ii
PENGIRIMAN PESAN BERPRIORITAS PADA VEHICULAR
AD HOC NETWORKS (VANETs)
PRIORITY MESSAGE DISSEMINATION IN VEHICULAR AD
HOC NETWORKS (VANETs)
JEFFRY
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS HASANUDDIN
PENGIRIMAN PESAN BERPRIORITAS PADA VEHICULAR AD HOC NETWORKS (VANETs)
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar megister
Program Studi Teknik Elektro
Disusun dan diajukan oleh
Jeffry Kepada SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2017
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Jeffry
Nomor Pokok : P2700215007
Program Studi : Teknik Elektro Konsentrasi : Teknik Informatika
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan pengambilan tulisan atau pikiran orang lain. Apabila di kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan tesis ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.
Makassar, 26 Desember 2017
Yang menyatakan
ii
KATA PENGANTAR
Tiada kata yang patut penulis ucapkan pertama kali, kecuali mengucapkan syukur kepada Allah SWT. Berkat rahmat dan hidayahNyalah, sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan Tesis ini yang berjudul “Pengiriman Pesan Berprioritas pada Vehicular Ad Hoc Networks”.
Penyelesaian Tesis ini tidak luput dari bantuan dan motifasi berbagai pihak baik moril maupun materil, maka perkenankan penyusun mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dorongannya, khususnya kepada :
1. Bapak Dr. Eng. Armin Lawi, M. Eng dan Bapak Prof. Dr. Ir. H. Syafruddin Syarif, M.T. atas bimbingan, arahan dan waktu yang telah diluangkan kepada penulis untuk berdiskusi selama menjadi dosen pembimbing serta kesediaannya mengikut sertakan penulis pada Internasional Conference Computer Applications and Information Processing Technology (CAIPT 2017).
2. Bapak Dr. Eng. Wardi, ST. M.Eng., Dr. Muhammad Niswar, ST. M. Info Tech., dan Dr. Ir. H. Rhiza S. Sadjad, MSEE. yang telah memberikan masukan dan saran pada saat seminar proposal dan seminar hasil tesis.
3. Ketua program studi Pascasarjana Teknik Elektro Bapak Dr. Ir. Zahir Zainuddin, M.sc.,
4. Seluruh Dosen program Pascasarja Teknik Elektro khususnya dosen Teknik Informatika yang telah memberikan sumbangsih ilmunya kepada penulis.
5. Seluruh staf atas segala bantuannya selama penulis menyelesaikan studi di program Pascasarja Teknik Elektro.
6. Kedua Orang Tuaku terkasih dan tersayang Wa Ode Marlia dan Hanafi, S.Pd.,M.Pd. yang selalu memberiakan do’a dengan tulus dan iklas, Saudariku Nurafni, dan Fitrah yang selalu menjadi penyemangat. 7. Rekan rekan mahasiswa Teknik Informatika 2015 : Firman Azis,
Supriyadi La Wungo, Anwar, Ali Akbar Velayaty, Syahrul Usman, Sofyan Tandungan, Muh Ismail, Chrisna Gallih Sangsoko, Muh Idris Rifai, Baso Mustakim, Surya Sunarya, Rezky Fatmasari, Rina Anriani, Rohmah Nur Hidayah, dan Nurul Fathanah.
8. Rekan rekan S-2 Teknik Elektro angkatan 2015.
9. Kepada semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat, khususnya bagi penulis.
Makassar, Desember 2017
iv
ABSTRAK
JEFFRY. Pengiriman Pesan Berprioritas pada Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs). (dibimbing oleh Syafruddin Syarif dan Armin Lawi).
Penelitian ini bertujuan menganalis pengiriman pesan berprioritas di Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs).
VANETs merupakan teknologi yang dapat melakukan komunikasi antara satu kendaraan dan kendaraan lainnya sehingga dapat mengurangi dampak kecelakaan lalu lintas. Kebutuhan quality of service di VANETs untuk melakukan komunikasi ini telah didukung oleh protokol standar, yaitu protokol IEEE 802.11p wireless access in vehicular environment (WAVE). Mekanisme yang digunakan pada protokol ini adalah mekanisme CSMA/CA yang membagi empat akses kategori dalam pemilihan channel access dengan memastikan keberhasilan paket yang lebih prioritas dibandingkan dengan yang berprioritas rendah. Namun, jika kendaraan lain memiliki paket prioritas yang sama untuk dikirim, tabrakan mungkin saja akan terjadi. Dalam penelitian ini diusulkan mekanisme penyebaran paket berdasarkan prioritas. Prioritas paket diperkirakan berdasarkan lokasi dan kondisi lalu lintas kendaraan. Kemudian, protokol AODV diusulkan untuk melakukan penyebaran data.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa mekanisme priority based channel access memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan mekanisme CSMA/CA dengan rata-rata peningkatan PDR sebesar 26%, throughput sebesar 0,26 Mbit/sec, dan penurunan delay sebesar 0,08648 second.
Kata kunci : VANETs, penyebaran pesan berprioritas, penjadwalan paket, AODV, IEEE 802.11p, CSMA/CA
ABSTRACT
JEFFRY. Dissemination of Prioritized Messages in Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs). (supervised by Syafruddin Syarif dan Armin Lawi).
This study aims to analyze the dissemination of prioritized messages in Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs). VANETs is a technology that can create a communication process between one vehicle with other vehicles so that the impact of traffic accident can be reduced. Quality of Service requirements in 802.11p WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment) protocol.
The mechanism used in this protocol is the CSMA/CA that has four access categories in the selection of channel access. It ensures the success of more-prioritized packets compared to low-priority ones. However, if other vehicles have the same priority packet to send, a collision might happen. A mechanism of priority-based packet dissemination is proposed in this study. Packet priority is estimated based on location and traffic conditions of vehicles. Furthermore, the AODV protocol is proposed for the data dissemination.
The results of the simulation show that the mechanism of priority-based channel access performs better than the CSMA/CA mechanism with PDR increase of 26% on average, throughput of 0.26 Mbit/sec, and delay decrease of 0.08648 seconds.
Keywords : VANET, Priority Data Dissemination, Packets scheduling, AODV, IEEE 802.11p, CSMA/CA
vi
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ... ii ABSTRAK ... iv DAFTAR ISI ... vi DAFTAR TABEL ... ix DAFTAR GAMBAR ... x BAB I. PENDAHULUAN...1 A. LATAR BELAKANG ...1 B. RUMUSAN MASALAH ...3 C. TUJUAN PENELITIAN ...4 D. MANFAAT PENELITIAN ...4 E. BATASAN MASALAH ...5 F. SISTEMATIKA PENULISAN ...5BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...8
A. LANDASAN TEORI ...8
1. Vehicular Ad hoc Networks (Vanets) ... 8
2. IEEE 802.11p Protocol ... 9
3. Carrier Sense Multiple Access/Congestion Avoidance (CSMA/CA) ... 11
4. Priority Based Channel Access ... 12
5. Ad Hoc on Demand Distance Vector (AODV) Routing Protocol 12 6. Single-hop dan Multi-Hop Beaconing di Vanet ... 14
6.1 Single-hop Beaconing ...14 6.2 Multi-hop di Vanets ...15 7. Routing Protocol ... 16 7.1 Unicast Protocol ...17 7.2 Multicast Protocol ...17 7.3 Geocast Protocol ...17 7.4 Mobicast Protocol ...17 7.5 Broadcast Protocol ...17
8. Pesan berprioritas di VANETs ... 18
9. Software yang digunakan ... 19
9.1 Omnet++ IDE 4.6...19
9.2 Open Street Map (OSM) ...20
9.3 Simulation of Urban Mobility (SUMO) ...21
B. PENELITIAN TERKAIT ...22
C. STATE OF THE ART ...24
viii
BAB III. METODE PENELITIAN...27
A. TAHAPAN PENELITIAN ...27
B. WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN ...29
C. JENIS PENELITIAN ...29
D. PERANCANGAN SISTEM ...29
E. Sumber Data ...33
F. INSTRUMEN PENELITIAN ...34
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...35
A. PARAMETER SIMULASI ...35
B. SKENARIO ...36
C. IMPLEMENTASI...38
D. PEMBAHASAN ...42
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ...47
A. KESIMPULAN ...47
B. SARAN ...47
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1 PARAMETER SETTING FOR DIFFERENT APPLICATION
CATEGORIES IN IEEE 802.11P. ...10
Tabel 2 State of the Art ...24
Tabel 3 simulation parameters ...35
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1 Arsitektur Vanet ...9
Gambar 2 Routing Mechanism in AODV ...13
Gambar 3 Single Hop beaconing ...15
Gambar 4 Multi Hop beaconing ...16
Gambar 5 Kerangka pikir ...26
Gambar 6 Alur Penelitian ...27
Gambar 7 Flow Chart System ...30
Gambar 8 Ilustrasi mekanisme ...31
Gambar 9 Skenario Lalu Lintas...37
Gambar 10 Peta OSM ...38
Gambar 11 Netconvert ...39
Gambar 12 Polyconvert ...39
Gambar 13 RandomTrips ...40
Gambar 14 Daftar file ...40
Gambar 15 Running Simulasi ...41
Gambar 16 Packet Delivery Ratio ...44
Gambar 17 throughput ...44
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi telah merambah ke berbagai aspek kehidupan, tidak terkecuali dalam bidang transportasi. Salah satu isu yang saat ini sedang berkembang pada Intelligent Transport System (ITS) adalah bagaimana ITS didesain sehingga dapat mendukung lalu lintas pengiriman informasi, secara akurat dan tepat waktu untuk pengendara dan otoritas transportasi. Transmisi ini dapat dilakukan melalui jaringan nirkabel yang lebih dikenal sebagai Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) (Bitam and Mellouk, 2014). VANET memungkinkan kendaraan untuk saling berkomunikasi antara kendaraan yang satu dengan kendaraan yang lain. Dengan adanya komunikasi ini, pengendara dapat saling mengingatkan tentang adanya kecelakaan atau informasi lain yang dibutuhkan oleh pengendara.
