenario 1A ... IV-4 4.4.2 Skenario 1B ... IV-5 4.4.3 Skenario 1C ... IV-6 4.4.4 Skenario 1D ... IV-8 4.4.5 Skenario 1E ... IV-9 4.4.6 Skenario 2A ... IV-11 4.4.7 Skenario 2B ... IV-12
vii
4.4.8 Skenario 2C ... IV-14 4.4.9 Skenario 2D ... IV-15 4.4.10 Skenario 2E ... IV-17 4.5 Analisis dan Kesimpulan Pengujian ... IV-18 4.5.1 Analisis Pengujian ... IV-19 4.5.2 Kesimpulan Pengujian ... IV-20 BAB V Kesimpulan dan Saran ... V-15.1 Kesimpulan ... V-1 5.2 Saran ... V-2 DAFTAR REFERENSI ... vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar I-1 IEEE Std. 802.16 protocolLayering ... I-2 Gambar I-2 MAC Layer dari IEEE Std. 802.16 ... I-2 Gambar I-3 IEEE Std. 802.16 QoS Architecture ... I-4 Gambar II-1 Klasifikasi wirelessnetwork berdasarkan luas dearah jangkauan ... II-2 Gambar II-2 OSI NetworkReferenceSeven-layerModel... II-3 Gambar II-3 Protocol Layer of IEEE Std 802.16 ... II-4 Gambar II-4 Paket data kelas UGS ... II-6 Gambar II-5 Paket data kelas rtPS ... II-6 Gambar II-6 Paket data kelas nrtPS ... II-7 Gambar II-7 Paket data kelas BE ... II-7 Gambar II-8 Keterhubungan antara service flow dan connection ... II-9 Gambar II-9 Klasifikasi dan pemetaan connection pada CS ... II-10 Gambar II-10 Mekanisme penjadwalan pada sebuah station ... II-11 Gambar II-11 Faktor-faktor yang mempengaruhi penjadwalan pada BS ... II-11 Gambar II-12 Algoritma Round robin ... II-13 Gambar II-13 Round robin Cycle ... II-14 Gambar II-14 WeightedRound robin Cycle (Pendekatan 1) ... II-14 Gambar II-15 WeightedRound robin Cycle (Pendekatan 2) ... II-14 Gambar II-16 Ilustrasi algoritma Deficit Round robin (1) ... II-15 Gambar II-17 Ilustrasi algoritma Deficit Round robin (2) ... II-16 Gambar II-18 Keterhubungan antara C++ dan OTcl pada NS2 ... II-20 Gambar II-19 Proses Kerja NS2 ... II-21 Gambar II-20 Arsitektur MAC layer pada modul 802.16 NS2 ... II-22 Gambar II-21 Keterkaitan modul 802.16 dengan NS2 ... II-23 Gambar III-1 Skema Kerangka Uji ... III-9 Gambar IV-1 Throughput Skenario 1A ... IV-4 Gambar IV-2 Throughput Skenario 1B ... IV-5 Gambar IV-3 Throughput Skenario 1C ... IV-7 Gambar IV-4 Throughput Skenario 1D ... IV-8 Gambar IV-5 Throughput Skenario 1E ... IV-10 Gambar IV-6 Throughput Skenario 2A ... IV-11 Gambar IV-7 Throughput Skenario 2B ... IV-13 Gambar IV-8 Throughput Skenario 2C ... IV-14 Gambar IV-9 Throughput Skenario 2D ... IV-16 Gambar IV-10 Throughput Skenario 2E ... IV-17
ix
DAFTAR TABEL
Tabel I-1 Kelas QoS pada Wimax ... I-3 Tabel III-1 Skenario Simulasi... III-7 Tabel IV-1 Parameter Simulasi ... IV-2 Tabel IV-2 Hasil Pengujian ... IV-19
