Evaluasi Kinerja VANET pada Berbagai Model Propagasi Menggunakan Simulator Jaringan NS-3

Transkripsi

1 Evaluasi Kinerja VANET pada Berbagai Model Propagasi Menggunakan Simulator Jaringan NS-3 Agus Nursalam Kitono 1), Teuku Yuliar Arif 2), Melinda 3) 1,2,3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala Banda Aceh, Indonesia 1) 2) 3) Abstrak Jumlah kendaraan terus menerus bertambah, hal ini menyebabkan terjadinya kemacetan terutama di kotakota besar. Salah satu upaya untuk mengurangi kemacetan yaitu dengan memanfaatkan sistem VANET. VANET merupakan singkatan dari Vehicular Ad-Hoc Networks dimana setiap node dalam jaringan merupakan kendaraan seperti mobil. VANET bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau vehicle to vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya atau vehicle to roadside unit (V2R). Dengan demikian kendaraan dapat saling bertukar informasi tentang kondisi lalu-lintas di sekitarnya. Informasi tersebut dapat berupa informasi kemacetan, kecelakaan dan informasi penting lainnya. Dengan adanya komunikasi tersebut maka sistem VANET ini dapat meningkatkan keselamatan lalu-lintas. Dalam penerapannya, kinerja jaringan VANET sangat dipengaruhi oleh model propagasi. Pada paper ini dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh berbagai propagasi terhadap kinerja VANET berdasarkan parameter throughput, packet-loss dan delay menggunakan simulator NS-3. Hasil simulasi memperlihatkan bahwa model non-fading-urban, non-fadingrural, fading-nakagami-rural, dan fading-jakes-rural memiliki perbedaan jarak jangkau 80 sampai 130 meter untuk tiap model propagasinya. Untuk semua model fading-nakagamiurban jarak jangkau maksimal hanya 150 meter dan model fading-jakes-urban jarak jangkauan berkisar meter. Kata kunci : Kinerja, VANET, Simulasi, Propagasi I. Pendahuluan Jumlah kendaraan terus menerus bertambah tiaptahunnya [7], hal ini menyebabkan terjadinya kemacetan terutama di kota-kota besar. Salah satu upaya untuk mengurangi kemacetan yaitu dengan memanfaatkan sistem VANET. VANET merupakan singkatan dari Vehicular Ad- Hoc Networks dimana setiap node dalam jaringan merupakan kendaraan seperti mobil. VANET bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau vehicle to vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya atau vehicle to roadside unit (V2R). Dengan VANET setiap kendaraan akan dapat saling bertukar informasi tentang kondisi lalu-lintas di sekitarnya, informasi tersebut dapat berupa informasi kemacetan, kecelakaan dan informasi penting lainnya [4]. Dalam penerapannya, kinerja VANET sangat dipengaruhi oleh model propagasi. Sebuah model propagasi tidak dapat digunakan disemua tempat karena masingmasing tempat punya karakteristik yang berbeda-beda. Hal ini menyebabkan VANET tidak dapat menggunakan model propagasi yang sama disetiap tempat, oleh karena itu perlu dilakukan penelitian terhadap model-model propagasi yang mempengaruhi kinerja VANET. Fokus utama penelitian VANET ini adalah kinerja komunikasi antara vehicle to roadside unit (V2R). Penelitian VANET secara langsung/real membutuhkan biaya yang mahal dan waktu penelitian yang lama, sehingga solusi yang diambil untuk penelitian ini adalah dengan melakukan simulasi menggunakan perangkat lunak simulator jaringan NS-3. Dengan menggunakan simulator jaringan NS-3 penelitian VANET akan lebih murah dan tidak membutuhkan waktu yang lama untuk mengetahui hasilnya. II. Dasar Teori A. VANET (Vehicular Ad hoc Network) VANET (Vehicular Ad hoc Networks) adalah jaringan dimana setiap node merupakan kendaraan seperti mobil. Sistem tersebut bertujuan untuk menyediakan komunikasi antara kendaraan dan kendaraan atau Vehicle to Vehicle (V2V), antara kendaraan dan peralatan tetap di dekatnya, atau Vehicle to Roadside unit (V2R). Dengan adanya komunikasi tersebut maka sistem ini dapat meningkatkan keselamatan lalu-lintas dengan memberikan informasi yang tepat waktu kepada pengemudi dan pihak yang berwenang [1]. B. IEEE p IEEE p merupakan salah satu bagian dalam kumpulan protokol yang disebut dengan Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) yang dikembangkan oleh IEEE. IEEE p, juga dikenal sebagai dedicated shortrange communication (DSRC). VANET telah mendapat dukungan resmi dari standar IEEE p.

