BAB III. SKEMA Simulasi

BAB III SKEMA Simulasi

3.1

NS2

Evaluasi kinerja TCP pada jaringan UMTS dapat dilakukan baik dengan melakukan uji lapangan atau dengan melakukan tes simulasi. Pengujian lapangan yang terdengar lebih otentik dibanding pengujian simulasi ini sangat mahal dan hampir non-iterasi latihan karena ketidaklayakan dari melakukan pengujian mendalam dengan pengaturan parameter yang berbeda. Untuk alasan ini kami memilih untuk melakukan evaluasi kinerja berbasis simulasi menggunakan NS-2. Alasan di balik pemilihan NS-2 dibandingkan dengan simulator jaringan lainnya seperti OMNeT + + [42] atau OPNET [43] adalah fleksibilitas NS-2 dan dukungan penelitian yang tersedia untuk pengujian berbagai varian TCP (terutama TCP FAST). Juga pengambangan E2E pada peningkatan UMTS diberikan oleh EURANE (dalam bagian berikutnya) tersedia untuk NS-2. Selain alasan-alasan ini, skrip simulasi NS-2 berbasis script modulasi mudah untuk ditulis dan dimodifikasi, selain itu mudah juga untuk mengurai trace file.

3.2

EURANE Model

EURANE (Enhanced UMTS Radio Access Network Extension untuk NS-2) merupakan salah satu hasil utama dari proyek SEACORN (Simulation of Enhanced UMTS Access and Core Networks), yang menyelidiki perangkat tambahan untuk UMTS pada UTRAN dan Core Network melalui simulasi. EURANE adalah perluasan 23

end-to-end yang menambahkan tiga simpul radio link ekstra untuk NS-2, Radio Network Controller (RNC), Base station (BS) dan User Equipment (UE). Seperti yang dijelaskan sebelumnya, node ini mendukung empat jenis kanal transportasi yang umumnya meliputi kanal FACH dan Rach, kanal khusus DCH, dan kecepatan tinggi kanal HS-DSCH. Dalam EURANE, DCH, Rach dan FACH, menggunakan model kesalahan standar yang disediakan oleh NS-2, tetapi untuk HS-DSCH, sebuah perhitungan awal untuk daya trace input pra-file dan Blok Error Rate (BLER) dengan menggunakan

kurva

kinerja

untuk

menghasilkan

model

kesalahan

kanal

berkecepatan tinggi. RNC Node, BS dan UE semua dijalankan dari kelas objek baru, yaitu kelas UMTS_Node. Berdasarkan konfigurasi yang berbeda, berbagai jenis pengklasifikasi dan objek link digunakan untuk menulis node yang berbeda. Parameter yang paling penting yang harus ditentukan pertama adalah tipe node, , keistimewaan lain dari jenis ini node dapat dikonfigurasi lebih lanjut. Setiap node UMTS ada yang tidak memiliki atau memiliki beberapa stack interface jaringan UMTS (NIF), yang terdiri dari benda-benda yang mewakili berbagai lapisan dalam tumpukan, komponen utama yang RLC, MAC dan objek layer fisik. Kanal yang terhubung ke objek physical layer di stack. NIFs juga penting untuk melacak paket karena metode umum dalam NS-2 tidak bisa melacak lalu lintas dalam link radio.

Umumnya stack NIF akan memiliki semua objek tersebut pada BS dimana hanya akan memiliki layer MAC dan secara fisik atau hanya berupa layer objek. Pada RNC, masing-masing stack NIF hanya akan terdiri dari satu objek layer RLC. Penambahan fungsi utama datang dalam dua bentuk RLC, yaitu Acknowledged Mode (AM) dan Unacknowledged Mode (UM), yang diimplementasikan pada RNC dan UE. Entitas RLC AM-hs dikembangkan untuk mendukung HSDSCH. Unacknowledged mode juga didukung untuk HS-DSCH oleh kelompok bagian dari AM-hs, yakni UM-hs. Setelah 24

itu, ada juga, arsitektur MAC baru (MAC-hs) untuk mendukung saluran kecepatan tinggi, HS-DSCH. Transmisi dari PDU MAC-hs untuk UES masing-masing dicapai melalui penggunaan paralel Stop-and-wait proses HARQ. Seperti disebutkan sebelumnya, algoritma HARQ menggunakan Chase-Combining, yang memanfaatkan transmisi ulang untuk mendapatkan kemungkinan yang lebih tinggi terhadap acknowledgment paket. EURANE menyediakan dua jenis algoritma scheduling di MAC-hs. Mereka adalah: Round Robin dan C Maksimum / I. Kami menggunakan kedua algoritma scheduling tersebut dalam simulasi kami. Untuk menentukan layer fisik, EURANE menggunakan objek kanal NS-2 standar untuk menghubungkan BS dan UE. Hal ini dikombinasikan dengan lampiran dari suatu error model. Transmission Error model yang diterapkan untuk HSDPA adalah preproses keluar dari NS-2 dan terdiri dari dua bagian: yang pertama adalah simulator layer fisik untuk menghasilkan kurva kinerja BLER dan yang kedua adalah input trace file dari daya penerimaan dan CQI dihasilkan dari MATLAB script. Hubungan antara BLER dan CQI dijelaskan pada bagian berikutnya.