VANET dibangun untuk komunikasi antara kendaraan, komunikasi Vehicle-to-Vehicle (V2V) dan komunikasi Vehicle-to-Infrastructure (V2I) untuk beberapa aplikasi yang signifikan (Kumar, Mishra and Chand, 2013; Rehman et al., 2013; Sanguesa et al., 2016). Tantangan yang dihadapi dalam VANET adalah routing, keamanan, Quality of Service (QoS) dan skalabilitas. Tujuan utama VANET adalah untuk memberikan keamanan, dalam hal terjadinya kecelakaan atau pesan untuk pencegahan keselamatan. Jenis pesan yang dikirim yaitu penyebaran data berprioritas
2
(Sanguesa et al., 2016), (Dawood and Wang, 2013; Javed, Ngo and Khan, 2014; Bi et al., 2016; Wanting Zhu et al., 2016),(Tomar, Chaurasia and Tomar, 2010). Pada (Suthaputchakun, Sun and Dianati, 2013) pesan berprioritas diasumsikan sebagai AC_VO yang merupakan level akses kategori yang paling berprioritas pada protokol standar IEEE 802.11p. Pesan keselamatan bagi pengemudi kendaraan seperti status jalan, hambatan identifikasi jalan, pemberitahuan perubahan jalur, peringatan sinyal lalu lintas, peringatan tabrakan, alarm kecelakaan, dan lain-lain. Semua pesan ini dapat disebarluaskan baik melalui one-hop atau multi-hop Secara Umum, aplikasi yang berhubungan dengan keselamatan di VANETs terdiri dari dua yaitu pesan status seperti cooperative awareness messages (CAMs) dan pesan darurat seperti decentralized environmental notifications (DENs) (Stanica, Chaput and Beylot, 2012; W. Zhu et al., 2016). Dalam hubungannya dengan komunikasi antar kendaraan, terutama menyangkut keselamatan transportasi, tentu pengiriman yang handal dan cepat dari pesan sangat penting sehingga dampak yang ditimbulkan dari kecelakaan transportasi dapat lebih diminimalisir. Untuk itu, pengiriman pesan yang memiliki prioritas tinggi harus dikirim lebih dulu pada jaringan.
Beberapa penelitian tentang pemilihan paket di Mac Layer telah diteliti sebelumnya. Pada penelitian (Tripti, G and Manoj, 2015) prioritas paket data ditentukan dengan mengubah nilai AIFS yang dihitung berdasarkan Time to Leave (TTL) kendaraan dan type traffic untuk meningkatkan throughput jika dibandingkan dengan skema standar CSMA/CA untuk channel access. Namun, pada penelitian ini belum menerapkan protokol
untuk penyebaran pesan setelah pemilihan paket berprioritas. Menurut penelitian (Upadhyay, 2016) untuk mengurangi delay paket, penelitian ini mengusulkan algoritma high priority untuk pemilihan cluster head namun masih menggunakan skema MAC standar untuk penentuan paket prioritas. Setelah prioritas paket ditentukan, selanjutnya adalah bagaimana menentukan kehandalan dalam hal penyebaran data. Pada penelitian (Sallam and Mahmoud, 2015), Protokol AODV memiliki kehandalan yang tinggi jika dibandingkan dengan protokol OLSR yang diimplementasikan menggunakan SUMO dan NS3. Sementara menurut penelitian (Ali and Khalil, 2016), AODV memiliki kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan dengan OLSR pada kondisi kepadatan yang tinggi.
Penelitian ini mengusulkan mekanisme pengiriman paket berprioritas. Kontribusi utama dari penelitian ini adalah penjadwalan data dilakukan berdasarkan prioritas pada kondisi skenario real Kota Makassar pada beberapa jalan arteri yang telah ditentukan, skenario ini akan dijalankan pada mekanisme CSMA/CA dan Priority Based Channel Access dan melihat performansi dari kedua mekanisme. Simulasi menggunakan SUMO dan Omnet++.
B. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraian di atas, maka dapat disimpulkan beberapa permasalahan sebagai berikut:
a. Bagaimana simulasi skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access pada skenario kota Makassar di Vehicular Ad-Hoc Networks?
4
b. Bagaimana penerapan pesan berprioritas dalam skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access pada skenario kota makassar di Vehicular Ad-Hoc Networks?
C. TUJUAN PENELITIAN
Berdasarkan permasalahan di atas, maka tujuan penelitian dapat dijabarkan sebagai berikut:
a. Menerapkan simulasi skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access dalam skenario kota Makassar di Vehicular Ad-Hoc Networks. b. Menganalisis penerapan skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access dalam skenario kota Makassar di Vehicular Ad-Hoc Networks.
D. MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :
a. Bagi Masyarakat, penelitian ini dapat membantu pihak terkait utamanya dalam bidang transportasi yang memanfaatkan teknologi komunikasi antar kendaraan, sehingga meminimalisar terjadinya kecelakaan transportasi khususnya wilayah Kota Makassar.
b. Bagi peneliti, penelitian ini berguna untuk menambah pengetahuan dan kemampuan umumnya dalam hal komunikasi antar kendaraan (VANETs) dan prioritas pesan pada khususnya.
c. Bagi institusi pendidikan Magister Jurusan Teknik elektro Konsentrasi Teknik Informatika, dapat digunakan sebagai referensi ilmiah dalam penelitian untuk pengembangan sistem VANETs.
E. BATASAN MASALAH
Untuk menjaga fokus dari penelitian ini, maka beberapa batasan yang diberikan adalah sebagai berikut:
a. Lokasi skenario dilakukan di wilayah kota makassar dengan luas jangkauan simulasi 800 x 1.000 M2 yang mencakup jalan AP. Pettarani,
Jl. Boulevard, Jl. Pengayoman dan Jl. Hertasning.
b. Skema yang digunakan adalah CSMA/CA dan Priotity Based Channel Access dengan melakukan perbandingan kedua skema.
c. Routing protocol menggunakan Ad Hoc on Demand Distance Vector.
F. SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan pada penelitian ini adalah: Bab I Pendahuluan
Bab I berisi penjelasan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup penelitian serta sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori dan Kerangka Pemikiran
Bab II berisi penjelasan tentang landasan teori yang digunakan dalam penelitian dan kerangka pemikiran. Diuraikan pula tentang tinjauan pustaka yang merupakan penjelasan tentang hasil-hasil penelitian lainnya yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan. Landasan teori merupakan suatu penjelasan tentang sumber acuan terbaru dari pustaka primer seperti buku, artikel, jurnal, prosiding dan tulisan asli lainnya untuk
6
mengetahui perkembangan penelitian yang relevan dengan judul atau tema penelitian yang dilakukan dan juga sebagai arahan dalam memecahkan masalah yang diteliti. Dalam bab ini juga diurakan tentang kerangka pemikiran yang merupakan penjelasan tentang kerangka berpikir untuk memecahkan masalah yang sedang diteliti, termasuk menguraikan objek penelitian serta state of the art dari beberapa penelitian terkait beserta tahapan-tahapan yang akan dilakukan untuk menyelesaikan penelitian juga akan di bahas pada bab ini.
