ANALISA PENGEMBANGAN JARINGAN NAVAID UNTUK SISTEM PENERBANGAN DI INDONESIA

Transkripsi

1 ANALISA PENGEMBANGAN JARINGAN NAVAID UNTUK SISTEM PENERBANGAN DI INDONESIA Ivonny dan Samuel Suryawijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Abstrak Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan infrastruktur penerbangan melalui penerapan Performance Based Navigation (PBN) untuk memantau pergerakan pesawat udara serta informasi penerbangan di wilayah udara Indonesia dengan menggunakan infrastruktur Communication Navigation Surveillance Air Traffic Management (CNS/ATM)serta merancang green route dengan memanfaatkan informasi dari insfrastruktur CNS untuk melakukan optimalisasi rute penerbangan berdasarkan algoritma Djikstra, sehingga dengan demikian, keselamatan penerbangan dan penghematan penggunaan bahan bakar avtur dapat ditingkatkan. Metode penelitian dilakukan adalah kajian studi pustaka dengan mengambil informasi terkait Navaid, rute, waypoint, dan bandara untuk mendapatkan green route. Untuk mendukung penelitian ini, dilakukan simulasi sederhana model desain jaringan bandara. Metode praktikal yang digunakan antara lain membuat database MySQL, program berbasiskan Java untuk penerapan sistem routing penerbangan berdasarkan algoritma green route, serta mempelajari cara simulasi dengan program NS3 berbasiskan IPv4. Hasilnya, sistem dapat menentukan rute terpendek dari suatu penerbangan dan menyediakan informasi penerbangan yang dibutuhkan, serta mendapatkan nilai delay dan throughput dari simulasi pengiriman data pada jaringan sekecil mungkin. Kata Kunci :Navaid, sistem penerbangan, green route, algoritma Djikstra, NS3 1. Pendahuluan Semakin banyaknya pesawat udara yang melintas di wilayah udara Indonesia, membuat beberapa rute perjalanan pesawat udara bisa saling berdekatan atau berada di atas suatu pesawat dengan jarak aman antar ketinggian masing-masing pesawat. Dengan infrastruktur radar di darat yang digunakan untuk memantau pergerakan pesawat udara yang ada sekarang ini, ada kemungkinan beberapa rute yang dilalui oleh pesawat udara tidak mungkin terpantau oleh radar di sekitar rute yang dilalui pesawat tersebut akibat

2 terbatasnya cakupan radar tersebut. Keadaan ini dapat menyebabkan terjadinya blind spot pada lokasi tertentu, yang dapat meningkatkan resiko kecelakaan pesawat di udara karena tidak adanya pantauan ketinggian, arah pesawat, bahkan informasi-informasi koordinat serta frekuensi radio untuk berkomunikasi baik antar pesawat maupun pesawat dengan pengawas lalu lintas udara di darat. Untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan terjadi, informasi mengenai penerbangan di suatu wilayah (Flight Information Region, FIR) (Angkasa Pura 1, 2012)perlu ditingkatkan. Selain tersedianya FIR yang selalu diperbaharui secara periodik, manajemen transportasi udara juga harus tersedia dan harus menerapkan sistem Communication Navigation Surveillance (CNS) /Air Traffic Management (ATM)(Civil Aviation Authority of Philipines, 2008) yang baru. Aspek yang menjadi perhatian dalam menerapkan system CNS/ATM yang baru ini adalah Performance Based Navigation (PBN)(ICAO, 2011) (ICAO, 2008), dengan kebutuhan akan kemampuan sistem Required Navigation Performance (RNP)(ICAO, 2011) (ICAO, 2008) dan Area Navigation (RNAV)(ICAO, 2011) (ICAO, 2008). PBN dengan RNP dan RNAV pesawat menetapkan dalam hal keakuratan, integritas, ketersediaan, kesinambungan dan fungsionalitas dibutuhkan untuk operasi, khususnya dalam konteks ruang udara. Peningkatan kualitas dan kuantitas dari infrastruktur penerbangan yang ada sekarang ini perlu dilakukan untuk menjamin keselamatan penerbangan melalui navigasi pesawat yang optimal dan menjadikan lingkungan di wilayah tersebut ramah lingkungan. 2. Methodology Metodologi penelitian yang kami gunakan secara menyeluruh adalah kajian studi pustaka yang dilakukan dengan cara membuat model desain jaringan bandara, pengambilan informasi infrastruktur Navaid dan data bandara, pembelajaran algoritma Djikstra shortest path first untuk membuat program penentuan green route, dan simulasi model desain jaringan bandara untuk mengetahui delay dan throughput dari pengiriman data penerbangan. Adapun metodologi lainnya yang kami gunakan adalah praktikal, yaitu mempelajari pengolahan data kedalam database MySQL, pembuatan program penentuan green route menggunakan aplikasi Java Eclipse, dan simulasi model desain jaringan bandara menggunakan program Network Simulator 3 (NS3) Perancangan Perancangan Software Software yang telah kami buat menggunakan program Java Eclipse memiliki fungsionalitas untuk mengakses informasi data bandara dan Navaid yang ada di database MySQL, serta aplikasi penentuan green route untuk menetapkan rute optimal dari bandara asal ke bandara tujuan, minimum dengan jangkauan satu Navaid. Penentuan green route ini menggunakan algoritma Djikstra (shortest path first), dengan memperhatikan parameter jarak tempuh dan kekuatan cakupan VOR dan DME. Awalnya, kita memilih bandara asal dan bandara tujuan. Selanjutnya, program akan mencarikan pilihan rute yang tersedia dari bandara asal menuju bandara tujuan dan membandingkan jarak tempuh yang terpendek dengan cara mencari selisih dari latitude Waypoint ID2 dan ID1. Selisih dari Longitude Waypoint ID2 dan ID1 akan dikuadratkan nilainya lalu ditambahkan, kemudian terakhir diakar kuadratkan. Rumus ini terus