3.3

Karakteristik kanal Wireless dan model propagasi yang dipergunakan dalam EURANE

Ekstensi Simulasi EURANE untuk UMTS menggunakan karakteristik saluran nirkabel berikut dan model propagasi yang dipergunakan dalam EURANE.

25

3.3.1

Bentuk Kanal

Kanal yang digunakan dalam EURANE terdiri dari tiga bagian: Multi-path fading, juga dikenal sebagai fast fading, dalam simulasi jaringan end-to-end sesuai dengan model saluran 3GPP: Indoor, pejalan kaki dan kendaraan. Pada endto-end simulasi, fading yang dihasilkan dari Kanal yang dipersiapkan, dinyatakan dalam dB (unit untuk daya). Fading Model disediakan untuk lapisan fisik dalam simulasi melalui serangkaian nilai-nilai fading (dalam dB), satu per TTI. Shadowing, yang juga dikenal sebagai slow fading, ini disebabkan oleh gerakan UES masuk dan keluar dari bayangan hambatan besar seperti bangunan. Hal Ini terjadi melalui proses dengan distribusi log normal dan jarak korelasi. Standar deviasi dan korelasi jarak tergantung pada lingkungan dan distribusi ini berarti 0dB. Atenuasi, juga dikenal pada path loss, yang digunakan untuk menguji pengaruh scheduling. Hal ini dinyatakan sebagai berikut: L(d) = Linit + 10 * n * log10(d) ………………… persamaan 3.1 Di sini d adalah jarak antara Node B dan UE dalam km, Linit adalah distance loss pada jarak 1 km dan n adalah decay index. Linit dan n tergantung pada lingkungan.

3.3.2 Model Propagasi

Model propagasi untuk layer fisik kanal jaringan nirkabel UMTS yang digunakan mempertimbangkan karakteristik sebagai berikut: Interference, dalam WCDMA adalah jumlah intra-sel dan interferensi antar-sel, mereka memiliki karakter seperti noise. Hal ini terutama disebabkan karena besarnya 26

penambahan source ke sinyal yang mendekati besarnya kekuatan sinyal. Intra-sel interference terjadi karena kombinasi dari sejumlah Code, Modulasi dan Rate Code, sehingga menghasilkan Transport Block Size (TBS). Sinyal UE memiliki nilai CQI tertinggi, pada saat TBS terbesar yang dapat diterima dengan Blok Error Rate (BLER) probabilitas 10%. Hubungan antara CQI dan SNR untuk BLER sebesar 10% didapat melalui pendekatan fungsi linear. 0 SNR ≤ -16

+ 16.62

-16 < SNR < 14 ……………………..persamaan 3.2 14 ≤ SNR

30

Probabilitas sebuah blok yang diterima dengan benar tergantung pada SNR, CQI blok dan pelaksanaan penerima. Receiver, memberikan bentuk untuk soft combining dari proses HARQ. Model ini menggunakan chase combining (seperti yang dijelaskan dalam bagian sebelumnya) untuk pengiriman ulang. Chase combining menggunakan soft combining pada tiga penerimaan awal. SNR yang dihasilkan adalah akar kuadrat dari jumlah kuadrat SNRs dari penerimaan individu.

dB

………………………

persamaan 3.3

Setelah satu atau dua transmisi, jika sinyal yang diterima benar maka penerima akan mengirimkan ACK dan dengan demikian transmisi dari sebuah blok baru dimulai. Jika setelah tiga transmisi sinyal tidak diterima dengan benar blok dianggap error oleh RLC.

Gambar 3.1 menunjukkan kurva SNR versus BLER dalam kanal AWGN. Hubungan antara SNR dan BLER untuk beberapa perpanjangan bergantung pada implementasi. 27

Gambar 3.1 Referensi kurva BLER versus SNR

Kurva ini diperlukan dalam rangka untuk memilih SNR minimum yang diperlukan untuk blok transportasi tertentu. Nilai ini dibandingkan dengan kondisi kanal yang sebenarnya dalam rangka untuk menentukan apakah blok transportasi memicu ACK atau NACK. Data yang terdapat dalam kurva AWGN digunakan dalam simulasi kami dalam bentuk tabel look-up, file MATLAB. Hal ini diimpor sebagai 1000 * 30 nilai SNR yang mengandung matriks yang sesuai dengan kelas BLER. Hal ini dipilih sedemikian agar rentang nilai SNR yang dihasilkan lebih kecil dari kesalahan yang dibuat dalam proses curve fitting dari nilai-nilai CQI.

