Modul Simulasi Jaringan Berbasis Kamputer

MODUL PERKULIAHAN
Simulasi Jaringan
Berbasis
Komputer
Wireless Networking Use Case
Fakultas
Program Studi
TatapMuka
Pasca Sarjana
Magister Teknik
Elektro
11
Kode MK
DisusunOleh
Kode MK
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT
Abstract
Kompetensi
Penjabaran tentang wireless
networking use case
Mahasiswa dapat memahami tentang
wireless networking use case..
Wireless Networking Use Case
Introduction
Dalam bab ini dua kasus contoh penggunaannya disajikan tentang bagaimana studi simulasi
untuk skenario tertentu dilakukan dan yang pemodelan keputusan yang diambil sehubungan
dengan tujuan penelitian. Kedua bagian dibangun di atas bab-bab sebelumnya, tetapi fokus
pada pertanyaan tertentu untuk penyelidikan. Juga mereka menyoroti pilihan pemodelan
penting dan dampak kinerja masing-masing. Secara khusus, kita mempertimbangkan
berikutnya masalah koeksistensi untuk jaringan area lokal nirkabel serta masalah kinerja
jaringan area tubuh nirkabel.
Use Case – Coexistence
Koeksistensi merujuk pada beberapa sistem nirkabel yang beroperasi pada sumber daya
bersama. Sistem ini biasanya beroperasi pada kanal frekuensi yang sama. Gambar 13.1
menunjukkan contoh umum dari skenario koeksistensi. Berikut dua rumah tangga
membangun WLAN mengikuti standar IEEE 802.11. IEEE 802.11 standar dijelaskan secara
lebih rinci dalam Bagian 12.1. WLAN yang ditetapkan oleh Access Points (AP) menyediakan
akses Internet melalui router. Kedua mengikuti standar IEEE 802.11g beroperasi di
Industrial, Scientific, and Medical (ISM) band dan bentuk dua jaringan yang terpisah, karena
mereka memiliki berbeda Basic Service Set Identifier (BSSIDs). Namun, mereka bisa
beroperasi pada kanal frekuensi yang sama. Dalam hal ini, mereka menerima data dari
jaringan lain yang memungkinkan penginderaan operator virtual menggunakan Network
Alokasi Vector (NAV) seperti yang dijelaskan dalam Bagian 12.1.3. Mereka juga bisa
beroperasi pada berbeda, saluran tumpang tindih sebagian. Kemudian frame dari jaringan
lain tidak dapat diterjemahkan tetapi sistem menderita gangguan. Selain AP, beberapa node
lainnya dapat hadir dalam jaringan. Aplikasi yang paling umum adalah akses Internet untuk
PC dan notebook. aplikasi baru termasuk Voice over IP (VoIP), IP-TV, dan akses nirkabel ke
hard-disk menyediakan video dan musik yang saat ini muncul. Bisa jadi semua node berada
dalam jangkauan gangguan bersama dan tidak ada node tersembunyi yang hadir. Secara
umum tidak semua node saling mengganggu. Saat ini sangat mungkin untuk memiliki
beberapa sistem operasi di dekat karena semakin banyak rumah tangga menggunakan
WLAN.
Berikut ini kita fokus pada gangguan antar-sistem yang dipancarkan dari node dari satu
sistem ke node dari sistem lain. Untuk mempersempit topik kita mempertimbangkan jaringan
dengan node pusat dedicated membentuk topologi bintang (mis AP di IEEE 802.11). Oleh
2016
2
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
karena itu, kita tidak menganggap Mesh atau jaringan P2P. Kami terutama membahas
koeksistensi dari titik Data Link Layer (DLL) pandang, sehingga Transmission Control
Protocol (TCP) (lihat Bab 17) tidak dianggap. Lapisan antara aplikasi dan DLL tidak
menunda PDU tersebut. Untuk lebih mempersempit topik kita berasumsi bahwa jaringan
tidak dapat langsung berkomunikasi, tapi mereka bisa merasakan kekuatan yang
dipancarkan dari node sekitarnya.
Gambar 13.1 Skenario contoh dengan dua rumah tangga masing-masing menggunakan
WLAN untuk berbagai aplikasi (sumber: Wehrle, et al)
Mengukur Kinerja
Seperti disebutkan sebelumnya, aplikasi yang berbeda untuk komunikasi nirkabel ada.