3 dipakai hingga waypoint ID terakhir. Nilainya akan ditambahkan sehingga menjadi sebuah nilai perbandingan dari bobot jarak. Bobot jarak terpendek akan menjadi rute green route. Jika bobot jarak antara rute yang tersedia bernilai sama, pembobotan selanjutnya memperhatikan jumlah Navaid dalam pilihan rute tersebut. Untuk mencari jumlah Navaid, kami membuat satu cakupan, yaitu hanya memperhatikan nilai latitude waypoint dan latitude Navaid saja. Nilai latitude waypoint akan dilihat apakah nilainya masih masuk dalam cakupan latitude Navaid dikurang 1 derajat sampai latitude Navaid ditambah 1 derajat. Jika latitude waypoint termasuk dalam cakupan Navaid atau latitude waypoint terletak pada 0 derajat artinya bobot bernilai 0 dan sebaliknya bobot bernilai 1 jika latitude waypoint tidak termasuk dalam cakupan Navaid. Jadi, bobot bernilai kecil yang akan terpilih menjadi rute optimum yang kami sebut dengan green route. Green route ini tidak berlaku untuk keadaan cuaca terbang yang tidak memungkinkan dan memeriksa kepadatan pesawat di udara, dan informasi ini tidak akan dipublikasikan keluar (internet), namun hanya sebagai program untuk referensi pemilihan rute penerbangan yang sedang direncanakan Perancangan Model Desain Jaringan Bandara Perancangan model desain jaringan bandara mengikuti pengaturan pembagian wilayah udara Indonesia yang terbagi kedalam dua FIR (Flight Information Region), yang telah ditetapkan secara internasional, yaitu FIR AP1 (PT. Angkasa Pura I) dikelola oleh bandara Makassar (Makassar Automation Air Traffic System Controller, MAATSC) dan FIR AP2 (PT. Angkasa Pura II) dikelola oleh bandara Jakarta (Jakarta Automation Air Traffic System Controller, JAATSC). Gambar Gambar kiri: model desain jaringan antar bandara single router (skenario 1). Gambar kanan: model desain jaringan antar bandara multiple router (skenario 2). Alur pengiriman data dilakukan dari pesawat dengan memancarkan sebuah sinyal ke Navaid dengan frekuensi yang sesuai.data yang diterima di Navaid akan dikirimkan ke klien (bandara) setiap lima belas detik dengan menggunakan protokol IPv4 ke klien (bandara). Data yang diterima di klien akan disalurkan ke server menggunakan koneksi VPN. Data yang diterima dari server akan dikirimkan ke server Jakarta atau Makassar untuk pertukaran informasi. Besar pengiriman data yang dikirimkan didapat dari hasil capture paket data menggunakan program wireshark yang diperoleh dari alat bantu simulasi di BPPT. Alat bantu simulasi yang dibuat akan mengirimkan data setiap lima belas detik. Berdasarkan capture pengiriman data dari alat bantu simulasi menuju klien, kami mendapatkan besar pengiriman data sebesar 274 bytes.

4 Untuk mendapatkan besar pengiriman data dari klien ke server, kami melakukan simulasi pengiriman data secara real pada jaringan internal di BPPT selama tiga minggu berturut-turut. Data pengiriman klien server tersebut kami olah untuk mendapatkan besar paket data rata-rata yang terkirim tiap harinya dan besar simpangan baku datadengan menggunakan rumus standar deviasi yang diperoleh dari [5] akan digunakan sebagai parameter besar data pada simulasi di NS3. N 2 ( Xi X ) i= 1 s = N 1 Gambar Rumus standar deviasi Pada simulasi NS3, dengan menggunakan besar data hasil random bytes dengan parameter rata-rata besar pengiriman paket, simpangan baku data, jumlah baris rata-rata, untuk melihat keberagaman paket data yang dikirim agar dapat mendekati data real.kami mencoba melakukan simulasi pengiriman data sebanyak sepuluh kali dengan besar data rate yang disimulasikan adalah 10 Mbps, 100 Mbps, dan 1 Gbps, kemudian kami rata-ratakan hasil delay dan throughput yang didapat. Secara real, pengiriman data antar server juga dilakukan dengan cara mengirimkan data dari sebuah klien (dianggap sebagai server) ke server dan kami olah data capture dari wireshark untuk mendapatkan besar data yang dikirim dengan cara yang sama seperti pengiriman data klien ke server. Karena besar data yang akan disimulasikan sangat besar dan tidak dapat disimulasikan oleh NS3 karena keterbatasan kemampuan program, maka kami melakukan pembagian besar data yang akan dikirim tersebut dengan jumlah baris rata-rata pengiriman data dari klien ke server. Dengan demikian, simulasi dapat dilakukan karena besar data yang akan disimulasikan adalah kecil. Konfigurasi parameter simulasi dilakukan dengan mengambil 13 bandara kota besar dengan ketentuan sebagai berikut: Jumlah node wired : 26 Jumlah node wireless : 39 Jumlah node klien : 13 Jumlah node server : 2 Jumlah rute : 13 Skenario 1: Jumlah router : 2 Skenario 2: Jumlah node router tier 3 : 10 Jumlah node router tier 2 : 7 Jumlah node router tier 1 : 2 Dari model desain jaringan bandara seperti pada gambar diatas, parameter yang ingin kami ukur adalah delay dan throughput pengiriman data. Hasil yang diharapkan adalah delay pengiriman data sekecil mungkin dan throughput pengiriman data sebesar mungkin. (1)