2 Dedicated Short Range Communication (DSRC) merupakan sebuah layanan komunikasi pada jarak pendek sampai menengah yang beroperasi pada frekuensi GHz GHz dan mempunyai 7 channel Untuk mendukung komunikasi Vehicle-to-Vehicle (V2V) [3]. Parameter standart untuk teknologi DSRC khususnya VANET dapat dilihat pada tabel 1. C. Propagasi Suatu bagian penting dari setiap simulasi jaringan nirkabel adalah pilihan tentang model propagasi yang akan digunakan untuk memodelkan kinerja saluran jaringan nirkabel atau set saluran. Model ini diperlukan dalam simulator untuk menghitung kekuatan sinyal transmisi nirkabel di stasiun penerima [8]. D. Network Simulator 3 (NS-3) NS-3 adalah simulator jaringan, ditujukan terutama untuk penelitian dan penggunaan pendidikan. NS-3 adalah perangkat lunak bebas, dilisensikan di bawah lisensi GNU GPLv2, dan publik untuk penelitian, pengembangan, dan penggunaan [6]. Table 1. Parameter Standart DSRC Penelitian awal Desain jaringan VANET untuk penelitian Desain topologi simulasi Pemrograman simulasi Pengujian Analisa hasil simulasi Kesimpulan dan penulisan laporan Gambar 1. Tahapan Penelitian Frekuensi Spectrum Data Rate Jarak Maksimal Jangkauan Jarak Minimal Jangkauan Kapasitas Channel Downlink Power Uplink Power GHz 75 MHz 6 Mbps 27 Mbps 1000 meter meter 7 channel 33 dbm 33 dbm Table 2. Parameter Simulasi VANET waktu simulasi Jarak antar node Tipe kanal Model propagasi Mobility model Tipe Traffic Ukuran paket data Data Rate Lingkungan simulasi Jumlah Node Frekuensi TxPowerStart TxPowerEnd Gain Antenna EnergyDetectionThreshold 120 detik 10 meter 250 meter (urban) 10 meter 400 meter (rural) Wireless channel -two ray ground propagation -friss propagation -3log distance propagation -log distance propagation -propagation fading nakagami -propagation fading jakes -constanpositionmobility -random2dwalk mobility TCP 1500 bytes 6 Mbps -Urban (perkotaan) -Rural (pinggiran kota) 2 Node 5.88Ghz db db 1 dbm -96 db Gambar 2. Diagram Alir Penulisan Kode Program III. Metodologi Penelitian A. Tahapan Penelitian (Diagram Alir) Tahapan penelitian dapat dilihat pada gambar 1. Diawali dengan penelitian awal dan diakhiri dengan kesimpulan dan penulisan laporan. B. Desain Jaringan VANET VANET untuk kebutuhan penelitian ini terdiri dari dua node yang terdiri dari node yang berupa mobil sebagai node yang bergerak (mobile) dan Roadside unit sebagai node yang diam (fixed). Jarak antar node dalam simulasi diatur dari jarak 10 meter hingga 400 meter. Dalam rentang jarak tersebut akan diukur kinerja komunikasi antar node. Propagasi yang digunakan adalah empat tipe deterministic dan dua model propagasi fading. Model fading akan dipasangkan dengan model deterministic. Untuk tiap

