PENGENDALIAN PAKET RREQ (ROUTE REQUEST)
PROTOKOL AODV DI MANET
Bayu Nugroho
1)I Wayan Mustika
2)Silmi Fauziati
3)1, 2, 3)
Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Fakultas Teknik,
Universitas Gadjah Mada Indonesia
email : [email protected]), [email protected]2), [email protected]3)
ABSTRACT
AODV protocol using mechanism broadcasting in spreading RREQ (Route Request) packet on the route discovery process. Broadcasting Technique cause retransmission RREQ packet being over in the network, causing problems including redundant rebroadcast, collision, and high delay. This paper would be analyze performance AODV protocol with the modifying route discovery by adding a function inverse number of hop counts traversed by the RREQ packet and a random number generated by node. Node will dropped RREQ packet received if random number higher than hop count inverse. Protocol performance will be analyzed using NS-2 network simulator through simulation design for varied node density in the network. The results produced by simulator shows that modify route discovery process, effective to reduces the broadcast packet in network. Modified AODV protocol performance is better than the conventional AODV which can significantly decrease the number of retransmissions so as to reduce the routing overhead in all simulation scenario.
Key words
Wireless, MANET, AODV, Broadcast
1. Pendahuluan
MANET (Mobile Ad Hoc Network) merupakan jaringan tanpa infrastruktur dengan sekumpulan peralatan bergerak (mobile devices) yang mampu mengkonfigurasi dirinya sendiri yang terkoneksi melalui komunikasi nirkabel [1]. Teknologi MANET banyak digunakan diberbagai aplikasi, diantaranya adalah sensor jaringan untuk pemantauan lingkungan (sensor network for environmental monitoring), medan pertempuran militer (military battlefield), dan proyek-proyek komersial (commercial projects) [1]. Dalam lingkungan MANET, komunikasi antara node sumber dan node tujuan dapat dilakukan secara langsung jika kedua node berada dalam jangkauan transmisi radio yang sama, namun jika node tujuan berada di luar jangkauan transmisi, maka node sumber membutuhkan node penghubung (intermediate node) untuk meneruskan paket data agar sampai ke node tujuan [2]. Oleh karena itu, setiap intermediate node
mempunyai kemampuan mengkonfigurasi dirinya sendiri untuk berfungsi sebagai router yang melakukan proses perutean (routing). Router menjalankan fungsi routing pada protokol routing yang bertujuan untuk membangun sebuah jalur (path) yang digunakan untuk mengarahkan paket data dari node sumber ke node tujuan. Berdasarkan strategi routing, protokol routing di jaringan Ad Hoc diklasifikasikan dalam tiga kategori, yaitu proactive (table-driven), reactive (on demand) dan hybrid routing [3][4].
Protokol reactive membangun sebuah jalur (path) berdasarkan permintaan (on demand) dari node sumber saat sebuah paket data akan ditransmisikan ke node tujuan. Sebelum paket data dikirim ke node tujuan, terlebih dahulu protokol akan menjalankan prosedur pencarian rute (route discovery). Route discovery dijalankan saat node sumber tidak memiliki rute untuk mencapai node tujuan. Proses route discovery dimulai dari node sumber melakukan mekanisme broadcasting yang dikenal dengan simple flooding dengan menyebarkan paket pesan permintaan rute RREQ (Route Request) ke semua node di jaringan [2][5].
Protokol routing yang termasuk kategori reactive (on demand) diantaranya adalah Dynamic Source Routing (DSR), dan Adhoc On Demand Distance Vector (AODV) [4][6]. Proses pencarian rute (route discovery) pada protokol AODV dimulai saat node sumber akan berkomunikasi dengan node tujuan dan tidak memiliki informasi routing pada routing table. Node sumber menginisiasi pencarian rute dengan melakukan broadcast paket RREQ ke semua node tetangganya yang berisi alamat tujuan dan beberapa informasi lainnya. Format pesan paket RREQ ditunjukkan pada Gambar 1.