5 2.2. Implementasi Spesifikasi Sistem Gambar Tampilan awal admin database Sistem yang dibuat ini merupakan gabungan dari database MySQL untuk penyimpanan database dan Java eclipse untuk pembuatan program sistem sehingga sistem ini bisa menjadi sempurna. Sistem ini dilengkapi dengan : Database bandara, pesawat, waypoint dan route, dan data sensor, yang databasenya saling terpisah, seperti terlihat pada gambar Gambar (dari atas ke bawah) Database bandara, database data sensor, database waypoint dan route. Programming java yang terdapat windows pertama untuk fungsi admin sehingga database tidak bisa sembarang orang melakukan insert, update, atau delete data.hanya admin yang bisa mempunyai privilege untuk itu.

6 Gambar Tampilan login admin. Tampilan peta pada Frame Admin guna memperlihatkan letak bandara dan titik titik waypoint yang dilewati oleh beberapa rute yang ada dalam dropdown list. Selain itu, dapat memperlihatkan letak Navaid dengan menggunakan peta offline dari mobile atlas creator (mobac) dengan kemampuan zoom level Mobac memetakan petanya dengan menunjukkan posisi koordinat latitude peta pada sumbu x dan posisi koordinat longitude peta pada sumbu y. Letak koordinat tersebut akan disimpan dalam memori lokal dimana program itu berada dalam format.jdb Gambar Tampilan lokasi bandara yang dipilih (Soekarno Hatta), ditandai dengan lingkaran berwarna biru Gambar Tampilan rute (Kode_Rute: W12). Lingkaran berwarna hijau menandakan area cakupan radar Gambar Tampilan NavaidVOR Gambar Tampilan NavaidDME

7 Gambar Tampilan Navaid radar Spesifikasi Aplikasi Penentuan Green Route Dari program yang berhasil kami buat, penentuan green route menggunakan algoritma Djikstra, dimana dalam aplikasinya digunakan source/destination Jakarta, Medan, Bali, dan Pontianak serta menggunakan rute dibawah ini sebagai rute green routenya: Tabel Hasil rute green route dengan kode rute yang digunakan dan informasi jarak yang dilalui pada rute tersebut. Rute Kode Rute Jarak Jakarta Pontianak, Pontianak Jakarta W NM Jakarta Medan, Medan Jakarta W NM Jakara Bali, Bali Jakarta W NM Spesifikasi Topologi Jaringan Topologi jaringan yang digunakan terdiri dari dua buah server, yaitu server Jakarta (JAATSC) untuk mengelola FIR AP1 dan dan server Makassar (MAATSC) untuk mengelola FIR AP2. Jumlah nodes Navaidyang digunakan adalah 65 nodes yang terdiri dari 39 wireless dan 26 wired, 13 node klien, dan 13 rute pengiriman data dengan model desain jaringan bandara sebagai berikut: Gambar Gambar kiri: model desain jaringan antar bandara single router (skenario 1). Gambar kanan: model desain jaringan antar bandara multiple router (skenario 2).