Setiap aplikasi memiliki tuntutan yang spesifik. layanan real time, seperti VoIP misalnya,
memerlukan delay packet rendah. Fokus kami terletak pada dampak dari layer 2 untuk hidup
berdampingan, termasuk protokol MAC dan penjadwalan. Layer 2 tidak memiliki informasi
spesifik untuk aplikasi mana sebuah Data Satuan IP-Protocol (PDU) milik. Banyak standar
teknologi mendefinisikan QoS kelas untuk memetakan kebutuhan aplikasi dengan prioritas
yang berbeda dalam lapisan 2. Setiap standar mungkin memiliki satu set yang berbeda dari
kelas QoS dan nama mereka berbeda. Standar IEEE 802.16 misalnya mendefinisikan kelas
Unsolicited Grant Service (UGS), diperpanjang Real-time Polling Service (ertPS), Real-time
Polling Service (rtPS), Non-real-time Polling Service (nrtPS), dan Best Effort ( BE). Ketika
mengevaluasi kinerja sistem dengan kelas QoS, ukuran kinerja dari kelas yang sama harus
dibandingkan. Dalam skenario koeksistensi ukuran kinerja yang sama seperti dalam
skenario sistem tunggal dapat digunakan. Dalam kedua sistem dan koeksistensi skenario
tunggal, langkah-langkah ini dapat dievaluasi secara terpisah oleh arah (uplink dan
downlink), kelas QoS dan simpul. Selain itu, dalam skenario koeksistensi, mereka juga
dapat dievaluasi per sistem.
2016
3
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
Utilization (Utilisasi)
Utilisasi menggambarkan rasio antara maksimum yang mungkin data rate R dan aktual
throughput yang T. Hal ini juga dapat didefinisikan oleh:
𝑈=
𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑀𝑖𝑛
𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Dengan asumsi panjang PDU konstan dalam bit L, ttranspMin = L / Rmax adalah waktu yang
diperlukan untuk mengirimkan PDU di bagian tertinggi tingkat data yang didefinisikan oleh
MCSs tersedia. ttotal terakumulasi sepanjang waktu menunggu dari PDU dari titik itu siap
untuk ditransmisikan (kepala antrian) sampai ke titik ketika berhasil diterima. Ini termasuk
beberapa atau semua hal berikut:
-
Propagation delay tprop
-
Transmission time n . ttransp, dengan n percobaan jika ARQ digunakan
-
Channel idle time tidle disebabkan oleh backoff, turn-around times and inter frame
space
-
Time tcol the channel is occupied by unsuccessful transmissions (collisions)
-
Additional overhead time tctrl introduced by the MAC or PHY protocol including for
example beacons, RTS, CTS, ACK, pilot tones, preambles, Channel Quality Indicator
(CQI) feedback, and all other control channel transmissions
Rasio optimal 1 karena tercapai jika sistem terus mentransmisikan pada data rate maksimal.
Secara umum, beberapa komponen dari ttotal tidak konstan. Dalam hal ini pemanfaatan
berarti dapat diukur.
Utilisasi dapat diukur per sistem, terutama jika sistem memiliki tarif transmisi maksimal yang
berbeda. Atau, tingkat transmisi tertinggi dari semua sistem dapat digunakan sebagai
referensi.
Delay dan Jitter
Dengan asumsi komunikasi tunggal-hop dan tidak ada penundaan di lapisan atas lapisan 2,
delay adalah jumlah dari ttotal dijelaskan sebelumnya bersama-sama dengan delay antrian
di lapisan 2. Sistem menggunakan penjadwalan, seperti LTE atau IEEE 802.16, dapat
memperkenalkan penundaan tambahan yang disebabkan oleh offset dalam bingkai di mana
PDU dijadwalkan seperti yang dijelaskan dalam Bagian 10.1.2. jitter adalah standar deviasi
keterlambatan. nilai yang dapat diterima untuk indikator ini tergantung pada aplikasi. Karena
kita memetakan aplikasi dengan tuntutan yang berbeda untuk kelas QoS yang berbeda,
delay harus diukur dan dibandingkan per kelas. Tergantung pada posisi mereka, node dapat
mengalami gangguan yang berbeda dari sistem hidup bersama. Keterlambatan karena itu
harus diukur per node.
2016
4
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
Loss
kerugian PDU terjadi jika tidak ada ARQ digunakan, atau jika jumlah maksimum retries
tercapai dengan ARQ. Alasan lain yang mungkin untuk packet loss adalah penurunan
antrian ekor. Sejak kehilangan ditoleransi tergantung pada aplikasi itu harus diukur per kelas
QoS dan per node.
Throughput dan Spectral Efficiency
throughput menjelaskan berapa banyak bit yang berhasil diterima per satuan waktu. Sejak
QoS yang berbeda kelas memiliki tuntutan throughput yang berbeda, diukur per kelas QoS.