Type J R G D U Reserved Hop count
RREQ ID Destination IP Address Destination sequence number
Originator IP Address Originator sequence number
Source address, dan Broadcast-ID merupakan identifikasi yang unik dari sebuah paket RREQ ID. Broadcast-ID akan bertambah nilainya setiap kali node sumber mengeluarkan paket RREQ yang baru. Pada saat intermediate node mendapatkan paket RREQ dengan Source address dan Broadcast-ID dengan nilai yang sama dari paket RREQ yang pernah diterima sebelumnya, maka paket RREQ tersebut akan dibuang. Jika tidak, maka intermediate node akan menyimpan informasi tersebut sebagai jalur balik (reverse path), serta jalur forward untuk pengiriman data. Node intermediate yang tidak mengetahui rute ke node tujuan akan menyiarkan ulang (rebroadcast) paket RREQ ke node tetangga lainnya setelah menaikkan nilai hop count. Saat paket RREQ tiba di node tujuan, maka node tujuan akan mengirimkan pesan balasan Route Reply (RREP) kembali ke node sumber melalui jalur balik (reverse path) yang telah dibentuk.
Pada jaringan dengan tingkat kepadatan node yang tinggi di MANET, mekanisme broadcasting menyebabkan transmisi ulang paket-paket RREQ yang berlebihan di jaringan, hal ini karena sebuah paket RREQ dapat di rebroadcast beberapa kali di intermediate node untuk menjamin bahwa paket menjangkau semua node di jaringan [7]. Paket RREQ yang berlebihan di jaringan selama proses route discovery mengakibatkan berbagai masalah di jaringan diantaranya redundant rebroadcasts, contention, collision yang dikenal dengan broadcast storm problem [7][8][9][10]. Dampak yang timbul dari broadcast storm problem di jaringan adalah menurunnya performa protokol routing di jaringan, yang akan menaikkan secara signifikan network communication overhead dan end to end delay [11].
Beberapa peneliti mengusulkan berbagai teknik yang dilakukan untuk meminimalkan dampak broadcast storm problem di lingkungan MANET pada protokol AODV, salah satu caranya adalah dengan mereduksi paket RREQ di jaringan dengan memperluas fungsi protokol AODV seperti yang dilakukan pada [12]. Pada penelitian ini, teknik perluasan fungsi protokol AODV tersebut akan di analisis untuk tingkat kepadatan node yang bervariasi di jaringan untuk mengetahui performa protokol di setiap tingkat kepadatan node yang berbeda di jaringan. Perluasan fungsi protokol AODV dilakukan dengan memodifikasi proses route discovery secara konservatif dengan menambahkan fungsi pembalik (invers) dari jumlah hop count dan nilai bilangan acak (random number) yang dibangkitkan oleh node. Modifikasi yang dilakukan bertujuan untuk mereduksi sebagian paket RREQ di jaringan dengan membatasi sebagian intermediate node untuk melakukan rebroadcast paket. Untuk menentukan sebuah paket RREQ yang dapat di rebroadcast oleh intermediate node dilakukan dengan membandingkan nilai hop count invers dengan nilai random yang dibangkitkan oleh node. Jika nilai random yang dibangkitkan lebih besar dari nilai hop count invers
maka paket RREQ akan di buang (dropped), selain itu paket RREQ akan di rebroadcast.
Untuk meminimalkan jumlah paket RREQ rebroadcast di jaringan, pada penelitian [13], mengusulkan dua algoritma adjusted probabilistic, yaitu 2P-Scheme, dan 3P-Scheme pada protokol AODV. Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk untuk meminimalkan dampak broadcast storm problem pada mekanisme flooding. Reduksi paket RREQ dilakukan dengan membandingkan nilai ambang batas (threshold) di tiap region dengan nilai acak (random) yang dibangkitkan oleh node pada range nilai antara 0 sampai 1. Kelompok node pada tingkat kepadatan jaringan dengan nilai yang lebih kecil memiliki probabilitas yang lebih tinggi untuk meneruskan (rebroadcast) paket RREQ daripada kelompok node pada tingkat kepadatan jaringan dengan nilai yang lebih besar. Performa protokol AODV dengan algoritma adjusted probabilistic menghasilkan routing overhead yang rendah khususnya pada jaringan dengan tingkat kepadatan yang tinggi dan meminimalkan tabrakan paket (packet collisions) dan contention di jaringan.
Pada penelitian [12], mengusulkan protokol FP-AODV (Finest Path Selection FP-AODV) yang merupakan perluasan (extended) dari protokol AODV konvensional. Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk menemukan jalur (path) terbaik dari protokol AODV dengan mereduksi paket RREQ rebroadcast di jaringan pada proses pencarian rute. Setiap intermediate node akan membandingkan nilai plunge factor dengan nilai acak (random) yang dibangkitkan oleh node dengan range nilai antara 0 sampai 1. Jika nilai random yang dihasilkan lebih besar dari nilai plunge factor, maka node akan meneruskan paket RREQ, sebaliknya jika nilai random lebih kecil maka paket RREQ akan dibuang (dropped). Pengujian dilakukan pada jumlah besaran paket data yang berbeda yang dikirim ke node tujuan yaitu 512 Bytes, 1000 Bytes, dan 1500 Bytes. Hasil penelitian menunjukkan waktu tunda antar node (end to end delay) yang lebih kecil dan menaikkan throughput, packet generating, packet sending, dan packet receiving.