8 Implementasi Aplikasi Green Route dan Jaringan Pada tampilan awal admin database, informasi yang akan dikirim dari Navaid ke server setiap 15 detik adalah data suhu, kelembaban, latitude, longitude, tanggal dan waktu dari GPS, dan info satelit, yang ditampilkan dalam gambar Gambar Tampilan database data sensor (data dari Navaid) Data yang dikirimkan sudah dikeluarkan dalam format HTTP sehingga informasi data dapat diakses langsung melalui browser. Berikut adalah tampilan informasi yang didapat dari modul CNS-ATM: Gambar Tampilan data Navaid yang dikirimkan dari modul CNS-ATM, diakses melalui web browser Dari gambar terdapat informasi berupa: : Waktu GPS (Realtime) S : Koordinat latitude modul CNS-ATM (GPS) E : Koordinat longitude modul CNS-ATM (GPS) 00 : PRN Satelit yang digunakan secara fix (untuk space adalah 12) 50.0 : Vertical Dilution of Precision (VDOP) :Dilution of Precision (PDOP) 31.4 : Data sensor suhu 62.3 : Data sensor kelembaban 14 : Data sensor jarak 222 : Data warna Red 11 : Data warna Green 55 : Data warna Blue Data yang masuk akan difilter, sehingga data yang dikirimkan ke database hanyalah data suhu, kelembaban, latitude, longitude, waktu dan tanggal dari GPS, dan informasi satelit berupa PRN, VDOP, dan PDOP. Berdasarkan penangkapan paket data dari modul CNS-ATM seperti gambar , besar data untuk pengiriman informasi dari modul CNS-ATM adalah sebesar 274 bytes, dan akan disimpan ke database yang berada di server FIR Jakarta (Jakarta Automation Air Traffic System Controller, JAATSC) maupun server FIR Makassar (Makassar Automation Air Traffic System Controller, MAATSC).

9 Gambar Aplikasi Green Route Aplikasi Green Route berasal dari pembobotan jarak terpendek dan kemampuan cakupan Navaid yang berada pada waypoint tersebut dengan prinsip algoritma Djikstra Pengujian Sistem Dari hasil pengujian paket data secara real dengan menggunakan program wireshark, diketahui besar pengiriman data Navaid membutuhkan paket data sebesar 274 bytes, ditampilkan pada gambar Gambar Besar paket data Navaid ke klien (real) Pengujian Skenario 1 Single Router Pengujian skenario single router melakukan komunikasi dari Navaid (alat bantu simulasi CNS-ATM) ke server yang dicapai dengan pengiriman data dari Navaid ke klien, klien ke server, dan server ke server. Melihat hasil pada tabel dibawah, komunikasi data dari Navaid ke klien secara wired adalah 2 milidetik, secara wireless

10 adalah 0.4 milidetik. Komunikasi data dari klien hingga ke server rata-rata sebesar 4 milidetik, dan komunikasi data server-server sebesar 6 milidetik. Tabel Hasil pengujian jaringan skenario 1, Navaid ke klien, klien ke server, server ke server. Navaid Klien Skenario 1 Data Rate Wired Wireless Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Gbps 100% 2 ms 608 Klien Server Skenario 1 Data Rate Parameter Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 4 ms Mbps 100% 4 ms Gbps 100% 4 ms 347 Server to Server Skenario 1 Data Rate Jakarta Makassar Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 6 ms % 6 ms Mbps 100% 6 ms % 6 ms Gbps 100% 6 ms % 6 ms 695 Skenario 1 menghasilkan delay yang lebih singkat karena data yang akan dikirim tidak bertemu dengan banyak router, sehingga delay yang diberikan untuk pengiriman data tersebut adalah sedikit daripada menggunakan skenario 2. Rata-rata delay pengiriman data dari Navaid ke server pada skenario 1 sebesar 4 milidetik dengan throughput 100%, sesuai dengan besar ukuran paket data yang dikirim Pengujian Skenario 2 Multiple Router Melihat hasil pada tabel dibawah, jaringan dengan banyak router menghasilkan delay yang lebih panjang dikarenakan data yang dikirim harus melewati router yang banyak dibanding skenario single router, sehingga diperoleh rata-rata delay pengiriman dari Navaid ke klien sebesar 2 milidetik, klien ke server sebesar 8 milidetik, dan server ke server hingga 6milidetik. Tabel Hasil pengujian jaringan skenario 2, Navaidke klien, klien ke server, server ke server. Skenario 2 Navaid ke Klien Data Rate Wired Wireless Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Gbps 100% 2 ms 608

11 Skenario 2 Klien ke Server Data Rate Parameter Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 9 ms Mbps 100% 8 ms Gbps 100% 8 ms 347 Skenario 2 Server ke Server Data Rate Jakarta Makassar Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 6 ms % 6 ms Mbps 100% 6 ms % 6 ms Gbps 100% 6 ms % 6 ms 695 Dari hasil pengujian jaringan skenario 2, throughput yang didapat adalah sebesar 100%, artinya transmisi data dari asal ke tujuan tidak terjadi packet loss.hanya saja, pengujian delay lebih besar dibandingkan skenario 1 karena banyaknya jumlah router yang digunakan pada skenario ini Evaluasi Sesuai skenario yang disimulasikan, dimana skenario 1 menggunakan single router dan skenario 2 menggunakan multiple router apabila desain jaringan sesuai gambar (gambar kiri dan gambar kanan), maka delay yang diperoleh dengan spesifikasi jaringan sesuai tabel dan throughput sesuai tabel Berdasarkan data tabel tersebut, bahwa desain jaringan bandara dengan jumlah router yang sedikit akan memberikan delay yang lebih singkat (skenario 1) daripada menggunakan jaringan yang memiliki banyak router (skenario 2). Dalam rangka menentukan alternatif green route, digunakan algoritma shortest path (Djikstra) dengan menggunakan pembobotan parameter jarak antara waypoint dan kemampuan cakupan dari fasilitas Navaid, khususnya yang digunakan dalam simulasi ini adalah cakupan DME. Parameter jarak antara waypoint ditentukan dengan membandingkan lokasi waypoint dalam latitude dan longitude dari waypoint source dengan lokasi waypoint dalam latitude dan longitude dari waypoint destination. Sedangkan untuk parameter kemampuan cakupan DME digunakan kriteria deviasi satu derajat dari posisi latitude longitude perangkat DME. Pembobotan diberikan dengan prioritas jarak, kemudian kemampuan cakupan DME dengan asumsi, bila jarak lebih dekat maka kebutuhan bahan bakar lebih sedikit sehingga lebih efisien. Sedangkan, asumsi kedua bila cakupan DME lebih banyak, maka tingkat keamanan penerbangan akan meningkat.