Jika distribusi throughput tidak menarik, nilai rata-rata yang dapat diturunkan sebagai rasio
semua menerima sedikit lebih total waktu simulasi, selama simulasi telah mencapai fase
stasioner nya. Dengan cara ini efek samping dari jendela averaging terlalu pendek ditekan.
Sekali lagi hasil harus dikumpulkan per node.
Efisiensi spektral adalah throughput dinormalisasi dengan bandwidth frekuensi dan daerah
dan oleh karena itu diukur dalam Bit / (s · Hz · m2). Karena semua sistem menggunakan
spektrum yang sama dan berada di daerah yang sama, efisiensi spektral harus diukur
sebagai indikator kinerja global dengan mempertimbangkan semua bit berhasil diterima di
semua sistem. Ini dapat dikumpulkan secara terpisah untuk uplink dan downlink.
Fairness
Index yang paling umum untuk mengukur fairness adalah Jain’s fairness index, ditunjukkan
pada persamaan berikut:
(∑ 𝑥𝑖 )2
𝑓=
𝑛 . ∑ 𝑥𝑖2
xi dapat setiap ukuran kinerja yang dikumpulkan, misalnya menunda. indeks i singkatan
salah satu n node dari semua sistem. Tidak masuk akal untuk membandingkan pengukuran
dari kelas QoS yang berbeda. Sebelumnya dikumpulkan ukuran kinerja, delay, jitter, dan
throughput dapat dievaluasi untuk keadilan mereka. Biasanya ada trade-off antara
memaksimalkan throughput dan memaksimalkan keadilan.
Setup Simulasi
Simulasi harus dibentuk dengan cara yang semua faktor yang mempengaruhi di atas ukuran
kinerja dianggap.
Deployment
Karena kita mengevaluasi hidup berdampingan, jumlah terkecil dari sistem adalah dua.
Seperti dijelaskan sebelumnya dalam contoh skenario, bisa ada sistem hidup bersama yang
lebih umum. Sejak posisi simpul memainkan peran penting, dalam jumlah yang memadai
node dengan jarak yang berbeda dengan sendiri dan sistem campur harus ditempatkan di
2016
5
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
daerah yang ditutupi oleh masing-masing sistem. Hal ini dimungkinkan untuk menggunakan
beberapa tetes dengan posisi simpul acak seperti yang dijelaskan dalam [16]. Dalam
jaringan selular ukuran sel membatasi cakupan area dari BS. Dengan asumsi tidak ada
gangguan, sistem dikerahkan akhir-single user akan kekuasaan terbatas, yang misalnya
memungkinkan IEEE 802.11 AP untuk menutupi daerah sampai dengan 300 m. Dalam
skenario koeksistensi gangguan merupakan faktor penting, sehingga asumsi sistem terbatas
daya tidak tahan. Salah satu skenario referensi yang mungkin adalah IMT-Advanced Indoor
hotspot skenario [16] disebutkan sebelumnya. skenario lain dapat didasarkan pada contoh
skenario kami dan termasuk dinding dan lantai yang berbeda.
Traffic
Model aplikasi yang cocok seperti dijelaskan pada Bab 18 harus ditemukan dan dipetakan
ke lapisan 2 QoS kelas. Contoh Skenario dijelaskan di atas sudah memberikan beberapa
aplikasi mungkin seperti IP-TV, video- dan streaming musik, dan VoIP. jenis lalu lintas
lainnya seperti browsing web dan download file menggunakan TCP dapat dimodelkan
sebagai lalu lintas penuh-buffer menggunakan kelas QoS dengan prioritas terendah.
Standard Technology
Dalam Bagian 13.1.1 kami memberikan gambaran band yang berbeda di mana tanpa izin
operasi dan karena koeksistensi adalah mungkin. Sistem yang beroperasi di band-band
seperti mungkin harus hidup berdampingan dengan sistem diperbolehkan lainnya. Ketika
mengevaluasi kinerja, semua sistem lain yang mungkin harus dipertimbangkan. Di sisi lain,
hal itu tidak selalu diperlukan untuk menyertakan standar yang paling banyak digunakan,
IEEE 802.11, dalam skenario. Alasannya adalah bahwa ada dapat band di masa depan
memungkinkan operasi tanpa izin tapi tidak memungkinkan pengoperasian warisan IEEE
802.11 sistem.