Bab III Metodologi Penelitian
Bab III ini merupakan penjelasan tentang metode penelitian, penentuan masalah, penentuan computing approach, juga penjelasan bagaimana pengembangan dan penerapan software dengan computing approach pada obyek penelitian, diuraikan pula cara evaluasi dan validasi hasil penerapan, metode pengumpulan data, metode analisis data, metode pengukuran penelitian, penerapan computing approach pada masalah penelitian, pengembangan software yang menerapkan computing approach, analisa kebutuhan, konstruksi sistem dan pengujian sistem.
Bab IV Hasil dan pembahasan
Pada bab IV ini menjelaskan tentang hasil dan pembahasan penelitian serta implikasi dari penelitian yang dilakukan. Hasil merupakan suatu penjelasan tentang data kuantitatif yang dikumpulkan dari lapangan sesuai dengan metodologi yang telah ditetapkan. Pembahasan merupakan suatu penjelasan tentang pengolahan data dan interprestasinya, baik dalam
bentuk diskriptif ataupun penarikan inferensinya. Implikasi penelitian merupakan suatu penjelasan tentang tindak lanjut penelitian yang terkait dengan aspek manajerial, aspek sistem, maupun aspek penelitian lanjutan. Bab V Kesimpulan dan Saran
Pada bab V ini berisi ringkasan temuan, rangkuman kesimpulan dan saran. Kesimpulan merupakan pernyataan secara general atau spesifik yang berisi hal-hal penting dan menjadi temuan penelitian yang bersumber pada hasil dan pembahasan. Saran merupakan pernyataan atau rekomendasi peneliti yang berisi hal-hal penting sebagaimana yang telah disampaikan.
Jadwal Penelitian
Merupakan tahapan penelitian berdasarkan pembagian waktu pelaksanaan yang akan dijelaskan secara terperinci dan urutan waktu kerja dari penelitian.
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. LANDASAN TEORI
1. Vehicular Ad hoc Networks (VANETs)
Vehicular ad-hoc networks (VANETs) merupakan perkembangan dari mobile ad-hoc network (MANET), VANETs menyediakan komunikasi data di area kendaraan menggunakan transmisi nirkabel. Duah buah node VANETs melakukan komunikasi atau bertukar pesan data dalam mode multi-hop atau one-hop dengan meneruskan pesan data dari node pengirim pertama yang disebut node sumber ke penerima terakhir yang disebut dengan node tujuan (Bitam and Mellouk, 2014).
VANETs dapat didefinisikan sebagai satu set node mobile yang terdiri dari kendaraan, serta node tetap yang dikenal dengan RSUs, dimana RSUs ini ditempatkan di lokasi-lokasi penting seperti jalan licin, stasiun layanan, persimpangan berbahaya atau tempat-tempat yang dikenal dengan kondisi cuaca berbahaya. Vanet menyediakan komunikasi data digital dengan cara nirkabel dan multi-hop antara kendaraan melalui intervehicle communication (IVC), dan antara kendaraan dengan RSUs melalui vehicle-to roadside communication (VRC). Kendaraan dilengkapi dengan semacam antarmuka radio yang disebut On-Board Unit (OBU) yang memungkinkan IVC / VRC dapat terintegrasi dengan Global Positioning System (GPS) ke dalam kendaraan untuk memfasilitasi layanan berbasis lokasi (Bitam and Mellouk, 2014).
Gambar 1 Arsitektur Vanet
Gambar.1, menggambarkan arsitektur VANET dengan kendaraan yang bergerak di dua jalur jalan. Komunikasi diadakan di antara kendaraan untuk tujuan keselamatan. Komunikasi bisa berupa single-hop atau multi-hop.
2. IEEE 802.11p Protocol
Standar 802.11 merupakan standarisasi WLAN pertama yang dipublikasikan oleh IEEE pada tahun 1997. Karena banyaknya jenis-jenis jaringan WLAN yang ada di pasaran, maka standar IEEE 802.11 menetapkan antarmuka (interface) antara klien WLAN (Wireless client) dengan jaringan Access Point-nya (network APs). Untuk membedakan perbedaan antara jaringan WLAN satu dengan jaringan WLAN lainnya, maka 802.11 menggunakan Service Set Identifier (SSID). Dengan penanda
10
ini maka dapat di bedakan antara jaringan WLAN satu dengan lainnya sebab jaringan WLAN satu dengan yang lain pasti memiliki nomor penanda SSID yang berbeda pula. Access Point (AP) menggunakan SSID untuk menentukan lalu lintas paket data mana yang di peruntukkan untuk Access Point tersebut. Standar 802.11 juga menentukan frekuensi yang dapat digunakan oleh jaringan WLAN. Misalnya untuk industrial, scientific, dan medical (ISM) beroperasi pada frekuensi radio 2,4GHz. 802.11 juga menentukan tiga jenis transmisi pada lapisan fisik untuk model Open System Interconnection (OSI), yaitu: direct-sequence spread spectrum (DSSS), frequency-hopping spread spectrum (FHSS), dan infrared.
Pada Vehicular ad-hoc Networks (VANETs) terdapat protokol standar IEEE yang dirancang untuk mendukung akses nirkabel di lingkungan kendaraan (WAVE) (Transportation and Committee, 2016) yaitu protokol IEEE 802.11p (Man and Society, 2007)
.
Protocol ini menggunakan mekanisme Enhanced distributed channel access (EDCA) dengan beberapa parameter yang digunakan untuk Quality of Service (QoS) dalam hal transmisi pada Medium Access Control (MAC).
Tabel 1 PARAMETER SETTING FOR DIFFERENT APPLICATION CATEGORIES IN IEEE 802.11P
.
Access Category
AIFSN CWmin CWmax
AC_BK 9 15 1023
AC_BE 6 15 1023
AC_VI 3 7 15
Tabel 1 menunjukkan tingkat prioritas yang disediakan untuk berbagai jenis aplikasi yang ada di protokol standar IEEE 802.11p
Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) adalah mekanisme akses saluran yang dirancang untuk dukungan Quality of Service (QoS) berbasis kepentingan pada lapisan MAC. Mekanisme EDCA mendefinisikan empat akses kategori. Keempat akses kategori memiliki empat prioritas untuk parameternya, termasuk contention window minimum (CWmin), contention window maximum (CWmax), dan arbitration inter-frame space number (AIFSN) (Shah and Mustari, 2017). Parameter contention ditunjukkan pada Tabel 1.
3. Carrier Sense Multiple Access/Congestion Avoidance (CSMA/CA)
CSMA/CA adalah skema standar yang digunakan di IEEE 802.11p. Skema ini, memprioritaskan lalu lintas kendaraan dengan menentukan arbitration inter-frame space (AIFS) untuk mengakses channel. Di CSMA/CA, setiap node mendengarkan ketersediaan channel. Jika channel sedang sibuk, waktu luang dipilih secara acak di interval [0, CW] di mana CW adalah Contention Window. Jika channel sibuk hingga waktu maksimum backoff, waktu akan berhenti dan dilanjutkan kembali bila channel tersedia lagi selama periode AIFS(IEEE Std 802.11e-2005 (Amendment to IEEE Std 802.11, 2005; Giang and Busson, 2012).
12
4. Priority Based Channel Access
Skema Priority Based Channel Access adalah skema untuk menentukan prioritas masing-masing kendaraan yang dihitung berdasarkan time-to-leave dengan efektifitas kategori lalu lintas di kendaraan tersebut. Nilai prioritas kemudian dipetakan ke nilai AIFS dan ini digunakan oleh setiap kendaraan dalam channel access. Setiap node dilengkapi dengan sistem GPS di dalamnya sehingga mampu mengidentifikasi posisinya di jalan. Node mengkomunikasikan posisi, kecepatan, akselerasi dan rincian relevan lainnya ke node tetangganya dengan beaconing periodik(Tripti, G and Manoj, 2015).
5. Ad Hoc on Demand Distance Vector (AODV) Routing Protocol
Ada beberapa macam jenis Traditional Ad-Hoc routing protocol yang digunakan di VANET yaitu table driven atau proactive protocols, on demand atau reactive protocols, dan hybrid routing protocols (Benkirane et al., 2016).
Protokol AODV masuk ke dalam klasifikasi reactive routing protocols yaitu hanya meminta rute ketika dibutuhkan dan tidak menyimpan cache route seperti yang ada pada protokol reaktif lain yaitu DSR(Lorincz, Ukić and Begušić, 2007). AODV merupakan pengembangan umum dari routing protocol Destination-Sequenced Distance (DSDV) dan Dynamic Source Routing (DSR) yang bertujuan untuk meminimalkan kebutuhan penyiaran system secara keseluruhan(Benkirane et al., 2016).
