Studi Perbandingan antara Dynamic Routing dan

Studi Perbandingan antara Dynamic Routing dan Greedy Routing Pada
Pengiriman Data Jaringan Sensor Nirkabel
Dani Priambodo 2207 100 538
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Email: [email protected]
Abstrak
Dengan berkembangnya jaringan sensor (Sensor
Network) mempunyai potensi yang sangat besar dalam upaya
untuk mengumpulkan informasi dari lingkungan. Jaringan
sensor nirkabel bersifat ad-hoc, pengiriman data pada jaringan
sensor nirkabel dapat dilakukan dengan bermacam teknik
routing. Di saat ini berkembang berbagai macam teknik
routing, dimana setiap macam teknik routing memiliki
keuntungan dan kerugian masing – masing. Pemilihan teknik
routing yang tepat akan berdampak pada kualitas pengiriman
data dan unjuk kerja jaringan. Permasalahan yang timbul
adalah bagaimana menjaga komunikasi antara node sensor
supaya data dari informasi yang didapat dapat terjamin
akurasinya. Gangguan yang sering muncul dikarenakan oleh
kompleksitas jaringan dan lifetime daripada masing – masing
node. Dengan pemilihan rute yang tepat maka informasi akan
semakin cepat sampai kepada user untuk diolah, sehingga
mengurangi kemungkinan kesalahan informasi.Pada tugas
akhir ini akan disimulasikan perbandingan kinerja antara
Dynamic Source Routing dengan Greedy Routing pada
pengiriman data pada Wireless Sensor Network (WSN) dengan
menggunakan NS-2. Dengan model node pada jaringan yang
bervariasi jarak transmisinya, akan dianalisa kualitas
pengiriman data dari source node ke destination node.
Kualitas pengiriman data yang dianalisa dengan parameter
sebagai berikut delay, delivery rate, hop count, throughput .
I.
PENDAHULUAN
Secara umum jaring sensor nirkabel atau Wireless
Sensor Network (WSN) terdiri dari dua komponen, yaitu node
sensor dan sink. Node sensor merupakan komponen kesatuan
dari jejaring yang dapat menghasilkan informasi, biasanya
merupakan sebuah sensor atau juga dapat berupa sebuah
aktuator yang menghasilkan feedback pada keseluruhan
operasi. Secara umum sensor disebar dengan volume dan
kerapatan yang tinggi. Sink merupakan kesatuan proses
pengumpulan informasi dari node sensor sehingga dapat
dilakukan pengolahan informasi lebih lanjut. Sink dapat
berupa sebuah laptop/komputer dan sebuah PDA yang
digunakan untuk berinteraksi dengan jaring sensor. Bahkan
sink dapat berupa gateway ke jejaring yang lebih besar seperti
internet sehingga interaksi dapat dilakukan melalui jarak yang
sangat jauh dan tidak terkoneksi secara langsung dengan
jaring sensor.
WSN memiliki karakterisitik yang unik tetapi tidak
harus terbatas dengan adanya karakteristik tersebut.
Karakterisitik ini berupa keterbatasan daya dan keterbatasan
masa pakai baterai, pengumpulan data yang berlebihan, duty-
Gambar 1 klasifikasi protocol routing pada jaringan
Ad-hoc[1]
cycle yang rendah, dan sebagainya. Dengan adanya
karakteristik tersebut, perlu adanya metodologi yang mampu
melampaui karakteristik-karakteristik pada WSN serta tidak
membatasi pengiriman informasi, network, manajemen
operasional, kerahasiaan, integritas, dan proses di dalam
network.Teknologi
wireless
semakin
memudahkan
perkembangan kemampuan jaringan, internet, dan intranet
bagi para pekerja mobile, lokasi-lokasi terpencil dan berbagai
fasilitas temporer. Wireless networking semakin memperluas
jangkauan dan kemampuan jaringan komputer. Teknologiteknologi baru menjadikan wireless networking sebagai suatu
cara yang memungkinkan pelayanan akses berkecepatan
tinggi dan handal bagi jaringan komputer dan Internet.
Jaringan sensor nirkabel bersifat ad-hoc, pengiriman
data pada jaringan sensor nirkabel dapat dilakukan dengan
bermacam teknik routing. Di saat ini berkembang berbagai
macam teknik routing, dimana setiap macam teknik routing
memiliki keuntungan dan kerugian masing – masing.