3 propagasi beberapa parameter harus disesuaikan untuk memodelkan lingkungan rural dan urban [2]. Selain tipe propagasi juga ada model traffic data yang digunakan dalam penelitian ini yaitu traffic dengan tipe data TCP. Besarnya packet size adalah 1500 bytes. Parameter lengkap dari simulasi VANET yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada table 2. C. Penulisan Kode Program Simulasi Gambar 2 menunjukkan diagram alir dalam penulisan kode program simulasi VANET diawali dengan inisialisasi node dan diakhiri dengan inisialisai On-Off Application. D. Parameter Yang Digunakan Dalam penelitian ini ada beberapa parameter yang digunakan diantaranya adalah sebagai berikut : Throughput, jumlah rata-rata pengiriman pesan/data yang sukses melalui saluran komunikasi. Delay, rentan waktu yang dibutuhkan oleh sebuah data untuk melakukan perjalanan di seluruh jaringan dari satu node ke node yang lain. Gambar 4. Grafik throughput model non-fading-urban Packet-loss, jumlah paket data yang hilang/loss selama komunikasi berlangsun IV. Hasil dan Pembahasan A. Topologi Hasil Simulasi Gambar 3 merupakan gambar topologi dari komunikasi vehicle to roadside (V2R). Titik hijau merupakan roadside unit yang bersifat diam/fixed dan titik merah adalah vehicle yang bersifat bergerak/mobile. Garis biru menunjukkan adanya komunikasi antara kedua node tersebut. B. Grafik Throughput Hasil Pengujian Grafik throughput model propagasi non-fading-urban dapat dilihat pada gambar 4. Grafik throughput model propagasi non-fading-rural dapat dilihat pada gambar 5. Pada lingkungan urban, model 3logdistance dan tworay hanya memiliki jarak jangkauan meter sedangkan model friss dan logdistance memiliki jarak jangkau meter. Pada lingkungan rural model logdistance dan friss memiliki jarak jangkau meter sedangkan model 3logdistance dan tworay jarak jangkauannya meter Gambar 3. Topologi hasil Simulasi Gambar 5. Grafik throughput model non-fading-rural Nilai throughput model propagasi fading-urban ditunjukkan pada gambar 6. Pada gambar 6 terlihat bahwa semua model propagasi yang termasuk kedalam model fading-nakagami hanya memiliki jarak jangkauan sinyal meter, jarak berikutnya hingga 250 meter tidak ada throughput yang didapatkan. Untuk model logdistancejakes dan tworay-jakes jarak jangkauan sinyal hanya sejauh meter. Sedangkan untuk model friss-jakes dan 3logdsitance-jakes nilai throughput masih ada hingga jarak pengujian 250 meter. Nilai throughput untuk model propagasi fading-rural dapat dilihat pada gambar 7. Model 3loggdistance dan tworay baik fading-jakes dan fading-nakagami memiliki jarak jangkauan sinyal dengan rentang jarak meter. Sedangkan model friss dan logdistance baik fadingjakes dan fading-nakagami hanya memiliki jarak jangkauan sinyal pada rentang jarak meter. Terlihat bahwa ada perbedaan jarak jangkauan yang jauh antara model logdistance, friss dengan 3logdistance, tworay.

4 Gambar 6. Grafik throughput model fading-urban Gambar 8. Grafik packet-loss model non-fading-urban Gambar 7. Grafik throughput model fading-rural Gambar 9. Grafik packet-loss model non-fading-rural 4.3 Grafik Packet-loss Hasil Pengujian Gambar 8 menunjukkan persentase packet-loss untuk model propagasi non-fading-urban dan gambar 9 menunjukkan persentase packet-loss model non-fadingrural. nilai packet-loss ini berbanding lurus terhadap jarak pengujian, semakin jauh jarak pengujian maka persentase packet-loss akan mengalami kenaikan hingga mencapai nilai 100%. Persentase packet-loss model propagasi fading-urban ditunjukkan pada gambar 10. Terlihat bahwa persentase packet-loss model friss-jakes dan logdistance-jakes persentase packet-loss 20% - 30 % hal ini menandakan bahwa pada jarak pengujian 250 meter masih ada komunikasi yang berlangsung antara vehicle dan roadside. Untuk model lainnya pada jarak 150 meter persentase packet-loss sudah mencapai angka 100%. Nilai persentase packet-loss untuk model propagasi fadingrural dapat dilihat pada gambar 11. Terlihat bahwa model 3logdistance-jakes dan tworay-jakes memiliki pola yang hampir sama dengan 3logdistance-nakagami dan tworaynakagami. Pada rentang jarak meter persentase packetloss mencapai angka 100%. Model friss-jakes dan logdistance-jakes memiliki pola persentase packet-loss yang hampir sama dengan model friss-nakagami dan logdistancenakagami. Pergerakan nilai persentase mencapai nilai 100% pada rentang jarak 150 meter sampai dengan 190 meter.

