Analisis Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of Service pada Wimax

Transkripsi

1 Analisis Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of Service pada Wimax LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun sebagai syarat kelulusan tingkat sarjana oleh : Mastura Diana Marieska / PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 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 / Telah disetujui dan disahkan sebagai Laporan Tugas Akhir Di Bandung, pada tanggal 26 Juni 2008 Pembimbing 1 Pembimbing 2 Achmad Imam Kistijantoro M.Sc., PhD NIP Dr. Ir. Adi Indrayanto, M.Sc NIP

3 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 di NS2, yaitu Weighted Round Robin. Wimax merupakan broadband wireless network yang diimplementasikan berdasarkan IEEE Standard 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 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 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 di NS2. Kata kunci : IEEE , Wimax, Quality of Service, algoritma penjadwalan, metrik QoS, network simulator iii

4 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 sebesarbesarnya 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. iv

5 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 Penulis v

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR ISTILAH... x BAB I PENDAHULUAN... I Latar Belakang... I Rumusan Masalah... I Tujuan... I Batasan Masalah... I Metodologi... I Sistematika Pembahasan... I-6 BAB II LANDASAN TEORI... II IEEE Broadband Wireless Access / WIMAX... II Layer-layer Wimax... II Arsitektur Wimax... II QoS Classes... II Wimax MAC Layer... II Convergen Sublayer... II Common Part Sublayer... II Security Sublayer... II Algoritma Penjadwalan pada MAC Layer... II Weighted Round Robin... II Deficit Round Robin... II Weighted Fair Queueing... II Early Deadline First... II Metrik QoS... II Network Simulator 2... II Modul pada NS2... II Algoritma Penjadwalan pada Modul di NS2... II-23 BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN... III Implementasi metrik QoS... III Average Throughput... III Packet Loss... III Fairness Index... III Metrik QoS yang Tidak Diimplementasikan... III Skenario Simulasi... III Kriteria Algoritma Penjadwalan Ideal... III Skema Kerangka Uji... III-8 BAB IV PENGUJIAN... IV Lingkungan Pengujian... IV Tool Pengujian... IV Parameter Simulasi... IV Hasil Pengujian... IV Skenario 1A... IV Skenario 1B... IV Skenario 1C... IV Skenario 1D... IV Skenario 1E... IV Skenario 2A... IV Skenario 2B... IV-12 vi

7 4.4.8 Skenario 2C... IV Skenario 2D... IV Skenario 2E... IV Analisis dan Kesimpulan Pengujian... IV Analisis Pengujian... IV Kesimpulan Pengujian... IV-20 BAB V Kesimpulan dan Saran... V Kesimpulan... V Saran... V-2 DAFTAR REFERENSI... vii vii

8 DAFTAR GAMBAR Gambar I-1 IEEE Std protocol Layering... I-2 Gambar I-2 MAC Layer dari IEEE Std I-2 Gambar I-3 IEEE Std QoS Architecture... I-4 Gambar II-1 Klasifikasi wireless network berdasarkan luas dearah jangkauan... II-2 Gambar II-2 OSI Network Reference Seven-layer Model... II-3 Gambar II-3 Protocol Layer of IEEE Std 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 Weighted Round robin Cycle (Pendekatan 1)... II-14 Gambar II-15 Weighted Round 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 NS2... II-22 Gambar II-21 Keterkaitan modul 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 viii

9 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 ix

10 DAFTAR ISTILAH Istilah Definisi Base Station (BS) Station bersifat fix (tidak berpindah) yang berfungsi untuk menyediakan, mengatur, dan mengontrol konektivitas antra subscriber station Broadband Jalur komunikasi yang memiliki bandwidth lebih dari 1MHz dan data rates lebih dari 1,5Mbps. Broadband Wireless Access (BWA) Jalur komunikasi wireless yang memiliki kapasitas broadband Deadline Batas waktu pengiriman suatu paket. Apabila paket telah melewati deadline, maka paket akan dibuang. Downlink Kanal komunikasi dari BS ke SS Hybrid Algorithm Jenis algoritma campuran yang terdiri atas lebih dari satu jenis algoritma Metrik Parameter pengukuran terhadap suatu kualitas Point to Multipont Salah satu jenis topologi jaringan Wimax dimana komunikasi antar SS dilakukan melalui BS Protocol Data Unit (PDU) Paket data yang dikirimkan dari satu layer ke layer yang di bawahnya Service Data Unit (SDU) Paket data yang diterima oleh suatu layer dari layer di atasnya Subcriber Station (SS) Station bersifat fix (tidak berpindah) yang berfungsi menyediakan koneksi antara BS ke mobile node Trace file File output hasil simulasi yang dijalankan pada NS2 Uplink Kanal komunikasi dari SS ke BS Work Conserving Sifat algoritma penjadwalan yang tidak membiarkan kanal dalam keadaan kosong tak terpakai, sedapat mungkin selalu membuat kanal terisi. x