Pemilihan teknik routing yang tepat akan berdampak pada
kualitas pengiriman data dan unjuk kerja jaringan. Klasifikasi
protocol pada jaringan Ad-hoc dpt dilihat pada gambar 1.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Protokol Dynamic Source Routing (DSR)
Dynamic routing protocol (DSR) adalah sebuah ondemand routing protocol,dimana semua informasi routing
dipertahankan (terus-menerus diperbarui) pada node
mobile.DSR memungkinkan jaringan harus benar-benar
mengatur diri sendiri dan mengkonfigurasi sendiri, tanpa
kebutuhan infrastruktur jaringan yang ada atau administrasi.
Protokol adalah terdiri dari dua mekanisme utama "Route
Discovery" dan "Route Pemeliharaan", yang bekerja sama
untuk memungkinkan node untuk menemukan dan
1 mempertahankan rute sewenang-wenang tujuan dalam
jaringan ad hoc.
Jalan yang optimal untuk komunikasi antara node
sumber dan target node ditentukan oleh proses Route
Discovery. Route Maintenance memastikan jalur komunikasi
tetap optimal dan loop-bebas sesuai dengan perubahan
jaringan kondisi, bahkan jika hal ini memerlukan mengubah
rute selama transmisi. Route Repply hanya akan dihasilkan
jika pesan telah mencapai tujuan yang diproyeksikan node
(rute catatan yang pertama terdapat dalam Route Request
akan dimasukkan ke dalam Route Reply).
2.
3.
Gambar 2 Request packet pada DSR[1]
untuk live (TTL) nilai yang menyatakan berapa
banyak hop pesan ini harus diteruskan. Nilai ini
diatur ke nilai standar pada transmisi pertama dan
meningkat di retransmisi. Retransmisi terjadi jika
tidak ada balasan yang diterima. Paket data yang
menunggu untuk ditransmisikan (yaitu paket yang
memprakarsai RREQ)
RREP - rute pesan balasan kembali ke node sumber
sebuah RREQ jika penerima baik, node
menggunakan alamat yang diminta, atau ia
memiliki rute yang valid ke alamat yang diminta.
Alasan pesan dapat kembali, adalah bahwa setiap
rute mengajukan RREQ kembali ke node sumber.
RERR - Node memantau status link hop berikutnya
pada rute aktif. Bila link kerusakan dalam rute aktif
terdeteksi, sebuah pesan RERR digunakan untuk
memberitahukan node lain dari hilangnya link.
Untuk memungkinkan mekanisme pelaporan ini,
masing-masing simpul-pendahulu menyimpan
daftar yang berisi alamat IP untuk masing-masing
node - node tetangganya yang kemungkinan akan
menggunakannya sebagai hop berikutnya ke tujuan
masing-masing.
Gambar 3 Jalur yang terbentuk oleh Route Reply[1]
Sebuah node tujuan, setelah menerima paket
RouteRequest pertama maka akan memberi balasan ke node
sumber melalui jalur-balik yang telah dilewati paket
RouteRequest. Tabel rute ini juga digunakan selama fase
konstruksi rute. Jika node perantara menerima RouteRequest
memiliki rute ke tujuan rute node dalam tabel rute, maka
balasan ke node sumber dengan mengirimkan RouteReply
dengan rute seluruh informasi dari node sumber ke node
tujuan.
B.
Protokol Greedy Routing
Pada protocol routing ini, Setiap node bisa tahu lokasi
sendiri pada sistem koordinat yang telah diberikan. pesan
Menyimpan lokasi simpul tujuan juga. Arus simpul
forwarding harus mendapatkan posisi dari satu hop tetangga
dan kemudian memilih hop berikutnya tetangga yang
lokasinya adalah yang terbaik terhadap lokasi node saat ini,
lokasi tujuan akhir, dan lokal metrik diterapkan. Jika node
saat ini yang terbaik, pesan akan diambil. Gereedy Routing
mendefinisikan tiga jenis pesan kontrol untuk rute
pemeliharaan :
1. RREQ - Sebuah pesan permintaan rute ditularkan
oleh sebuah simpul yang membutuhkan rute ke
sebuah simpul. Sebagai pengoptimalan Greedy
menggunakan teknik cincin yang meluas ketika
banjir pesan ini. Setiap RREQ membawa waktu
Gambar 4 Rute jalan bagi RREP jika node A ingin
menemukan rute menuju node J[1]
Menggambarkan sebuah pencarian rute Greedy. Node A
ingin mengirim paket ke node J. Node A mengirimkan sebuah
RREQ ke node tetangga, node tetangga yang menerima
RREQ akan langsung membalas RREP. Jika node tetanga
bukan node J, maka pengiriman RREQ akan diteruskan ke
node tetangga sampai pada node J.