5 Gambar 10. Grafik packet-loss model fading-urban Gambar 12. Grafik delay model non-fading-urban Gambar 11. Grafik packet-loss model fading-nakagami-urban Gambar 13. Grafik packet-loss model non-fading-rural 4.4 Grafik Delay Hasil Pengujian Nilai delay untuk model propagasi non-fading-urban dan non-fading-rural dapat dilihat pada gambar 12 dan gambar 13. Terlihat bahwa pada jarak tertentu garis pergerakan nilai delay terputus, hal ini disebabkan karena pada jarak tersebut tidak ada packet data yang berhasil dikirimkan dari node asal menuju node tujuan. Pada gambar 12 dan gambar 13 terlihat nilai delay model propagasi tworay berkisar antara 4ms sampai 5ms. Nilai delay model friss dan logdistance berkisar antara 8ms sampai 20ms untuk lingkungan rural dan urban. Terlihat bahwa nilai delay berbanding lurus terhadap jarak pengujian, semakin jauh jarak pengujian maka nilai delay akan terus mengalami kenaikan. Gambar 14 menunjukkan nilai delay untuk model fading-urban dan gambar 15 menunjukkan nilai delay untuk model propagasi fading-rural. terlihat pergerakan nilai delay pada jarak tertentu mengalami kenaikan dan pada jarak tertentu mengalami penurunan, penurunan nilai delay ini disebabkan oleh nilai max dari delay pada jarak 160 meter lebih tinggi dibandingkan nilai max delay pada jarak 170, untuk pengukuran nilai delay ini ada tiga model nilai yaitu max, avg dan min. Nilai delay yang diambil untuk penelitian ini adalah nilai avg yang merupakan nilai rata-rata dari total jumlah waktu dibagi dengan jumlah total packet yang dikirimkan.

6 kenaikan dan kadang mengalami penurunan pada jarakjarak tertentu. 4. Model 3logdistance-jakes-rural memiliki jarak jangkauan sinyal hingga 350 meter. 5. Dari hasil pengujian, model propagasi yang terbaik untuk lingkungan perkotaan (urban) adalah model propagasi logdistance-jakes. 6. Pada lingkuran rural model propagasi yang terbaik berdasarkan parameter throughput adalah model propagasi 3logdistance jakes. DAFTAR PUSTAKA Gambar 14. Grafik delay model fading-urban [1] Arbabi, H., Weigle, M.C., Highway mobility and vehicular ad-hoc networks in ns-3, in: Proceedings of the Winter Simulation Conference. Winter Simulation Conference, pp [2] Benin, J., Nowatkowski, M., Owen, H., Vehicular Network simulation propagation loss model parameter standardization in ns-3 and beyond, in: Southeastcon, 2012 Proceedings of IEEE. IEEE, pp [3] Biddlestone, S., Redmill, K., Miucic, R., Ozguner, Ü., An Integrated p WAVE DSRC and Vehicle Traffic Simulator With Experimentally Validated Urban (LOS and NLOS) Propagation Models. IEEE Trans. Intell. Transp. Syst. 13, doi: /tits [4] Giang, A.T., Busson, A., Lambert, A., Gruyer, D., An upper bound for capacity of VANET, in: Advanced Technologies for Communications (ATC), 2012 International Conference on. IEEE, pp [5] History of C++ - C++ Information [WWW Document], n.d. URL (accessed ). [6] ns-3 project, ns-3 Model Library, 3.19 ed. [7] Statistik, B.P., n.d. Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis tahun [WWW Document]. URL byek=17&notab=12 (accessed ). [8] Stoffers, M., Riley, G., Comparing the ns-3 Propagation Models. IEEE, pp doi: /mascots Gambar 15. Grafik packet-loss model fading-rural V. Kesimpulan Berdasarkan penelitian, pengujian dan analisa yang telah dilakukan maka hal-hal yang dapat disimpulkan adalah sebagai berikut : 1. Dari hasil pengujian, model propagasi fadingnakagami-urban hanya memiliki jarak jangkauan sinyal sejauh meter. 2. Pada jarak pengujian 250 meter model 3logdistancejakes-urban dan friss-jakes-urban masih memiliki nilai throughput dengan kisaran nilai 0.8 Mbps 1 Mbps. 3. Nilai delay pada model propagasi yang termasuk fading-jakes dan fading-nakagami kadang mengalami