12 3. Simpulan Dengan menggunakan desain jaringan single router diperoleh delay lebih singkat daripada menggunakan desain jaringan multiple router dengan selisih sebagai berikut: Tabel 3.1 Selisih parameter single router dengan multiple router Parameter Single Router Multiple Router Selisih Delay Wired 4 ms 8.5 ms 4.5 ms Delay Wireless 4 ms 8.5 ms 4.5 ms Perbedaan delay yang terlihat adalah dari klien ke server. Karena adanya penambahan router pada skenario 2 (multiple router) dibandingkan dengan skenario 1 (single router). Berdasarkan data table tersebut bahwa desain jaringan bandara dengan banyak router akan memperlambat pengiriman data daripada desain jaringan bandara dengan satu buah router karena data akan melewati banyak router. Menurut hasil simulasi, desain jaringan bandara dengan multiple router akan memiliki throughput yang sama, yaitu 100% tanpa packet loss karena besar data yang dikirim tidak terlalu besar. Dengan menggunakan algotitma Djikstra diperoleh rute dengan jarak tempuh terpendek, dengan asumsi jangkauan VOR/DMEminimum 1 pada setiap waypoint yang dilalui pada rute tersebut. Berikut adalah hasil rute optimum: Tabel 3.2 Informasi rute green route beserta kode rute dan jarak yang ditempuh Rute Kode Rute Jarak Jakarta Pontianak, Pontianak Jakarta W NM Jakarta Medan, Medan Jakarta W NM Jakara Bali, Bali Jakarta W NM Parameter jarak antara waypoint ditentukan dengan membandingkan lokasi waypoint dalam latitude dan longitude dari waypoint source dengan lokasi waypoint dalam latitude dan longitude dari waypoint destination. Sedangkan untuk parameter kemampuan cakupan DME digunakan kriteria deviasi satu derajat dari posisi latitude longitude perangkat DME. Pembobotan diberikan dengan prioritas jarak kemudian kemampuan cakupan DME dengan asumsi bila jarak lebih dekat maka kebutuhan bahan bakar lebih sedikit sehingga lebih efisien, sedangkan asumsi kedua bila cakupan DME lebih banyak maka safety level akan meningkat.

13 DAFTAR PUSTAKA [1] Civil Aviation Authority of the Philippines.(2008). What is a CNS-ATM?. Retrieved from [2] Angkasa Pura I.(2012).Sejarah Perusahaan. Retrieved from [3] ICAO.(2011). PBN MANUAL DOC 9613 Final Retrieved from Manual - Doc 9613 Final with bookmarks.pdf [4] ICAO.(2008). Performance Based Navigation Concept. Retrieved from [5] Sakowski, Michael.(2007). Using A Statistics Formula To Establish Confidence Intervals of a Poll. Retrieved fromhttp://

14 ANALYSIS OF NAVAID NETWORK FOR AVIATION SYSTEM IN INDONESIA Ivonnyand Samuel Suryawijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Abstract The purpose of this research is to develop aviation information communication infrastructure through the application of Performance Based Navigation (PBN).PBN monitors aircraft movementsas well as flight information within Indonesian airspace.itutilizes Communication Navigation Surveillance Air Traffic Management (CNS/ATM),it design green route,by utilizing information from CNS to perform flight route optimization based on Djikstra algorithm.the aviation safety and saving of jet fuel consumption can then be improved. Research methodology used is literature study,taking information related to navigation aid (Navaid), route, waypoint, and airport to obtain green route,perform a simple simulation of airport network design. MySQL database, java based program for application of aviation routing system based on green route algorithm were created, and learning of how to simulate network simulation using NS3 software based on IPv4. The results, system can determine the shortest route from a flight and provides flight information needed, and obtaining the value of delay and throughput from simulation of data transmission on network as small as possible. Keyword :Navaid, aviation system, green route, Djikstra algorithm, NS3. 1. Introduction The increasing amount of aircraft flying towards Indonesian airspace, have create some of aircraft s travel route could be closer each other or above other aircraft, with safe distance and altitude of each aircraft. With ground radar infrastructure used to monitor the movement of aircraftthat exists right now, there is a possible chance of some route which is passed through by an aircraft might not be monitored by radar around the route that an aircraft passed through because of limited radar coverage. This situation can cause a blind spot at certain location, which could increase the risk of flight accident because there is no information about altitude monitoring, aircraft s bearing, even information about coordinate, and radio frequency in order to communicate well whether between aircraft or aircraft with ground air traffic controller. To prevent things that we don t want to be happened, information about flight in a region (Flight Information Region, FIR) (Angkasa Pura 1, 2012) needs to be improved. While availability of FIR provided which always be updated periodicly, air transportation management also must be provided and must apply a new Communication Navigation Surveillance (CNS) / Air Traffic Management (ATM) (Civil Aviation Authority of Philipines, 2008). Aspects to be