C.
Network Simulator
Network Simulator (NS) merupakan suatu media
simulasi yang pada dasarnya bekerja pada system Unix /
Linux. Agar dapat menjalankan NS bisa menggunakan OS
Linux ataupun Windows. Akan tetapi agar dapat dijalankan
pada system Windows harus menggunakan Cygwin sebagai
linux environment-nya. Kelebihan NS adalah, pada NS
terdapat tool validasi. Tool validasi ini digunakan untuk
menguji validitas pemodelan yang ada pada NS. Secara
default semua pemodelan NS akan melewati proses validasi
ini. Jika kita ingin melakukan validasi pada pemodelan
protocol yang ada pada library NS, kita dapat mengetikkan
./validate pada console saat berada pada direktori NS.
Setelah pembuatan node, bagian ini ditutup dengan
proses penempatan node (kecuali HOST) pada lokasi masing-
2 masing (koordinat x, y kartesian). Koordinat x dan y disusun
secara random dengan script dari NS sehingga pada simulasi
WSN ini hanya tinggal memasukkan koordinat hasil random.
Berikut ini adalah listing potongan program pembuatan node
dan penempatannya pada koordinat kartesian.
set node_($i) [$ns node]
$node_($i) random-motion 0
}
$node_(8) set X_ 287.0
$node_(8) set Y_ 166.179822
$node_(8) set Z_ 0.0
$node_(8) label source
III.
DESAIN DAN SIMULASI DYNAMIC SOURCE
DAN GREEDY ROUTING PADA JARINGAN
SENSOR NIRKABEL
Dalam simulasi routing pada jaringan sensor
nirkabel dilakukan beberapa tahapan yaitu dimulai dengan
tahap persiapan yang membahas tentang segala sesuatu yang
perlu dipersiapkan mulai dari persiapan perangkat lunak
(software). Dilanjutkan dengan tahap perencanaan yang
membahas tentang perencanaan konsep, disain, dan
metodologi yang akan digunakan. Tahap berikutnya yaitu
tahap konfigurasi, yaitu dilakukan proses instalasi sistem
operasi dan pembuatan aplikasi node sensor.
Gambar 5 Metode Perencanaan Simulasi
3.2.1
Perencanaan Simulasi
Pada perancangan simulasi WSN pada NS,
urutan program atau simulasi yang dilakukan dapat
digambarkan pada flowchart seperti pada Gambar 6
berikut :
3.1
Perencanaan Software
Network Simulator (NS) merupakan suatu media
simulasi yang pada dasarnya bekerja pada system Unix /
Linux. Agar dapat menjalankan NS bisa menggunakan OS
Linux ataupun Windows. Akan tetapi agar dapat dijalankan
pada system Windows harus menggunakan Cygwin sebagai
linux environment-nya. Kelebihan NS adalah, pada NS
terdapat tool validasi. Tool validasi ini digunakan untuk
menguji validitas pemodelan yang ada pada NS. Secara
default semua pemodelan NS akan melewati proses validasi
ini. Jika kita ingin melakukan validasi pada pemodelan
protocol yang ada pada library NS, kita dapat mengetikkan
./validate pada console saat berada pada direktori NS.
3.2
Metodologi
Simulasi dibedakan menjadi 2 macam yakni sistem
yang menggunakan ad hoc routing dan sistem yang
menggunakan static routing. Metode Perencanaan Simulasi
dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 6 Flowchart Simulasi
3 3.2.1.1 Pengaturan Environtment dan Jenis Komunikasi
Simulasi terdiri atas 3 tahap (procedure) utama, yaitu
prosedur pengaturan environment dan komunikasi wireless,
prosedur konfigurasi dan pembuatan nodes, serta yang
terakhir prosedur pengaturan traffic pada jaringan. Prosedur
pengaturan environment dan komunikasi wireless digunakan
untuk mendifinisikan jenis komunikasi, protocol routing,
jenis propagasi, jumlah node, serta variabel umum lain
seperti jenis output file hasil dari simulasi. Pada Gambar 7
diperlihatkan urutan program dalm bentuk diagram alir.