Routing protokol pada AODV menggunakan rute Route Request (RREQ) dan Route Reply (RREP) yang masuk pada mekanisme penemuan rute (Route discovery mechanism) dan Route Error (RERR) yang masuk dalam route maintenance mechanism, ditunjukkan sebagai berikut (Akanksha Saini, 2010):
Gambar 2 Routing Mechanism in AODV
Konsep RREQ digunakan Jika source node ingin membangun rute menuju node tujuan. Jika node yang menerima RREQ memiliki informasi rute menuju destination node maka node tersebut akan mengirim paket RREP kembali menuju source node. Pada saat pengiriman data apabila terjadi kerusakan dalam jaringan yang menyebabkan suatu node tidak dapat dituju dengan menggunakan informasi yang ada di routing table maka konsep RERR digunakan untuk mengirim pesan ke node tetangganya dan node tetangganya akan mengirim kembali RERR hingga menuju source node(Akanksha Saini, 2010).
14
6. Single-hop dan Multi-Hop Beaconing di VANET
Beaconing didefinisikan sebagai proses pengiriman pesan yang berisi informasi status node VANET di daerah yang dikenal sebagai kawasan simpul secara periodik, menggunakan perangkat komunikasi yang diinstal pada node VANET yaitu kendaraan atau road side units (RSUs) yang digunakan untuk meningkatkan keselamatan lalu lintas kendaraan atau untuk mengurangi kemacetan lalu lintas. Sebuah pesan terdiri dari identifier kendaraan, posisi geografis dan mungkin kecepatannya yang harus diterima sampai jarak tertentu dengan kesegaran tertentu. Untuk mencapai jarak beacon, dua pendekatan didefinisikan: single-hop atau multi-hop beaconing.
6.1 Single-hop Beaconing
Ini adalah penyebaran pesan beaconing yag bertujuan untuk mencapai jarak penyebaran yang diperlukan dalam satu hop menggunakan daya transmit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Oleh karena itu, komunikasi langsung node-to-node dan pengurangan delay adalah keuntungan utama dari pendekatan tersebut karena tanpa pengiriman perantara. Oleh karena itu, mode transmisi ini kurang bagus untuk diterapkan pada aplikasi keamanan VANET karena adanya keterlambatan, terutama ketika node VANET dilakukan dengan daya transmisi rendah. Selain itu, transmisi single-hop bisa menyebabkan jaringan kurang padat, karena delay beacon yang dihasilkan dan ditransmisikan. Namun, kualitas
beacon yang diterima terbatas karena jauhnya jarak pesan yang dikirimkan (Bitam and Mellouk, 2014).
Gambar 3 Single Hop beaconing 6.2 Multi-hop di VANETs
Pendekatan beaconing multi-hop menggunakan daya pancar kecil untuk menutupi jarak penyebaran dengan cara transmisi beacon melalui beberapa relayer node, seperti yang disajikan pada Gambar 4. Pendekatan ini memastikan transmisi pesan dengan kualitas tinggi; Namun demikian, jaringan dapat sangat padat, karena banyak beacon yang ditransmisikan dibanding dalam kasus single-hop. Untuk mengatasi masalah ini, multi-hop forwarding bisa lebih efisien jika berlaku cerdas dan strategi penyebaran dioptimalkan. Satu node VANETs dapat mengurangi kemacetan jaringan dengan mengirimkan overhead beberapa header pesan ke transmisi beacon berikutnya (Bitam and Mellouk, 2014).
16
Gambar 4 Multi Hop beaconing 7. Routing Protocol
Routing dianggap sebagai salah satu proses yang paling penting dalam VANETs. Hal ini didefinisikan sebagai proses pemilihan jalur terbaik antara pengirim (sumber node) dan penerima (node tujuan) melalui satu set node VANETs. Dalam rangka meningkatkan keamanan kendaraan, routing harus meneruskan paket data dengan kendala tertentu, seperti mengurangi end-to-end delay. Namun, karena mobilitas kecepatan tinggi kendaraan yang sering berubah-ubah dalam topologi jaringan, sehingga dengan menemukan jalur cepat yang bisa mengubah dan kemudian menyebabkan transfer data tertunda, serta paket data loss. Masalah ini telah mendorong peneliti untuk menemukan protokol routing yang kuat dan efisien kualitas routing dalam hal end-to-end delay, bandwidth, rasio pengiriman paket dan normalisasi routing yang overhead (Bitam and Mellouk, 2014).
Menurut (Lin, Chen and Lee, 2010), protokol routing dibagi menjadi lima kategori, yaitu:
7.1 Unicast Protocol
Unicast routing protocol adalah fungsi dasar untuk kendaraan dalam membangun routing sumber ke tujuan (source-to-destination) di dalam topologi VANETs. Unicast routing dibagi menjadi dua kategori, yaitu: (a) Min-delay routing protocol, dan (b) Delay-bounded routing protocol.
7.2 Multicast Protocol
Multicast protocol didefinisikan sebagai routing yang menyampaikan banyak paket secara serentak dari satu sumber ke seluruh host yang ada pada jaringan melalui komunikasi multi-hop.
7.3 Geocast Protocol
Geocast routing adalah routing yang menyampaikan paket berdasarkan pada lokasi spesifik host tujuan. Kendaraan yang berada pada suatu regional tertentu akan menerima dan meneruskan paket geocast, jika tidak maka paket tersebut akan mengalami drop.
7.4 Mobicast Protocol
Mobicast routing adalah sebuah pendekatan baru dalam routing dengan memadukan multicast routing dan geocast routing.
7.5 Broadcast Protocol
Broadcast routing protocol adalah routing yang memiiki kemampuan untuk menyebarluaskan sebuah pesan broadcast ke semua perangkat pada VANETs.
18
8. Pesan berprioritas di VANETs
Aplikasi keselamatan jalan adalah layanan yang paling sensitif di VANETs karena dampak yang signifikan dari aplikasi ini memiliki hubungan langsung dengan kehidupan manusia. Tujuan utama dari aplikasi keamanan bergantung pada agregasi dan berbagi informasi VANETs melalui pesan berprioritas, yang ditularkan oleh masing-masing node VANETs (yaitu kendaraan dan RSU). Pesan keamanan ini mengumpulkan informasi kendaraan. Informasi yang dilakukan adalah lokasi kendaraan, kecepatan, percepatan, dan lain-lain. Atas dasar pengiriman tepat waktu dan pengolahan informasi keselamatan kendaraan, pengendara kendaraan dapat bereaksi dengan tepat dan menghindari situasi berbahaya dan tidak diinginkan seperti kecelakaan dan tabrakan (Bitam and Mellouk, 2014).
Di Vanet, node-node berlomba untuk mengakses control channel dengan node lainnya pada protokol. Sehingga tabrakan bisa saja terjadi ketika lebih dari satu node mengakses channel pada waktu bersamaan yang mengakibatkan menurunnya performansi pada jaringan.
Pada penelitian ini, prioritas ditentukan dengan mendefinisikan Arbitrary Inter Frame Space (AIFS) untuk mengakses channel yaitu tiap node melihat ketersediaan channel. Dengan memberikan informasi tentang kondisi lalu lintas dan jarak antara kendaraan sehingga node yang akan mengkases channel diprioritaskan terlebih dahulu. Prioritas kendaraan kemudian diskalakan ke dalam nilai AIFS untuk mengetahui Access Category (AC) paket.
9. Software yang digunakan
Untuk memvisualisasikan kondisi real lalu lintas ke dalam system, ada beberapa perangkat lunak yang bisa digunakan yaitu Omnet++ IDE 4.6, Open Street Map (OSM), dan Simulation of Urban Mobility (SUMO).
9.1 Omnet++ IDE 4.6
OMNeT++ adalah simulator kejadian diskrit berorientasi objek. Simulator dapat digunakan untuk pemodelan: protokol komunikasi, jaringan komputer dan pemodelan lalu lintas, multi-processors dan sistem terdistribusi, dan lain-lain. OMNeT++ mendukung animasi dan penjalanan. OMNet++ juga menyediakan infrastruktur dan tools untuk membuat simulasi sendiri. Pemrograman OMNet++ bersifat object-oriented dan bersifat hirarki. Objek-objek yang besar dibuat dengan cara menyusun objek-objek yang lebih kecil. Objek yang paling kecil disebut simple module, akan memutuskan algoritma yang akan digunakan dalam simulasi tersebut.
Berbagai tipe objek pada OMNet++ adalah :
1. Module (Simple Module dan Compound Module) adalah objek yang dibuat, diprogram dan disusun sendiri. Compound Module adalah sebuah modul yang dibuat dengan cara menggabungkan beberapa Simple Module.