Beberapa metode umum ada untuk meningkatkan koeksistensi. metode-metode baik dapat
ditegakkan dengan standar teknologi, misalnya CSMACA wajib di IEEE 802.11, atau dapat
opsional diterapkan seperti TPC atau Seleksi Frekuensi Dinamis (DFS). Metode selanjutnya
mungkin akan diizinkan dalam bagian dari standar kiri ke pelaksana. Dalam sistem
dikendalikan secara terpusat dengan scheduler ini mencakup algoritma penjadwalan. GTS
tugas untuk IEEE 802.15.4 dijelaskan dalam Bagian 12.3 bisa misalnya diperpanjang untuk
memungkinkan beberapa sistem IEEE 802.15.4 untuk hidup berdampingan. Skenario umum
mungkin termasuk sistem diperpanjang oleh perbaikan koeksistensi tersebut bersama-sama
dengan sistem warisan.
Model
2016
6
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
Selain simulasi setup, model simulasi yang digunakan juga harus mencakup semua faktor
yang mempengaruhi hasil dikumpulkan.
Dari titik DLL kami pandang faktor kunci untuk evaluasi kinerja adalah apa yang terjadi pada
data PDU pengguna ketika mereka melalui protokol stack. oleh karena itu kita melacak
perjalanan dari PDU aplikasi dari sumber lalu lintas ke wastafel dan mengidentifikasi setiap
komponen yang mempengaruhi indikator kinerja yang kita pilih. Gambar 13.2 menunjukkan
model yang dibuat untuk kasus penggunaan kami. Karena kita tidak memilih standar
teknologi yang spesifik, beberapa komponen tetap generik.
Kita sekarang akan menjelaskan komponen, hubungan mereka dengan indikator kinerja dan
parameter masing-masing komponen. Kami juga melihat pada pertukaran informasi antara
komponen.
Gambar 2. Coexistence Simulator Model
Traffic Source
Sumber lalu lintas menghasilkan PDU aplikasi sesuai dengan model lalu lintas untuk aplikasi
dievaluasi. Setiap PDU aplikasi memiliki ukuran dalam bit. Informasi untuk memetakan
aplikasi untuk kelas DLL QoS tersedia.
UDP/IP
Sebagaimana dijelaskan dalam asumsi kita di awal bagian ini, kita tidak menganggap TCP
dan menganggap User Datagram Protocol (UDP) dan IP lapisan hanya menambah
overhead tambahan dan tidak menciptakan keterlambatan. Ukuran overhead 28 byte yang
ditambahkan ke ukuran PDU. Total panjang PDU harus realistis karena secara langsung
2016
7
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
berkaitan dengan waktu transmisi ttransp mempengaruhi pemanfaatan, delay, dan jitter.
Lapisan mungkin juga melakukan segmentasi. UDP PDU memiliki ukuran maksimum 65.535
byte. Ukuran IP PDU terbatas pada unit transmisi maksimum (MTU) dari lapisan digunakan
2 teknologi. Sebuah nilai khas adalah 1500 byte yang merupakan MTU untuk ethernet.
Queues (Antrian)
Seperti kita menggunakan QoS kelas, kita asumsikan ada satu antrian per kelas. Beberapa
sistem bahkan mungkin menerapkan antrian khusus per menerima simpul. Meluap antrian
penurunan ekor adalah alasan yang mungkin untuk kehilangan lalu lintas, yang ditunjukkan
oleh panah ke kanan pada Gambar 13.2. Antrian panjang maksimum memutuskan jika tiba
PDU yang diterima ke antrian. Ini harus, secara umum, memberikan ruang yang cukup
untuk antrian dari PDU menunggu untuk akses channel. skenario koeksistensi mungkin
memerlukan buffer yang lebih besar karena akses channel mungkin lebih tertunda sambil
menunggu sistem lain untuk menghentikan transmisi. Setidaknya antrian dengan prioritas
tertinggi tidak harus turun PDU apapun selama saluran tersebut tidak berlebihan.
Concatenation, Fragmentation, Protocol Overhead, Interleaving, dan Padding
Komponen ini tidak khusus terkait dengan hidup berdampingan skenario. Masih memiliki
dua pengaruh penting. Pertama, mengubah PDU untuk durasi yang sebenarnya
ditransmisikan pada saluran. Kedua hal itu mungkin terkait dengan model saluran kesalahan
sejak Packet Error Rate (PER) mungkin bergantung pada panjang PDU dan itu mungkin
bahwa beberapa fragmen harus diterima berhasil untuk mengambil PDU asli. Fragmentasi
dan interleaving dapat memiliki pengaruh yang besar terhadap penundaan. Kemungkinan
parameter biasanya dapat ditemukan dalam standar teknologi.