3.2.1.2 Konfigurasi dan Pembuatan Nodes
Proses pengaturan / konfigurasi node pada simulasi
ini dapat digambarkan jelas melalui gambar 8
Gambar 8 Diagram alir Konfigurasi dan Pembuatan
Nodes
Gambar 7 Urutan Pengaturan Environment pada
Simulasi
Lingkungan (environment) yang digunakan pada
simulasi nanti merupakan lingkungan komunikasi wireless.
Pengaturan yang diperlukan tentu saja berkaitan dengan
komunikasi wireless antara lain protocol routing, tipe
propagasi, jenis hardware antenna, tipe MAC dan beberapa
pengaturan tambahan antara lain : luas area topologi, jumlah
node serta waktu simulasi.
Beberapa konfigurasi dasar (environment) beserta
penjelasan fungsinya dapat dilihat pada tabel 1 berikut :
Tabel 1 Inisialisasi Environtment pada simulasi Wireless
No. Konfigurasi
Fungsi
1.
Adhocrouting
Definisi tipe routing
2.
macType
Definisi tipe MAC
3.
ifqType
Definisi interface queue
4.
antType
Definisi tipe antena
5.
phyType
Definisi jangkauan transmisi
6.
Channel
Definisi wireless channel
7.
TopoInstance
Definisi topografi
8.
agentTrace
Definisi model pengiriman packet
IV.
Analisa
Pada simulasi WSN ini dilakukan 2 macam simulasi
yang memiliki tujuan berbeda, antara lain :
1.
Simulasi dengan keadaan node aktif semua.
2.
Simulasi dengan keadaan ada beberapa
node yang di non-aktifkan.
Beberapa parameter kualitas jaringan yang akan di
ukur pada simulasi ini adalah sebagai berikut :
1.
Packet loss
2.
Throughput
3.
Delay dalam routing
4.
Hop count
Tabel 2 Skenario Simulasi pada NS-2
Parameter
Value
Number of nodes
49
Simulation Time
10 menit
Environment Size
300 x 300
Transmission Range
30 m
Traffic Size
CBR ( Constant Bit Rate)
Packet Size
512 bytes
Simulator
Ns – 2.29
Antenna Type
Omnidirectional
4 4.1
Protokol Routing DSR
Berikut ini merupakan hasil simulasi WSN yang
dijalankan dengan menggunakan protokol routing DSR.
Skenario simulasi yang digunakan adalah sama dengan yang
telah dijelaskan terlebih dahulu diatas.
Hasil simulasi 2.a Simulasi dengan keadaan node aktif semua
Hasil simulasi 1.a Simulasi dengan keadaan node aktif semua
Gambar 11 Seluruh Node Menyala dan Node 0
mengirim data ke Node 48
Hasil simulasi 2.b Simulasi dengan ada beberapa node yang di
non - aktifkan
Gambar 9 Seluruh Node Menyala dan Node 0
mengirim data ke Node 48
Hasil simulasi 1.b Simulasi dengan ada beberapa node yang di
non - aktifkan
Gambar 12 Node 39 dan 17 mengalami kegagalan,
Node lain berfungsi normal dan Node 0 mengirim data
ke Node 48
4.3
Gambar 10 Node 39 dan 17 mengalami kegagalan,
Node lain berfungsi normal dan Node 0 mengirim
data ke Node 48
4.2
Protokol Routing Greedy
Berikut ini merupakan hasil simulasi WSN yang
dijalankan dengan menggunakan protokol routing DSR.
Skenario simulasi yang digunakan adalah sama dengan yang
telah dijelaskan terlebih dahulu diatas.
Pengukuran Kualitas Sistem
Kualitas sistem yang akan diukur adalah banyaknya
packet loss, end-to-end delay, dan besarnya throughput
sistem. Keseluruhan hasil simulasi pada NS-2 tercatat pada
file trace simulasi. File trace simulasi mencakup keseluruhan
proses simulasi. Mulai dari proses pemilihan jalur, hingga
proses pengiriman data dan banyaknya paket data yang gagal
terkirim. File trace berisi ribuan baris. Semakin lama durasi
simulasi, ukuran sebuah file trace dan jumlah baris akan
semakin banyak. Untuk melakukan pengukuran kualitas
sistem, digunakan bahasa pemrograman yang dinamakan
GAWK. Program GAWK digunakan untuk melakukan proses
pemilahan (parsing) pada file trace hasil simulasi NS-2.