15 concerned on applying the new CNS/ATM system is Performance Based Navigation (PBN) (ICAO, 2011) (ICAO, 2008), with the requirements of Required Navigation Performance (RNP) and Area Navigation (RNAV) (ICAO, 2011) (ICAO, 2008) system capability. PBN with aircraft RNP and RNAV decides in terms of accuracy, integrity, availability, continuity, and functionality needed to operate, especially in airspace context. The improvement of quality and quantity from aviation infrastructure that exists right now need to be performed to assure the aviation safety through optimized aircraft navigation and creating a friendly environment around that region. 2. Methodology Methodology of research that we used whole fully is study of literature which is performed by creating an airport network model design, retrieving of information about Navaid infrastructure and airport data, learning of Djikstra s shortest path first algorithm to create a program to determine green route, and simulation of airport network model design to know values of delay and throughput from simulation of aviation data transmission. Other methodology that we use is practical method, which are learning of data processing into MySQL database, create a program to determine green route using Java Eclipse application, and simulation of airport network model design using Network Simulator 3 (NS3) program Design Software Design Software which we had created using Java Eclipse program has functionality to access information of airport data and Navaid which is located at MySQL database, and application to determine green route to set an optimal route from origin airport to destination airport, minimum with coverage of one Navaid. This green route is determinedusing Djikstra algorithm (shortest path first), with parameter of weight to be concerned are distance and the strength of VOR and DME coverage. At the beginning, we choose the origin airport and destination airport. Next, the program will search the choices of routes available from origin airport to destination airport and compares the shortest distance by looking the difference of Waypoint latitude ID2 and ID1. The difference value of longitude Waypoint ID2 and ID1 will be squared and then added, then last will be root squared. This formula will be used until the last waypoint ID. The value than will be sum, so it will become a comparison value from weight parameter of distance. The smallest of total weight distance value will become a route for green route. If the distance weight between available routes has the same value, the next weight parameter will notice the amount of Navaid inside those route choices. To find the amount of Navaid, we create coverage, by taking notice the value of waypoint s latitude and navigation aid s longitude. Value of waypoint s latitude will be checked if the value is still inside the coverage of Navaid s latitude minus by 1 degree until Navaid s latitude plus 1 degree. If the waypoint s latitude is still included inside the Navaid s coverage or waypoint s latitude is located at 0 degree, it means the weight will have a value of 0, otherwise the weight will have a value of 1 if waypoint s latitude not included inside the Navaid s coverage. So, the smallest sum of weight value will be chosen as optimized route which we called green route.

16 This green route is not valid for impossible flight weather situation and checks the densitiy of aircraft in the air, and this information will not be published out (internet), however only just as a program for choosing of flight route reference that is being planned Design of Airport Network Model Design The design of airport network model design follows the configuration of Indonesia s airspace region separation which is divided into two flight information region (FIR), which has been set internationally, FIR AP1 (Angkasa Pura 1 Limited Company) which is managed by Makassar airport (Makassar Automation Air Traffic System Controller, MAATSC) and FIR AP2 (Angkasa Pura 2 Limited Company) managed by Jakarta airport (Jakarta Automation Air Traffic System Controller, JAATSC). Picture Left picture: single router airport network design model (scenario 1). Right picture: multiple router airport network design model (scenario 2). The flow of data transmission is performed from aircraft by transmitting a signal to Navaid with appropriate frequency. Data received at Navaid will be sent to client (airport) every fifteen seconds using IPv4 protocol to client (airport). Data received at client will be transmitted to server using VPN connection. Data received from the server will be sent to Jakarta or Makassar server for the exchange of information. Amount of data transmission sent from the result of packet capture using wireshark program, which is obtained from simulation aid at Agency for The Assessment And Application of Technology (BPPT). The simulation aid created will transmit data every fifteen seconds. Based on the capture result from simulation aid to client, we obtained the size of data transmission of 274 bytes. To obtain the size of data transmission from client to server, we performed a simulation of data transmission for real at internal network of Agency for The Assessment And Application of Technology (BPPT) for three consecutive weeks. That client to server data transmission will be processed to obtain average size of data packet sent every day and the amount of standard deviation data by using standard deviation formula which is obtained from (Michael Sakowski, 2007) will be used as parameter of data size at NS3 simulation. N 2 ( Xi X ) i= 1 s = N 1 Picture Standard deviation formula (1)