ARQ
Komponen ARQ bertanggung jawab untuk memancarkan kembali PDU tidak diterima
berhasil. Beberapa standar teknologi seperti LTE dan IEEE 802.16 menerapkan beberapa
ARQs. Dalam LTE Hybrid ARQ (HARQ) digunakan pada lapisan PHY dan ARQ tradisional
lain di bagian atas DLL. Penggunaan ARQ mungkin opsional tergantung pada kelas QoS,
misalnya beberapa aplikasi seperti VoIP mungkin mentolerir kerugian tertentu. delay
tambahan yang disebabkan oleh transmisi ulang ARQ mungkin memiliki dampak negatif
yang lebih kuat pada pengalaman pengguna dari kerugian. Jika ARQ digunakan, PDU
biasanya turun jika tidak menular berhasil sampai batas coba lagi ditentukan. Oleh karena
itu komponen ARQ juga dapat menjadi sumber kerugian. Bagian 10.2.2 memberikan
beberapa kemungkinan tentang bagaimana model ARQ.
2016
8
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
MAC / Scheduling
Dalam komponen ini, keputusan yang sebenarnya dibuat ketika untuk mengirimkan PDU.
Seperti dijelaskan lebih rinci dalam Bagian 10.1.5, parameter masukan yang mungkin dapat
menjadi jumlah dan ukuran PDU antri per kelas QoS dan penerima, informasi tentang link ke
penerima, probabilitas kesalahan transmisi, dan negara channel pada pemancar. Dalam
evaluasi ini komponen MAC / Scheduler memainkan peran paling penting. Keputusan di
semua node pada kapan dan berapa lama untuk mengirimkan bentuk negara saluran pada
semua penerima. Negara saluran ini diwakili oleh SINR saat pada penerima dan digunakan
oleh model saluran untuk memutuskan apakah PDU diterima berhasil. Kebanyakan
perbaikan protokol mungkin untuk hidup berdampingan akan dilaksanakan di komponen ini.
Oleh karena itu sangat penting bagaimana informasi, terutama yang diperoleh pada
penerima, dimodelkan. Eksplisit signaling dapat digunakan memberikan informasi negara
saluran dari penerima pada interval didefinisikan dengan kuantisasi ditentukan. Pendekatan
lain memungkinkan untuk memperoleh informasi dari lingkungan simulasi. Dalam hal ini
informasi yang tersedia tanpa penundaan dan tanpa kesalahan transmisi.
Receiver
penerima harus memperhitungkan semua transmisi simultan dan menghitung SINR dari
transmisi sebelum diteruskan ke komponen model saluran error. Beberapa persyaratan
untuk model saluran digunakan untuk menurunkan SINR yang dijelaskan di bawah dalam
Bagian 13.1.5.
Channel Error Model
Mempertimbangkan properti account seperti ukuran PDU, digunakan MCS, dan SINR model
error channel memutuskan apakah PDU diterima berhasil seperti yang dijelaskan dalam
Bagian 10.2.1. Jika tidak, itu dianggap sebagai hilang. Jika disediakan oleh protokol,
pemancar mungkin segera diberitahu tentang kerugian, misalnya oleh ACK Negatif (NACKs)
bila menggunakan HARQ. Model saluran mungkin mendasarkan keputusan tentang
keberhasilan transmisi di beberapa PDU dan karena itu tergantung pada informasi dari
gabungan, fragmentasi, overhead, interleaving, dan komponen padding untuk mengetahui
PDU milik bersama.
Traffic Sink
Traffic Sink mengevaluasi data yang diterima. Untuk beberapa kelas aplikasi penundaan
maksimum mungkin didefinisikan. PDU yang diterima yang tidak diterima dalam delay
maksimal kemudian juga dianggap sebagai hilang.
Dalam single-hop ini skenario komunikasi PDU selalu disampaikan untuk wastafel lalu lintas.
nomor urut karena itu dapat digunakan untuk mendeteksi kehilangan PDU. Selain itu
digunakan layer 2 QoS kelas, sumber, delay, waktu ukuran, dan kedatangan setiap PDU
2016
9
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
harus diselidiki. Dengan cara ini, semua indikator kinerja dijelaskan sebelumnya dapat
diperoleh.
2016
10
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id
DaftarPustaka
Wehrle, K., Gunes, M., Gross, J., et al. Modeling and Tools for Network Simulation.
Springer: Berlin 2010.
Guizani, M., et al. Network Modeling and Simulation. Willey: 2010.
Burbank, J., Kasch, W., Ward, J. Network Modeling and Simulation for The Practicing
Engineer. Willey 2010.
2016
11
Simulasi Jaringan Berbasis Komputer
Dr. Ida Nurhaida, ST., MT.
PusatBahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id