Paket RREQ yang berlebihan di MANET selama proses route discovery dapat menghabiskan sumber daya (resource) yang terbatas pada node seperti bandwith dan tenaga (energy) [8]. Pengendalian paket RREQ (Route Request) yang berlebihan dengan cara mereduksi sebagian paket RREQ di jaringan dapat menghemat penggunaan bandwith dan tenaga (energy) pada node dan meminimalisir dampak broadcast storm problem.
2. Reduksi Paket RREQ
Pada proses pencarian rute (route discovery) pada protokol AODV konvensional, setiap intermediate node akan memutuskan untuk mem-broadcast atau membuang (dropped) paket RREQ yang diterimanya melalui
mekanisme standar (default) yang diterapkan pada algoritma protokol routing. Pada penelitian ini, modifikasi proses route discovery dilakukan secara konservatif dari proses route discovery pada protokol AODV konvensional dengan menambahkan fungsi invers dari jumlah hop dan nilai bilangan acak (random number) yang dibangkitkan oleh node yang bertujuan untuk mereduksi sebagian paket RREQ di jaringan. Langkah modifikasi proses route discovery pada penelitian ini sebagai berikut:
Saat sebuah intermediate node menerima paket RREQ, pertama kali akan melakukan pengecekan jika alamat node sumber (Source address) adalah alamatnya sendiri dan pernah menerima Broadcast-ID dengan nilai yang sama dari paket RREQ yang pernah diterima sebelumnya, maka paket RREQ akan dibuang (dropped).
Langkah selanjutnya, node menghitung nilai hop count invers dari paket RREQ yang diterima.
hop count invers =
1/(nilai hop pada paket RREQ + 1) (1)
Kemudian node akan membangkitkan bilangan acak (Random Number) pada range 0 sampai 1 dengan mengambil nilai pembangkit (seed) bilangan acak dari waktu lokal di node.
Node akan membandingkan nilai hop count invers dengan Random Number yang dibangkitkan.
If (Random Number > hop count invers) then
drop RREQ packet else rebroadcast RREQ packet
end if Jika nilai random yang dibangkitkan lebih besar dari nilai hop count invers maka paket RREQ akan dibuang (dropped), selain itu paket RREQ akan di rebroadcast.
Uji coba simulasi dirancang untuk empat kelompok skenario pada tingkat kepadatan node yang bervariasi. Skenario pertama dengan jumlah 50 node, skenario ke dua dengan jumlah 100 node, skenario ke tiga dengan dengan jumlah 150 node, dan skenario ke empat dengan jumlah 200 node. Langkah awal simulasi dilakukan dengan menempatkan node secara acak dalam area simulasi dan mendistribusikan kecepatan node secara acak dan dengan kecepatan maksimum node di tiap kelompok adalah 20m/s. Parameter simulasi ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Parameter penelitian
Parameter Nilai Parameter
Simulator NS 2.35
Protokol Routing AODV
Area simulasi 600 x 600 m
Traffic type Constant bit rate (CBR)
Waktu Simulasi 100 s
Model Mobilitas Random Waypoint Mobility
Kecepatan node 20m/s
Jumlah node 50, 100, 150, dan 200 node
Tabel 1 menunjukkan parameter yang digunakan dalam penelitian ini meliputi, jenis simulator yang digunakan adalah Network Simulator 2 (NS2.35), protokol yang digunakan adalah protokol AODV (Adhoc On Demand Distance Vector), luas area simulasi 600x600 meter, paket data dikirim dengan generator trafik CBR (Constant bit rate) dan durasi waktu dalam simulasi selama 100s. Model mobilitas pergerakan node menggunakan Random Waypoint Mobility, model ini mendefinisikan sekumpulan node yang ditempatkan secara acak dalam ruang simulasi terbatas, dalam model ini setiap node memilih arah pergerakan secara acak di dalam area simulasi. Kecepatan pergerakan setiap node dipilih secara acak dan didistribusikan pada tiap kelompok secara merata antara 0 sampai kecepatan maksimum sebesar 20m/s.