5 Pada tabel 3 berisi tentang jumlah packet loss yang
terjadi pada masing-masing hasil simulasi sesuai gambar 9
hingga gambar 12.
Tabel 3. Jumlah Packet Loss yang Terjadi Pada
Simulasi
Hasil
Jumlah Packet
Jumlah Paket
Simulasi
Loss
yang Terkirim
1.a
600
5572
1.b
1364
19031
2.a
1462
19974
2.b
1368
18828
Tabel 4 berisi tentang besarnya end-to-end delay dari
setiap topologi hasil simulasi.
Tabel 4 Besarnya End-to-end Delay Pada Masingmasing Simulasi
Besarnya End-to-end Delay
Hasil Simulasi
(s)
1.a
0.05293339
1.b
0.03396162
2.a
0.01241141
2.b
0.01936426
Tabel 5 berisi tentang besarnya throughput yang
didapat dari masing-masing simulasi. Dengan
menggunakan rumus 2.1, maka besarnya throughput
untuk masing-masing hasil simulasi adalah :
Tabel 5 Nilai Throughput Pada Masing-masing Simulasi
Hasil Simulasi
Throughput (bps)
1.a
4754,583
1.b
1472,25
2.a
1542,67
2.b
1455
Tabel 6 berisi tentang jumlah hop yang didapat dari
masing – masing simulasi.
Tabel 6 Jumlah Hop Pada Masing-masing Simulasi
Hasil Simulasi
Hop
1.a
6
1.b
6
2.a
5
2.b
5
V.
Kesimpulan dan Saran
Dari hasil simulasi dan analisa yang dilakukan, ada
beberapa saran yang bisa diberikan guna memberikan
masukan untuk penelitian selanjutnya, antara lain:
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisis yang telah dilakukan, beberapa
hal yang dapat disimpulkan adalah:
1. Routing protocol DSR dan Greedy dapat
melewatkan paket informasi pada simulasi WSN
dengan baik, meski jumlah node yang digunakan
cukup banyak.
2. Sistem mampu melakukan self organizing ketika
salah satu node mengalami kegagalan sistem.
3. Jumlah hop akan mempengaruhi delay, delay akan
semakin bertambah bila jumlah hop yang
digunakan semakin bertambah.
4. Pada simulasi ini protokol Greedy menghsailkan
waktu yang lebih minimal daripada DSR,
dikarenakan pada DSR terlebih dahulu membangun
informasi jaringan pada masing – masin node
(entry tabel).
5.2 Saran
Berikut merupakan beberapa saran yang dapat
diberikan :
1. Untuk pengembangan kedepan, diharapkan pada
simulasi WSN ini dapat dilakukan pada skala yang
lebih besar dan adanya tambahan mobility node
(mobile node)
2. Untuk pengembangan kedepan, diharapkan
simulasi ini nantinya dapat di implementasikan
pada WSN.
6.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Vivek Kumar, “Simulation And Comparison Of AODV
And DSR Routing Protocols In Manets”, Computer
Science And Engineering Department Thapar
University, july 2009
[2] Hannes Frey and Kristen Pind, “Dynamic Source
Routing versus Greedy Routing in a Testbed Sensor
Network Deployment”, University of Paderborn.
[3] Teerawat Issariyakul, Ekram Hossain, “Introduction to
Network Simulator NS2”, Springer Science + Business
Media, New York, USA, 2009.
[4]
http://www.isi.edu/nsnam/ns/doc/ns_doc.pdf diakses
pada tanggal 22 Desember 2009.
[5] Sohraby, Kazem., Minoli, Daniel., Znati, Taieb., 2007.
Wireless Sensor Network: Technology, Protocol, and
Applications. Wiley-Interscience [6] Rappaport, T.S.,
“Wireless Communications Principles and Practice”,
Prentice Hall, hal 386, 2002
[7] http://www.wiley.com/go/wsn diakses pada tanggal 22
Desember 2009
RIWAYAT PENULIS
Bernama Dani Priambodo yang
dilahirkan di kota Surabaya, Jawa Timur
pada tanggal 9 Januari 1986, merupakan
anak kedua dari 2 bersaudara pasangan
bapak Muntoro dan Sih Lumintu. pada
tahun 2007, penulis diterima di jurusan
Teknik Elektro FTI-ITS Strata 1 malalui
program lintas jalur mengambil bidang
studi Telekomunikasi dan Multimedia
6 7