2. Gate adalah pintu keluar/masuk message. Setiap modul hanya bisa berinteraksi dengan modul lainnya melalui gate.
3. Message adalah komunikasi yang dilakukan antar modul. Message adalah konsep inti dari simulasi OMNet++. Sebuah
20
modul bisa mengirimkan message pada modul lain atau dirinya sendiri (self message).
4. Connection adalah jalur tempat dimana message mengalir. Disini kita bisa mendefinisikan parameter/variabel yang berkaitan dengan koneksi, misalnya datarate dan lain sebagainya.
Kelebihan Omnet++ dibandingkan dengan software simulasi lainnya: 1. Pemrograman Omnet++ lebih mudah karena menggunakan eclipse
yang memudahkan penggunaan secara tekstual maupun grafis.
2. Omnet++ juga menggunakan bahasa pemrograman NED, yaitu bahasa tingkat tinggi yang digunakan untuk topologi jaringan.
3. Tool simulasi Omnet++ yang non-komersial dapat bersaing dengan beberapa versi komersial seperti opnet yang memiliki cukup banyak model protokol yang ready-mode.
4. Omnet++ mendukung dua programming model yaitu thread/corountine-based programming dan FSM.
Kekurangan Omnet++ adalah sebagai sebagai berikut:
1. Omnet++ membutuhkan memori yang besar dan waktu yang lama pada saat instalasi dan penambahan modul.
2. Omnet++ hanya menyediakan modul dan tidak mempunyai library seperti software simulasi NS2.
9.2 Open Street Map (OSM)
Untuk membuat peta seluruh dunia yang gratis dan terbuka, salah satu yang bisa digunakan adalah Open Street Map (OSM) yang
dibangun dan dikembangkan oleh sukarelawan dengan melakukan survey menggunakan GPS, mendigitasi citra satelit, dan mengumpulkan serta membebaskan data geografis yang tesedia di publik. OSM menggunakan Open Data Commons Open Database License 1.0 yang memungkinkan kontributor OSM dapat memiliki, memodifikasi dan membagikan data peta secara luas (Tentang OpenStreetMap (OSM) | OpenStreetMap Indonesia, no date).
9.3 Simulation of Urban Mobility (SUMO)
SUMO disebut sebagai simulasi multi-modal, yang berarti bahwa tidak hanya gerakan mobil dalam kota yang dapat dimodelkan tetapi juga sistem transportasi umum di jaringan jalan. SUMO digunakan untuk mensimulasikan jaringan lalu lintas kota. Dalam jaringan jalan lintas ukuran sebuah kota, SUMO dirancang untuk mensimulasikan gerakan beberapa entitas termasuk mobil, sistem angkutan umum (bus dan kereta), kendaraan bermotor dan pejalan kaki (Krajzewicz et al., 2002; Bitam and Mellouk, 2014).
SUMO bersifat open source termasuk aplikasi simulasinya sendiri beserta sejumlah alat-alat pendukungnya, terutama untuk impor jaringan dan pemodelan permintaan. SUMO telah membantu untuk menyelidiki berbagai macam topik penelitian, terutama dalam konteks manajemen lalu lintas dan jaringan komunikasi kendaraan. Salah satu kelebihan SUMO adalah dukungan terhadap ketersediaan perangkat antarmuka komunikasi yang telah kompatibel dengan berbagai jenis
22
perangkat simulator jaringan. Perangkat antar muka komunikasi pada pembangkit lalu lintas SUMO dinamakan Traffic Control Interface (TraCI) (Krajzewicz et al., 2012).
Secara umum, penggunaan TraCI memungkinkan pembangkit lalu lintas dan simulator jaringan dijalankan secara dinamis dan dapat berinteraksi secara online. Pada saat terjadi interaksi antara antara kedua simulator tersebut, pembangkit lalu lintas akan bertindak sebagai “server”, dan simulator jaringan bertindak sebagai “client”. Server dan client dapat berkomunikasi antara satu dengan lainnya melalui penggunaan IP socket. Semua data yang dikirimkan dari server akan ditanggapi oleh client, begitu juga sebaliknya semua perintah yang dikirimkan oleh client juga akan ditanggapi oleh server. Tanggapan dari perintah dapat berupa pembaharuan pola pergerakan secara dinamis yang meliputi: change-route, changelane, change target, stop, set speed, dan lain-lainnya tergantung pada jenis aplikasi VANETs yang disimulasikan (TraCI - Sumo, no date).
B. PENELITIAN TERKAIT
Dari tahun ke tahun penelitian terkait tentang pesan berprioritas (packet priority) di VANETS telah banyak dilakukan dalam berbagai skema pengiriman pesan baik ketika penentuan paket berprioritas di MAC layer maupun penentuan pesan berprioritas pada saat menyebaran data. Pada penelitian ini difokuskan pada penentuan paket berprioritas pada MAC layer yang ditentukan berdasarkan lokasi dan kondisi lalu lintas kendaraan
seperti yang dilakukan pada penelitian (Tripti, G and Manoj, 2015) dengan judul “Priority based Control Channel Access Scheme for Throughput Improvement in VANET” dimana pada penelitian ini berhasil meningkatkan performansi throughput dengan terlebih dahulu menentukan prioritas paket yang akan disebarkan di jaringan.
Penelitian yang dilakukan oleh (Upadhyay, 2016) dengan judul “Cluster Head Selection for CCB-MAC Protocol by Implementing High Priority Algorithm in VANET” yaitu dengan merancang skema CCB-MAC protokol untuk pemilihan cluster head dengan menerapkan High Priority Algorithm sehingga mengurangi delay pada pengiriman pesan berprioritas.
Pada penelitian ini, ketika paket telah ditentukan dengan mengatahui paket yang paling berprioritas, maka selanjutnya adalah melakukan penyebaran data. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk melakukan penyebaran data pada jaringan dengan menggunakan protokol yang digunakan di VANET. Seperti penelitian yang dilakukan oleh (Sallam and Mahmoud, 2015) dengan judul “Performance Evaluation of OLSR and AODV in VANETS Cloud Computing Using Fading Model With SUMO and NS3” dalam melakukan perbandingan performansi antara protokol AODV dan OLSR. Hasil yang diperoleh dari perbandingan dua protokol tersebut diperoleh bahwa protokol AODV memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan dengan protokol OLSR.
Penelitian selanjutnya dilakukan oleh (Ali and Khalil, 2016) dengan judul “Review and Performance Comparison of VANETS Protocols: AODV, DSR, OLSR, DYMO, DSDV & ZRP” yang melakukan perbandingan
24
terhadap beberapa protokol di VANETs dalam hal penyebaran data. Dari Hasil penelitian diperoleh bahwa protokol AODV memiliki performansi yang lebih tinggi dibanding dengan protokol lain pada kondisi kepadatan yang tinggi.
C. STATE OF THE ART
Tabel 2 State of the Art
Penulis,
Tahun Judul Tujuan
Protokol Hasil MAC Layer Data Dissemination Tripti C, Jibu Kumar M.G, and Manoj R, 2015 Priority based Control Channel Access Scheme for Throughput Improvement in VANET Meningkatkan throughput dengan menghitung nilai prioritas paket. Prioritas dihitung berdasarkan lokasi dan kondisi lalu lintas kendaraan IEEE 80211.P - Peningkatan throughput lebih baik pada pengiriman pesan berprioritas Aditya Upadhyay, Manoj Sindhwani, Sandeep Kumar Arora, 2016 Cluster Head Selection for CCB-MAC Protocol by Implementing High Priority Algorithm in VANET Mengurangi delay paket, penelitian ini mengusulkan
algoritma high priority untuk pemilihan cluster head namun masih menggunakan skema MAC standar untuk penentuan paket prioritas IEEE 80211.P - Berhasil mengurangi delay paket untuk pengiriman pesan berprioritas Gamal Sallam, Ashraf Mahmoud, 2015 Performance Evaluation of OLSR and AODV in VANETS Cloud Computing Using Fading Model With SUMO and NS3 Melakukan analisis performansi pada protokol AODV dan OLSR
IEEE 80211.P
AODV, OLSR Protokol AODV
memiliki kehandalan yang tinggi dalam hal penyebaran pesan. Tareq Emad Ali, Layth A. Khalil al dulaimi, Yamaan E. Majeed, 2016 Review and Performance Comparison of VANETS Protocols: AODV, DSR, OLSR, DYMO, DSDV & ZRP Melakukan analisis performansi pada protokol AODV, DSR, OLSR, DSDV, ZRP dan DSDV IEEE 80211.P AODV, DSR, OLSR, DSDV, ZRP dan DSDV AODV memiliki kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan dengan protokol lain pada kondisi kepadatan yang tinggi.