Langkah selanjutnya adalah menganalisis data dan informasi yang ada dalam file trace hasil dari program simulator NS2.35. Dalam file trace terdapat informasi kejadian (event) dari simulasi yang sedang berlangsung. Sebagai parameter dalam menganalisis performa protokol, data hasil file trace simulator akan dihitung untuk nilai Routing Packet Overhead, Normalized Routing Load, dan Average end to end Delay [6].
3. Hasil Percobaan
Hasil uji coba simulasi untuk parameter Routing Packet Overhead (RPO) ditunjukkan pada tampilan grafik Gambar 2. yang menunjukkan bahwa dengan meningkatnya jumlah node di jaringan, nilai RPO pada protokol AODV konvensional secara umum mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan karena semakin banyak jumlah node di jaringan maka akan semakin banyak jumlah paket kontrol yang dikirimkan oleh setiap node di jaringan. Nilai RPO terendah pada protokol AODV konvensional berada pada jumlah node 50 yaitu 4.868 paket, dan nilai tertinggi pada jumlah node 200 dengan jumlah 28.547 paket.
Gambar 2 Grafik routing packet overhead pada jumlah node
Pada protokol AODV modifikasi menunjukkan nilai RPO yang lebih rendah dari protokol AODV konvensional meskipun jumlah node di jaringan bertambah. Nilai RPO terendah pada protokol AODV modifikasi yaitu pada jumlah node 50 sebanyak 2.085 paket dan nilai tertinggi pada jumlah node 100 sebanyak 6.924 paket. Nilai RPO yang lebih rendah di protokol AODV modifikasi dibandingkan dengan protokol AODV konvensional, menunjukkan bahwa hasil modifikasi protokol dapat mengendalikan banyaknya jumlah paket routing di jaringan dengan mereduksi sebagian paket kontrol routing yang berlebihan di jaringan.
Hasil uji coba simulasi untuk parameter Normalized Routing Load (NRL) ditunjukkan pada tampilan grafik pada Gambar 3.
Gambar 3 Grafik normalized routing load pada jumlah node
Gambar 3. menunjukkan bahwa dengan bertambahnya jumlah node di jaringan, nilai NRL pada protokol AODV konvensional secara umum mengalami kenaikan. Kenaikan nilai NRL pada protokol AODV disebabkan karena lebih banyak link yang mengalami kegagalan (breaks) pada proses pencarian rute yang menyebakan biaya routing meningkat dan berakibat pada meningkatnya nilai NRL. Pada jumlah node 50 dan 100, nilai NRL protokol AODV modifikasi lebih tinggi dibandingkan pada protokol AODV konvensional. Hal ini disebabkan karena banyak paket RREQ yang terbuang (dropped) hasil dari modifikasi pada protokol AODV sehingga protokol akan melakukan proses pencarian rute yang lebih sering. Namun pada jumlah node 150 dan 200, nilai NRL pada protokol AODV modifikasi lebih kecil dibandingkan dengan protokol AODV konvensional pada jumlah node yang sama. Nilai NRL terendah yaitu pada jumlah node 150 dan 200 dengan nilai 0,01, dan nilai tertinggi pada jumlah node 100 dengan nilai 0,08. Nilai NRL yang lebih kecil menunjukkan bahwa protokol AODV modifikasi dapat
mengurangi beban routing pada jumlah node 150 dan 200.
Hasil uji coba simulasi untuk parameter Average end to end Delay pada protokol AODV konvensional dan protokol AODV modifikasi ditunjukkan pada tampilan grafik Gambar 4.
Gambar 4 Grafik Average end to end delay pada jumlah node
Gambar 4. menunjukkan nilai Average end to end Delay pada protokol AODV modifikasi lebih besar dibandingkan dengan protokol AODV konvensional pada jumlah node 50 dan 100, namun pada jumlah node 150 dan 200, nilai Average end to end Delay pada protokol AODV modifikasi lebih kecil dibandingkan dengan protokol AODV konvensional. Hal ini disebabkan karena reduksi paket RREQ yang terjadi pada protokol AODV modifikasi untuk jumlah node 50 dan 100 menyebabkan lebih banyak hilangnya paket RREQ dalam membangun jalur routing ke node tujuan yang berakibat pada meningkatnya waktu tunda (delay) proses pengiriman data dari node sumber ke node tujuan. Waktu tunda (delay) dalam proses pengiriman data juga dipengaruhi oleh banyak faktor di jaringan diantaranya adalah antrian paket data selama proses route discovery, propagasi,retransmission delays pada lapisan MAC dan waktu transfer.
4. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa modifikasi proses route discovery pada protokol AODV, efektif untuk mereduksi paket-paket kontrol di jaringan. Performa protokol AODV modifikasi lebih baik dibandingkan dengan protokol AODV konvensional pada Routing Packet Overhead di semua skenario simulasi. Pada hasil Average end to end Delay dan Normalized Routing Load, performa protokol AODV modifikasi lebih baik saat kondisi tingkat kepadatan node yang tinggi atau jumlah node yang maksimal di skenario simulasi.
Salah satu faktor penting dari reduksi paket RREQ pada penelitian ini adalah jumlah hop yang dilalui paket. Jika nilai hop count di dalam paket RREQ semakin tinggi, maka sebuah paket RREQ mempunyai probabilitas yang tinggi untuk dibuang (dropped), hal ini
disebabkan adanya perhitungan fungsi invers terhadap jumlah hop count. Saat banyak paket RREQ yang hilang atau terbuang dan tidak mencapai node tujuan, maka proses route discovery akan sering dilakukan, yang mengakibatkan proses route discovery menjadi tidak efektif, oleh sebab itu untuk penelitian selanjutnya dapat dikembangkan dengan perhitungan jarak antar node di jaringan.
REFERENSI
[1] M. N. Alslaim, H. A. Alaqel, and S. S. Zaghloul, “A comparative study of MANET routing protocols,” presented at the 2014 3rd International Conference on e-Technologies and Networks for Development, ICeND 2014, 2014, pp. 178–182.
[2] N. Karthikeyan, B. Bharathi, and S. Karthik, 2013, “Performance Analysis of the Impact of Broadcast Mechanisms in AODV, DSR and DSDV,” presented at the Proceedings of the 2013 International Conference,. [3] N. H. Saeed, M. F. Abbod, and H. S. Al-Raweshidy,
2012, “MANET routing protocols taxonomy,” presented at the 2012 International Conference on Future Communication Networks, ICFCN 2012, pp. 123–128. [4] J. Rahman, M. A. M. Hasan, and M. K. B. Islam, 2012,
“Comparative analysis the performance of AODV, DSDV and DSR routing protocols in wireless sensor network,” presented at the 2012 7th International Conference on Electrical and Computer Engineering, ICECE 2012, pp. 283–286.
[5] B. Williams and T. Camp, 2002, “Comparison of broadcasting techniques for mobile ad hoc networks,” presented at the Proceedings of the International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc), pp. 194–205.
[6] C. E. Perkins, E. M. Royer, S. R. Das, and M. K. Marina, 2001, “Performance comparison of two on-demand routing protocols for ad hoc networks,” IEEE Personal Communications, vol. 8, no. 1, pp. 16–28. [7] A. M. Hanashi, A. Siddique, I. Awan, and M.
Woodward, , 2009 “Performance evaluation of dynamic probabilistic broadcasting for flooding in mobile ad hoc networks,” Simulation Modelling Practice and Theory, vol. 17, no. 2, pp. 364–375.
[8] D. G. Reina, S. L. Toral, P. Johnson, and F. Barrero, 2015, “A survey on probabilistic broadcast schemes for wireless ad hoc networks,” Ad Hoc Networks, vol. 25, no. PA, pp. 263–292.
[9] X. M. Zhang, E. B. Wang, J. J. Xia, and D. K. Sung, 2013, “A neighbor coverage-based probabilistic rebroadcast for reducing routing overhead in mobile ad Hoc networks,” IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 12, no. 3, pp. 424–433,.
[10] Y.-C. Tseng, S.-Y. Ni, Y.-S. Chen, and J.-P. Sheu, 2002 , “The broadcast storm problem in a mobile ad hoc network,” Wireless Networks, vol. 8, no. 2–3, pp. 153– 16,.
[11] S. Gupta and A. Mathur, 2014, “Enhanced flooding scheme for AODV routing protocol in mobile ad hoc networks,” presented at the Proceedings - International Conference on Electronic Systems, Signal Processing,
and Computing Technologies, ICESC 2014, pp. 316– 321.
[12] K. Veeramani and D. I. L. Aroquiaraj, 2015, “FP-AODV Forwarding in Mobile Adhoc Network,” presented at the International Journal of Computational Intelligence and Informatics, vol. 5, pp. 1–7.
[13] J.-D. Abdulai, M. Ould-Khaoua, and L. M. Mackenzie, 2009, “Adjusted probabilistic route discovery in mobile
ad hoc networks,” Computers and Electrical