17 On NS3 simulation, by using the size of data results of random bytes with parameter of average data packet transmission, standar deviation of data, amount of average lines, to look the variance of data packet size transmitted to approach real data. We are trying to performed a simulation of data transmission for ten times with size of data rate simulated are 10 Mbps, 100 Mbps, and 1 Gbps, then we calculate the average of delay and throughput obtained. In the real, data transmission between server also performed by sending data from a client (considered as server) to server and data captured from wireshark will be processed to obtain size of data sent with the same way as the transmission data of client to server. Since the amount of data simulated is too large and can t be simulated by NS3 due to limitation of program capability, we performed division of data size sent with average of line (frame) of captured data from client to server. Thus, the simulation can be performed because the size of data will be simulated is small. Configuration of simulation parameter is performed by taking thirteen major city airport with provision as follows: Number of wired nodes : 26 Number of wireless nodes : 39 Number of client nodes : 13 Number of server nodes : 2 Number of routes : 13 Scenario 1: Number of routers : 2 Scenario 2: Number of tier 3 nodes : 10 Number of tier 2 nodes : 7 Number of tier 1 nodes : 2 From airport network model design as shown at picture above, parameter that we would like to measure is delay and throughput of data transmission. The expected result is data transmission delay as small as possible and data transmission throughput as large as possible Implementation System Specification

18 Picture First page of admin database This created system is a combination of MySQL database to store database and java eclipse for creation of system program, so the system can be perfect. This system is equipped with : Separated database of airport database, aircraft, waypoint and route, and sensor data, as shown on picture Picture (from top to bottom) Airport database, sensor data database, database waypoint and route. Java programming which is appeared at the first windows is for administration function, so database can not be accessed to perform data insertion, data update, or data deletion. Only administrator has such privillege for that. Picture Administrator login windows. Map view at Frame Admin is to show the location of airport and waypoint nodes that will be passed through by some routes which is inside the dropdown list. Moreover,

19 Frame Admin could show the location of Navaid using offline map from mobile atlas creator (mobac) with capability of zoom level Mobac mapping its map by showing the latitude coordinate position of map at the x-axis and logintude coordinate position of map at the y-axis. Those coordinate location will be stored into local memory where the program is installed in format of.jdb. Picture Display of chosen airport location (Soekarno Hatta), marked with blue circle Picture Route display (Route_Code: W12). Green circles marks the area of radar coverage Picture View of VORNavaid Picture View of DME Navaid Picture View of radarnavaid

20 Green Route Determination Application Specification From the program that has been successfully created, the green route determination is using Djikstra algorithm, where inside the application, source/destination used is Jakarta, Medan, Bali, and Pontianak, and using routes below as the route for green route : Table Result of green route routes with route code used and information of distance passed through at that route. Route Code Route Distance Jakarta Pontianak, Pontianak Jakarta W NM Jakarta Medan, Medan Jakarta W NM Jakara Bali, Bali Jakarta W NM Network Topology Specification Network topology used consists of two server, which are Jakarta server (JAATSC) to manage FIR AP1 and Makassar server (MAATSC) to manage FIR AP2. Number of Navaid nodes used are 65 Navaids which consists of 39 wireless nodes and 26 wired nodes, 13 client nodes, and 13 data transmission routes with airport network model design as follows : Picture Left picture : single router airport network design model (scenario 1). Right picture : multiple router airport network design model (scenario 2) Green Route Application and Network Implementation At the beginning view of admin database, information that will be sent from Navaid to server every 15 seconds are temperature data, humidity, latitute, longitude, date and time from GPS, and satellite information, which is shown in picture Picture View of database sensor data (data fromnavaid) Data which is sent is in HTTP format, so data information can be accessed directly through browser. Next is the view of information obtained from CNS-ATM module (simulation aid) :

21 Picture View of Navaid data sent from CNS-ATM module (simulation aid), accessed through web browser. From picture there is information : : GPS time (realtime) S : CNS-ATM Module s Latitude Coordinat (GPS) E : CNS-ATM Module s Longitude Coordinat (GPS) 00 : Fixed PRN satelliteused (for space is 12) 50.0 : Vertical Dilution of Precision (VDOP) :Dilution of Precision (PDOP) 31.4 : Data of temperature sensor 62.3 : Data of humidity sensor 14 : Data of distance sensor 222 : Data of colour red 11 : Data of green colour 55 : Data of blue colour Incoming data will be filtered, so the data sent to database is only temperature, humidity, latitude, longitude, time and date from GPS, and satellite information which are PRN, VDOP, and PDOP. Based on data packet capture from CNS-ATM module (simulation module) as shown at picture , the amount of data for information transmission from CNS-ATM module is 274 bytes, and will be stored to database which is located at Jakarta FIR server (Jakarta Automation Air Traffic System Controller, JAATSC) or Makassar FIR server (Makassar Automation Air Traffic System Controller, MAATSC). Picture Green route application Green route application is originated from the weight of shortest distance and capability of Navaid coverage which is located on those waypoint with Djikstra algorithm principle.