Pada tabel 2 memperlihatkan bahwa terdapat beberapa penelitian terkait yang membahas tentang masalah prioritas pesan pada MAC Layer dan penyebaran pesan yang telah dilakukan dari tahun ke tahun
.
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari penelitian terkait, maka diusulkan penelitian untuk pesan berprioritas dengan membuat skema penentuan prioritas pesan berdasarkan lokasi dan kondisi lalu lintas kendaraan yang kemudian digunakan untuk menentukan channel access yang diprioritaskan. Protokol yang digunakan untuk penyebaran pesan kemudian akan menggunakan protokol AODV yang memiliki performansi yang lebih baik ketika terjadi kondisi kepadatan yang tinggi.
26
D. KERANGKA PIKIR
Gambar 5 Kerangka pikir MASALAH
Pengiriman pesan berprioritas
PESAN BERPRIORITAS
Menghitung paket berprioritas
TARGET IMPLEMENTASI
Paket dengan prioritas yang tinggi akan dikirim lebih dulu dengan menggunakan protokol AODV
HASIL
Skema yang diusulkan efisien dalam pengiriman pesan
27
BAB III
METODE PENELITIAN
A. TAHAPAN PENELITIAN
Tahapan penelitian yang akan dilakukan dimulai dari awal pengerjaan hingga akhir penelitian digambarkan secara umum dalam alur berikut ini:
Gambar 6 Alur Penelitian
Mulai
Studi literatur tentang penentuan Pesan Berprioritas
Pengambilan data
Perancangan sistem
Uji coba sistem dan analisa
Pembuatan laporan (tesis)
28
Berdasarkan tahapan penelitian pada Gambar 6, tahapan-tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Studi literatur penelitian terkait tentang penentuan pesan berprioritas, termasuk penyebaran data ketika pesan berprioritas telah ditentukan. Selain itu, juga akan mencari literatur tentang simulator yang digunakan untuk mendukung penerapan skema yang akan dibuat.
b. Pengambilan data dilakukan dengan mengambil kondisi lalu lintas nyata yang kemudian akan di generate ke Omnet++ IDE 4.6.
c. Perancangan sistem, langkah awal yang dilakukan pada perancangan sistem adalah dengan membuat flowchart penelitian mengenai pengiriman pesan berprioritas. Selanjutnya dilakukan perancangan sistem menggunakan software Omnet++ IDE 4.6 dan SUMO.
d. Uji coba sistem dan analisa. Pada tahapan ini, sistem yang sudah dirancang selanjutnya diuji untuk melihat keakuratan dan sensitivitas sistem. Selain itu dilakukan juga proses analisa terhadap parameter-parameter yang ada.
e. Pembuatan laporan. Tahapan akhir yang dilakukan adalah melakukan penulisan laporan secara menyeluruh sebagai bahan publikasi dan laporan akhir magister.
B. WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN
1. Waktu
Waktu Penelitian akan dilaksanakan selama 6 bulan dimulai pada bulan Maret 2017 sampai September 2017.
2. Lokasi
Penelitian dilakukan di Laboratorium Multimedia Jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Teknik Informatika, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar.
C. JENIS PENELITIAN
Jenis penelitian ini merupakan penelitian eksperimental yang bersifat analisis sehingga dari ruang lingkup masalah dapat dilakukan dengan simulasi (Simulation Research) karena skenario lalu lintas divisualisasikan ke dalam simulator.
D. PERANCANGAN SISTEM
Sistem yang akan dirancang melalui beberapa tahap, seperti yang ditunjukkan pada gambar flowchart berikut :
30
Gambar 7 Flow Chart System
Penelitian ini difokuskan pada penentuan pesan berprioritas melalui VANETs. Penentuan prioritas untuk pesan yaitu dimana prioritas yang lebih tinggi merupakan pesan yang dianggap paling penting. Dalam kasus dua atau lebih pesan yang memiliki nilai prioritas yang sama maka pesan akan dimasukkan ke antrian (queue). Prioritas kendaraan diberikan dengan didasarkan pada lalu lintas dan jarak antara kendaraan. Kemudian pesan yang disebarkan menggunakan protokol AODV.
Mulai
Menghitung prioritas kendaraan
Jika memiliki prioritas sama
Y
Masuk dalam antrian
Routing menggunakan protokol AODV N Penyebaran Data Selesai
Penyebaran Data adalah konsep kunci yang terlibat dalam VANETS untuk memberikan keamanan lebih pada kendaraan dengan kecepatan tinggi di jalan raya. Pertama dengan memperkirakan prioritas dan kemudian melakukan penyebaran data.
Proses ini dimulai dengan melakukan estimasi prioritas untuk mengatur paket-paket ke dalam urutan tertentu. Kemudian melakukan pengecekkan berdasarkan prioritasnya. Ketika prioritas pesan telah ditentukan, protokol AODV digunakan untuk melakukan penyebaran data. Proses berurutan ditunjukkan pada gambar 7 sebagai flow chart. Langkah awal adalah dengan menentukan prioritas kendaraan, dan kemudian paket dengan prioritas tertinggi disebarluaskan pertama dalam jaringan.
32
Penjadwalan dilakukan untuk meningkatkan seluruh kinerja diseminasi data dengan memberikan prioritas pada masing-masing kendaraan yang berpatokan pada posisinya dan lalu lintas yang harus diteruskan (transmit). Time-To-Leave (TTL) dipertimbangkan, karena berbagai cakupan setiap kendaraan tergantung pada mobilitasnya.
Gambar 8 Menunjukkan prioritas paket data dari kendaraan. Paket disusun sehubungan dengan prioritasnya. Perkiraan prioritas untuk masing-masing paket data menggunakan perhitungan sebagai berikut.
Berdasarkan cakupan masing-masing kendaraan, TTL (Tripti, G and Manoj, 2015) diperkirakan sebagai,
𝑇𝑇𝐿(𝑖) = √[(max 𝑥− 𝑥(𝑖2))+(𝑚𝑎𝑥 𝑦− 𝑦(𝑖2))]
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑦 (𝑖) (1)
TTL dihitung dari cakupan jarak kendaraan dan kecepatannya, sehingga jarak dihitung dengan:
𝐷𝑖𝑠 = √[(𝑚𝑎𝑥 𝑥 − 𝑥(𝑖2)) + (𝑚𝑎𝑥 𝑦 − 𝑦(𝑖2))] (2)
Selanjutnya kami memperkirakan prioritas kendaraan sehubungan dengan TTL dan jenis lalu lintas diberikan sebagai:
𝑉(𝑖) = 𝑇𝑇𝐿(𝑖) ∗ 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑓𝑖𝑐 𝑡𝑦𝑝𝑒 (𝑖)
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑓𝑖𝑐 𝑡𝑦𝑝𝑒𝑠 (3)
Dengan (3) prioritas lalu lintas diberikan sebagai,
𝑇(𝑖) = 𝑉(𝑖)/150𝜇𝑠 (4)
Selanjutnya kami menentukan waktu tunggu setiap kendaraan untuk mengakses saluran kontrol dengan ‘T(i)’ dan waktu Short Interframe Space (SIFS). Slot waktu ditentukan ‘13 μs’. Waktu tunggu kendaraan ‘WT(i)’ diberikan sebagai berikut:
𝑊𝑇(𝑖) = 𝑇(𝑖)
13𝜇𝑠+ 𝛼 𝑆𝐼𝐹𝑆 𝑇𝑖𝑚𝑒 (5)
Dengan memperkirakan prioritas, kita mengatur paket data ke dalam urutan tertentu dimana paket data dengan prioritas yang lebih tinggi akan disebarkan lebih dulu melalui jaringan. Antrian (Queue) digunakan dalam kasus ketika lebih dari satu kendaraan dikatakan memiliki prioritas yang sama. Antrian ini akan meningkatkan penyebaran data yang efektif dalam jaringan. Dengan selesainya estimasi prioritas, paket data dengan prioritas yang lebih tinggi kemudian akan melakukan routing menggunakan protokol AODV.
E. SUMBER DATA
Tahapan pengumpulan data terdiri dari pengumpulan data primer dan pengumpulan data sekunder:
1. Data Primer
Data yang digunakan merupakan data volume kendaraan di jalan-jalan arteri Kota Makassar yaitu jalur jalan yang sesuai dengan skenario yang telah ditentukan, dimana terdapat tiga jalur jalan yang masuk dalam area simulasi yaitu Jalan A.P. Pettarani, Jalan Boulevard, Jalan Pengayoman dan Jalan Hertasning.
2. Data Sekunder
Dalam metode ini dilakukan pencarian sebanyak mungkin literature yang ada, baik dari buku, jurnal maupun internet. Mempelajari literatur yang berkaitan dengan teori pengiriman pesan berprioritas di VANETs.
34
F. INSTRUMEN PENELITIAN
Instrumen yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Software:
a. Windows 10 Pro 64-bit Operating System, x64-based processor. b. Open Street Map (OSM)
c. Simulation of Urban Mobility (SUMO) d. Omnet++ IDE 4.6
2. Hardware
47
A. PARAMETER SIMULASI
Simulasikan pekerjaan yang diusulkan pada penelitian ini yaitu dengan menggunakan OMNeT ++ IDE 4.6. Untuk menunjukkan visualisasi yang lebih baik dari VANET, pada penelitian ini OMNeT ++ diintegrasikan dengan menggunakan SUMO, karena SUMO lebih mendukung dengan menggunakan peta dunia nyata dari Open Street Map. Dengan menggunakan Bahasa pemrograman C++ kami menghasilkan mekanisme yang diusulkan dalam arsitektur VANET. Untuk simulasi, kami menggunakan peta kota makassar dan menentukan parameter tertentu untuk meningkatkan mekanisme yang diusulkan.
Tabel 3 simulation parameters
Parameters Ranges
Cakupan Simulasi 1000m × 800m
Waktu simulasi 60s
Jumlah Kendaraan 100 – 300 kendaraan
Kecepatan 13 m/s
Jumlah RSU 2
Jalur Jalan Two lane
Sensitivity -85 dBm
Transmitter daya 2mW
Frekuensi Carrier 2.4 GHz Routing Protocol AODV
.bitrate 1Mbps
.wlan IEEE 802.11p
36
Tabel 3. merupakan parameter simulasi untuk mensimulasikan pekerjaan yang diusulkan dengan membuat daftar-daftar parameter penting berdasarkan beberapa referensi penelitian terkait. Protokol Standar IEEE 802.11p khusus dirancang untuk VANETS yang diaktifkan untuk mendukung Intelligent Transportation Systems (ITS) dan standar ini termasuk Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE).
B. SKENARIO
Skenario yang dilakukan pada penelitian adalah dengan mengambil kondisi real pada wilayah kota Makassar. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh (Kaisar, 2016), volume kepadatan kendaraan telah ditentukan di jalan-jalan arteri Kota Makassar termasuk jalur jalan yang sesuai dengan skenario yang telah ditentukan, dimana terdapat tiga jalur jalan yang masuk dalam area simulasi yaitu Jalan A.P. Pettarani, Jalan Boulevard, Jalan Pengayoman dan Jalan Hertasning. Menurut penelitian ini, volume kendaraan yang dibagi dalam satuan mobil penumpang pada Jalan A.P. Pettarani sebanyak 7.860 smp/jam, Jalan Boulevard sebanyak 2.737 smp/jam, Jalan Pengayoman sebanyak 493 smp/jam, dan Jalan Hertasning sebanyak 1.332 smp/jam. Sehingga Jumlah keseluruhan kendaraan di area simulasi sebanyak 12.422 smp/jam.
Pada penelitian ini, waktu simulasi yang dilakukan yaitu selama 60 detik. Sehingga, jumlah kendaraan (node) akan disesuaikan menurut waktu simulasi. Menurut (Khisty, 2006), untuk menghitung jumlah kendaraan selama periode simulasi menggunakan perhitungan sebagai berikut :
𝑛 = (𝑁 𝑥 𝑡 )
60 (6)
Dimana n merupakan jumlah kendaraan yang sesuai dengan waktu simulasi, N merupakan jumlah kendaraan per jam yaitu sebanyak 12.422 smp/jam, t merupakan waktu simulasi yaitu selama 60 detik atau 1 menit. Sehingga diperoleh:
𝑛 = (12422 𝑥 1 )
60 = 207 (7)
Maka, jumlah node yang digunakan dalam simulasi sebanyak 207 node. Kemudian untuk mengetahui kehandalan transmisi dan melihat performansi dari skema yang diusulkan, jumlah node dinaikkan di atas 207 node dan dikurangi di bawah 207 node.
38
Gambar 9 merupakan skenario lalu lintas yang disesuaikan dengan kondisi sebenarnya yaitu dengan mengatur area simulasi kondisi jalanan dengan menempatkan dua lampu lalu lintas (traffic lights) yang mengenai jangkauan simulasi yaitu dipertigaan antara Jl. AP. Pettarani dan Jl. Hertasning, dan Jl. AP. Pettarani dan Jl. Boulevard.
C. IMPLEMENTASI
1. Pengambilan peta dari Open Street Map (OSM)
Untuk pengambilan peta, penelitian ini menggunakan data peta dari Open Street Map dengan mengambil data di situs www.openstreetmap.org pada wilayah kota makassar. Seperti terlihat pada gambar 10, Peta diexport dan akan menghasilkan file dengan ekstensi .osm. File inilah yang nanti akan digunakan untuk dikonversi ke dalam bentuk file xml dengan menggunakan SUMO.
2. Integrasi OSM ke SUMO
Setelah file .osm dihasilkan melalui Open Street Map, maka proses selanjutnya adalah melakukan konversi data map dengan menggunakan SUMO sehingga file yang dihasilkan dapat diproses untuk disimulasikan dengan menggunakan Omnet++ IDE 4.6.
Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan melakukan konversi file .osm ke bentuk .xml, dengan perintah seperti pada gambar 11. Perintah tersebut dapat mengimpor jaringan jalan yang tersimpan di file .osm sehingga dapat disimpan di jaringan SUMO yang dihasilkan ke bentuk file .xml.
Gambar 11 Netconvert
OSM-data tidak hanya berisi jaringan jalan tetapi juga beragam poligon tambahan seperti bangunan dan sungai. Poligon ini dapat diimpor menggunakan POLYCONVERT dan kemudian ditambahkan ke konfigurasi sumo-gui. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 12.
40
Untuk trip kendaraan, pada penelitian ini masih menggunakan random trip dimana posisi dan letak kendaraan masih ditentukan secara acak. Untuk mengimplementasikan ini ke dalam SUMO, maka menggunakan perintah RANDOMTRIPS seperti yang diperlihatkan pada gambar 13.
Gambar 13 RandomTrips
Setelah semua proses telah dilakukan maka akan menghasilkan beberapa file seperti yang ditunjukkan pada gambar 14 yang nantinya akan digunakan untuk melakukan simulasi melalui OMNET++ IDE 4.6.
Gambar 14 Daftar file 3. Konfigurasi SUMO dan OMNET++ IDE 4.6
Untuk melakukan sinkronisasi antara SUMO dan OMNET++ IDE 4.6, maka perlu dilakukan konfigurasi antara kedua tools tersebut.
(a) (b) Gambar 15 Running Simulasi
(a) Omnet++ IDE 4.6, (b) SUMO
Gambar 15 merupakan hasil running simulasi setelah dilakukan konfigurasi antara SUMO dan Omnet++ IDE 4.6. Gambar (a) merupakan hasil running ketika simulasi dijalankan di Omnet++ IDE 4.6 yang terkoneksi
<configuration xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://sumo.sf.net/xsd/sumoConfigurati on.xsd"> <input> <net-file value="makassar.net.xml"/> <route-files value="makassar.rou.xml"/> <additional-files value="makassar.poly.xml"/> <time> <begin value="0"/> <end value="1000"/> <step-length value="0.1"/> </time>
<remote-port value="50505"/><seed value="0"/> <random value="false"/>
42
langsung dengan SUMO seperti yang terlihat pada gambar (b) sehingga pergerakan kendaraan yang ada pada SUMO juga terjadi pada simulator Omnet++ IDE 4.6.
D. PEMBAHASAN
Ada beberapa metrik yang cukup signifikan untuk memprediksi kinerja protokol yang digunakan dalam jaringan. Pada penelitian ini, kinerja-kinerja yang akan diukur adalah Packet Delivery Ratio, throughput dan delay.
Packet Delivery Ratio adalah Rasio pengiriman paket yang didefinisikan sebagai rasio dari paket yang dikirimkan dengan sukses dan metrik ini diperkirakan dengan menggunakan formulasi matematika. Rasio pengiriman paket yang disingkat dengan PDR juga dapat didefinisikan sebagai rasio dari jumlah paket data yang diterima dengan jumlah dari paket data yang dikirim. Oleh karena itu metrik ini diberikan sebagai:
𝑃𝐷𝑅 =𝑆𝑢𝑚 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡𝑠 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒𝑑
𝑠𝑢𝑚 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑡 (8)
Ini adalah metrik yang signifikan untuk memprediksi kinerja protokol yang digunakan dalam jaringan. Jadi jika metrik ini ditingkatkan maka kinerja jaringan pasti membaik.