22 Testing of System From the results of real data packet by using wireshark program, the size of Navaid data transmission is 274 bytes, shown on picture Picture Size of real data packet from Navaid to client Scenario 1 Single Router Test Scenario 1 single router test conducting communication from Navaid (CNS-ATM simulation aid) to server which is reached by transmission of data from Navaid to client, client to server, and server to server. Looking at the results on table below, data communication from Navaid to client for wired is 2 miliseconds, wireless is 0.4 miliseconds. Average data communication from client to server is 4 miliseconds, and communication from server to server are 6 miliseconds. Table Result of scenario 1 network test, Navaid to client, client to server, and server to server. Scenario 1 Navaid to Client Data Rate Wired Wireless Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Gbps 100% 2 ms 608 Scenario 1 Client to Server Data Rate Parameter Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 4 ms Mbps 100% 4 ms Gbps 100% 4 ms 347 Scenario 1 Server to Server Data Rate Jakarta Makassar Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 6 ms % 6 ms Mbps 100% 6 ms % 6 ms Gbps 100% 6 ms % 6 ms 695 Scenario 1 produces less delay because data that will be sent did not meet much router, so the delay given for those data transmission is less than using scenario 2.

23 Average data transmission delay from Navaid to server on scenario 1 are 4 miliseconds with throughput 100%, according with the size of packet data sent Scenario 2 Multiple Router Test Looking the results on table below, network with lots of router will produces longer delay because the data sent must pass through lots of router compared with single router scenario, so the average data transmission delay obtained from Navaid to client are 2 milliseconds, client to server are 8 milliseconds, and server to server are 6 milliseconds. Table Result of scenario 2 network test, Navaid to client, client to server, server to server. Scenario 2 Navaid to Client Data Rate Wired Wireless Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Mbps 100% 2 ms % 0.4 ms Gbps 100% 2 ms 608 Scenario 2 Client to Server Data Rate Parameter Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 9 ms Mbps 100% 8 ms Gbps 100% 8 ms 347 Scenario 2 Server to Server Data Rate Jakarta Makassar Throughput Delay Bytes Throughput Delay Bytes 10 Mbps 100% 6 ms % 6 ms Mbps 100% 6 ms % 6 ms Gbps 100% 6 ms % 6 ms 695 From the scenario 2 network test result, throughput obtained is 100%, which means there is no packet loss on data transmission from origin to destination. Only, delay test result is bigger compared to scenario 1 because lots of router used at this scenario Evaluation According to scenario simulated, where scenario 1 using single router and scenario 2 using multiple router, if the network design appropriate with picture (left and right picture), delay that is obtained with network specification is appropriate according to table and throughput as tabel Based on those data table, that airport network model design with less numbers of router will contribute less delay (scenario 1) rather than using networks which has lots of router (scenario 2)

24 In order to determine green route alternative, Djikstra shortest path first algorithm is used with weight parameter of distance between waypoint and capability of Navaid coverage facility, especially used in this simulation is DME coverage. Distance parameter between waypoint is determined by comparing location of waypoint in latitude and longitude from source waypoint with location of waypoint in latitude and longitude from destination waypoint. While for capability of DME coverage capability, criteria used is one degree from latitude and longitude position of DME device. Weighting is given with priority of distance, then ability of DME coverage with assumption, if distance is closer, so the need for jet fuel is less needed so it will be more efficient. While second assumption, if there is lots of DME coverage, the aviation safety level will increased. 3. Conclusion By using single router network design, less delay is obtained rather than using multiple router network design with differences as follows : Table3.1 Single router and multiple router parameter difference Parameter Single Router Multiple Router Difference Wired Delay 4 ms 8.5 ms 4.5 ms Wireless Delay 4 ms 8.5 ms 4.5 ms The delay difference shown is from client to server. Because there is extra additional router at scenario 2 (multiple router) compared with scenario 1 (single router). Based on those data table, that airport network design with lots of router will slow down the data transmission rather than airport network design with one router because data will pass lots of router. Based on simulation results, airport network design with multiple router will have same throughput, which is 100% without packet loss because the size of data sent is not too large. By using Djikstra algorithm we obtained the route with shortest distance, with assumption minimum of 1 VOR/DME coverage at each waypoint passed on those route. Following is the result of optimized route : Table 3.2 Result of green route routes with route code used and information of distance passed through at that route. Route Route Code Distance Jakarta Pontianak, Pontianak Jakarta W NM Jakarta Medan, Medan Jakarta W NM Jakara Bali, Bali Jakarta W NM Distance parameter between waypoint is determined by comparing waypoint location in latitude and longitude from source waypoint with location of waypoint in latitude and longitude from destination waypoint. While for parameter of capability of DME coverage, the criteria used is deviation of one degree from latitude longitude position of DME equipment. Weighting is given with priority of distance, then ability of DME coverage with assumption if distance is closer, the need for jet fuel will be less than usual, so it will be

25 more efficient. While second assumption, if DME coverage is more, the safety level will increase. REFERENCES [1] Civil Aviation Authority of the Philippines.(2008). What is a CNS-ATM?. Retrieved from [2] Angkasa Pura I.(2012).Sejarah Perusahaan. Retrieved from [3] ICAO.(2011). PBN MANUAL DOC 9613 Final Retrieved from Manual - Doc 9613 Final with bookmarks.pdf [4] ICAO.(2008). Performance Based Navigation Concept. Retrieved from [5] Sakowski, Michael.(2007). Using A Statistics Formula To Establish Confidence Intervals of a Poll. Retrieved fromhttp://