Pada gambar 16, Peningkatan performansi dalam hal PDR menunjukkan bahwa Priority based channel access memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan CSMA/CA dengan rata rata peningkatan 26%. Priority based channel access berhasil meningkatkan performansi
CSMA/CA sebesar 33% di 100 node, 19% di 150 node, 22% di 207 node, 24% di 250 node dan 30% di 300 node. Dengan penambahan jumlah node, Priority based channel access memberikan peningkatan bervariasi yang bergantung pada jumlah node. Peningkatan PDR pada skema priority based channel access disebabkan oleh pemilihan node sebagai forwarder untuk menyebarkan pesan tepat karena lokasi dan jarak node telah diperhitungkan. Sehingga kemungkinan pesan dibuang oleh forwarder cenderung lebih rendah.
Gambar 16 Packet Delivery Ratio
Throughput juga merupakan metrik yang signifikan dalam menentukan Quality of Service. Throughput efisien dalam menentukan data rate bersama dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan paket data tersebut. Gambar 17. menggambarkan kinerja throughput yang diusulkan. Metrik ini dianggap lebih penting dalam setiap jenis jaringan, dengan ini efisiensi transmisi data dianalisis dengan peningkatan throughput.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 100 150 207 250 300 Rat io Number of Nodes
44
Gambar 17 throughput
Peningkatan throughput sangat signifikan ketika jumlah pengguna lebih tinggi. Priority based channel access berhasil meningkatkan performansi CSMA/CA dengan rata-rata peningkatan sebesar 0.26 Mbit/sec. Priority based channel access berhasil meningkatkan performansi troughput sebesar 0.18 Mbit/sec di 100 node, 0.15 Mbit/sec di 150 node, 0.23 Mbit/sec di 207 node, 0.30 Mbit/sec di 250 node dan 0.45 Mbit/sec di 300 node. Peningkatan throughput sangat luar biasa dan juga pada jumlah pengguna yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena pada skema CSMA/CA node saling bersaing untuk mengakses saluran kontrol. Sehingga tabrakan dapat terjadi, bila lebih dari satu node mengakses saluran pada saat yang bersamaan maka akan menyebabkan pengurangan throughput jaringan. 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 100 150 207 250 300 M b p s Number of nodes
Gambar 18 delay
Delay didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan dalam transmisi data atau waktu yang dibutuhkan dari paket data untuk mencapai tujuan dari sumber node yang diambil dalam transmisi data atau waktu yang diambil dari paket data untuk mencapai tujuan dari sumber node. Metrik ini dihitung dengan mengurangkan "waktu dimana paket pertama dikirim oleh sumber" dari "waktu dimana paket data pertama sampai ke tujuan". Pekerjaan yang diusulkan menurunkan rata-rata delay seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18. Sesuai dengan kerja yang sudah ada, delay lebih tinggi dan cenderung terlalu tinggi ketika jumlah pengguna meningkat. Perbaikan dalam parameter ini, menyiratkan bahwa pengurangan delay secara keseluruhan ketika pesan berprioritas disebarkan.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 100 150 207 250 300 Ti me in s ec Number of Nodes
46
Priority based channel access berhasil menurunkan rata-rata delay dari CSMA/CA sebesar 0.08648 detik. Simulasi menggunakan jumlah node 100 berhasil menurunkan delay 0.01386 detik, untuk 150 node menurunkan delay 0.09401 detik, 207 node menurunkan delay 0.12471 detik, 250 node menurunkan delay 0.11826 detik dan 300 node menurunkan delay 0.08158 detik. Penurunan delay paling signifikan terjadi ketika jumlah node sebanyak 207. Penurunan delay ini disebabkan karena pada skema priority based channel access node akan menyiarkan ulang pesan segera tanpa waktu tunggu, sedangkan di CSMA/CA semua node harus memilih slot waktu secara acak. Sehingga akan menunggu beberapa saat sebelum menyebarkan pesan.
Tabel 4 Hasil Simulasi
Nodes
PDR Throughput (Mbps) Delay (detik) CSMA/CA Priority Based Channel Access CSMA/CA Priority Based Channel Access CSMA/CA Priority Based Channel Access 100 22% 55% 0.12 0.30 0.09387 0.08001 150 34% 53% 0.27 0.42 0.20035 0.10634 207 37% 60% 0.39 0.62 0.28780 0.16309 250 34% 58% 0.43 0.73 0.31193 0.19367 300 33% 63% 0.48 0.93 0.35477 0.27319
Tabel 4 merupakan detail simulasi yang dijalankan, dengan menggunakan skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access dimana dilakukan pada node 100, 150, 207, 250 dan 300.
47
A. KESIMPULAN
Penelitian ini mengusulkan penyebaran pesan berprioritas yang efektif dalam VANETS dengan menerapkan skema CSMA/CA dan Priority Based Channel Access. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada simulasi yang dilakukan, skema Priority Based Channel Access lebih unggul dibandingkan dengan skema CSMA/CA. Priority Based Channel Access memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan CSMA/CA dengan rata rata peningkatan PDR sebesar 24%, throughput sebesar 0.25 Mbit/sec dan penurunan delay sebesar 0.08648 detik. 2. Pada skenario di jalan-jalan arteri Kota Makassar dengan jumlah node
sebanyak 207 node. Skema Priority Based channel access memiliki performansi yang lebih baik yaitu PDR sebesar 60%, troughput sebesar 0.62 Mbit/sec, dan delay sebesar 0.16308 detik, jika dibandingan dengan skema CSMA/CA dengan PDR sebesar 37%, throughput sebesar 0.39 Mbit/sec, dan penurunan delay 0.28780 detik.
B. SARAN
Penelitian ini berfokus pada penerapan mekanisme Priority Based Channel Access. Mekanisme ini digunakan karena peningkatan performansi lebih tinggi jika dibandingkan dengan skema standar CSMA/CA
48
pada skenario lalu lintas kota Makassar pada Mac Layer dan untuk penyebaran paket masih menggunakan protokol AODV. Sehingga pada penelitian selanjutnya, disarankan untuk menggunakan protokol lain dalam hal penyebaran paket untuk membandingkan beberapa routing protokol
49
DAFTAR PUSTAKA
Akanksha Saini, H. K. (2010) ‘Effect Of Black Hole Attack On AODV Routing Protocol In MANET’, INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY, 4333(March), pp. 57–60.
Ali, T. E. and Khalil, L. A. (2016) ‘Review and Performance Comparison of VANET Protocols: AODV, DSR, OLSR, DYMO, DSDV & ZRP’.
Benkirane, S. et al. (2016) ‘A new comparative study of ad hoc routing protocol AODV and DSR in VANET environment using simulation tools’, in International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, ISDA, pp. 458–461. doi: 10.1109/ISDA.2015.7489158.
Bi, Y. et al. (2016) ‘A multi-hop broadcast protocol for emergency message dissemination in urban vehicular ad hoc networks’, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 17(3), pp. 736–750. doi: 10.1109/TITS.2015.2481486.
Bitam, S. and Mellouk, A. (2014) Bio-inspired Routing Protocols for Vehicular Ad-Hoc Networks. John Wiley & Sons.
Dawood, H. S. and Wang, Y. (2013) ‘An efficient emergency message broadcasting scheme in vehicular Ad hoc networks’, International Journal of Distributed Sensor Networks, 2013. doi: 10.1155/2013/232916.
Giang, A. T. and Busson, A. (2012) ‘Modeling CSMA/CA in VANET’, Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 7314 LNCS, pp. 91–105. doi: 10.1007/978-3-642-30782-9_7.
IEEE Std 802.11e-2005 (Amendment to IEEE Std 802.11, 1999 Edition (Reaff 2003) (2005) IEEE Standard for Information technology--Local and metropolitan area networks--Specific requirements--Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications - Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service, IEEE Std 802.11e-2005 (Amendment to IEEE Std 802.11, 1999 Edition (Reaff 2003). doi: 10.1109/IEEESTD.2005.97890.
Javed, M. A., Ngo, D. T. and Khan, J. Y. (2014) ‘A multi-hop broadcast protocol design for emergency warning notification in highway VANETs’, EURASIP Journal on Wireless …, pp. 1–15. doi: 10.1186/1687-1499-2014-179.
Kaisar, A. (2016) ‘ANALISIS KINERJA LALU LINTAS JALAN PADA JARINGAN JALAN ARTERI DI KOTA MAKASSAR BERBASIS SIG’. Khisty, C. J. (2006) Dasar-Dasar Rekayasa Transportasi.