3.3.3 Pengaturan Parameter Simulasi dan Kinerja metrik

Kami menggunakan dua set parameter yang berbeda dalam laporan ini. Set pertama terdiri dari parameter tetap yang sama untuk semua skenario simulasi yang digunakan dalam laporan ini. Sebagai contoh, kita telah memilih mode operasi layer RLC sebagai Acknowledge Mode (AM) seperti modus operasi standar dan melakukan lebih baik daripada Mode Transparan atau Un-acknowledge Mode (UM). Nilai lain yang dipilih

28

untuk simulasi ini adalah sesuai dengan spesifikasi 3G untuk HSDPA. Fixed parameter yang digunakan:

Tabel 3.1 Fixed Parameter Fixed parameters: RLC Mode

AM

RLC PDU size

40 bytes

RLC Poll Timeout

170 ms

HS-DSCH Max. Data Rate

1.2 mbps

HS-DSCH TTI

2 ms

MAC-hs No. of HARQ transmissions

3

Inter-cell Interference

30 dB

Intra-cell Interference

-70 dB

Transmission Power of BS

50 dBm

Transmission Power of UE

50 dBm

Block Error Rate (BLER)

0.1

Simulation duration

200 s

Parameter lainnya disebut parameter Variabel karena mereka tidak konstan untuk semua skenario. Nilai-nilai dari parameter ini hanya khusus untuk sebuah skenario tertentu. Setiap skenario di section pertama berikutnya membuat asumsi menjadi jelas untuk sejumlah aliran TCP varian yang sama atau berbeda, ukuran buffer RLC / MAChs, kanal error free wireless (menggunakan trace yang ideal) atau kanal error prone wireless (menggunakan pedestrian trace), dll

29

Tabel 3.2 Parameter Variabel Variable parameters: Number of FTP flows

5, 10, 20

TCP Variants

Reno, Newreno, Vegas, FAST

Maximum Segment Size (MSS)

500, 750, 1000, 1250, 1500 bytes

RLC and MAC-hs Buffer size

50, 150, 250, 350, 450, 550, 700 MAC- d PDUs

MAC-hs Scheduler

Round Robin, Max C/I

UE positions from Node B

300, 500, 700 m

Channel Quality Indicator (CQI)

0 to 22

User mobility 3 km

3 km/h Pedestrian

Kinerja Metrik: Kinerja metrik yang digunakan dalam simulasi ini sangat sederhana tapi cukup efisien untuk menggambarkan kinerja TCP varian yang berbeda, seperti dimana kita mencoba untuk lebih fokus pada skenario yang berbeda.

Average Throughput: Rata-rata dari end to end TCP throughput yang diukur pada masing-masing UES. Hal ini diukur dalam kbps untuk laporan ini.

Aggregate Throughput: Ini adalah jumlah throughput dari semua arus berbagi HSDSCH pada waktu yang sama. Hal ini diukur dalam kbps untuk laporan ini.

Average RTT: The rata-rata semua RTTs dengan menelusuri variabel rtt_ untuk masing-masing varian TCP. Hal ini diukur dalam ms untuk laporan ini.

Average Delay : Rata-rata end to end delay paket yang diukur pada masing-masing UES. Hal ini diukur dalam ms untuk laporan ini. 30

Intra-protokol fairness: Ukuran keadilan melalui Jain's Indek antara varian TCP yang sama.

Inter-protokol fairness: Ukuran keadilan melalui pembagian bandwidth antara varian TCP yang berbeda.

3.4

TCP Varian yang digunakan untuk simulasi

Varian TCP berikut dipertimbangkan berdasarkan popularitas mereka yang luas, perilaku stabil dan terbagi ke dalam dua kategori utama: berbasis Loss dan berbasis Delay.

3.4.1 Packet Loss based congestion control

Varian TCP seperti Reno dan Newreno menggunakan packet loss sebagai indikasi untuk kemacetan.

Reno: Fitur utama dari TCP Reno adalah start yang lambat, menghindari kemacetan, cepat retransmit dan pemulihan cepat. Menggunakan pemulihan sistem yang cepat secara signifikan meningkatkan kinerja dibandingkan dengan TCP Tahoe yang ketika sebuah paket tunggal yang hilang dari window terjadi, namun dapat berdampak negatif terhadap kinerja untuk mengirimkan beberapa paket dari satu data window, yang biasanya sering benar dalam kasus link nirkabel.

31

Newreno: TCP Newreno memiliki perilaku yang sama seperti TCP Reno, tapi ada sedikit perubahan kecil dengan algoritma TCP Reno di sisi pengirim. Perubahan sangat berkaitan dengan perilaku pengirim selama pemulihan sistem yang cepat ketika acknowledgement parsial diterima sehingga terjadi beberapa acknowledge, tapi tidak semua paket yang beredar di awal dapat mengikuti prosedur pemulihan sistem yang cepat. Dalam TCP Reno, acknowledgement parsial mengakibatkan TCP tidak dapat melakukan pemulihan sistem dengan cepat karena akan mengurangi ukuran window yang digunakan dan kembali ke ukuran congestion window (w ≤ b - 0,5b).

Dalam TCP Newreno, acknowledgement parsial tidak membuat TCP keluar pemulihan cepat, sebenarnya dengan menunggu sampai semua paket dalam ukuran window saat ini di ACK dan kemudian paket akan kembali ke congestion window. TCP Newreno dapat menunggu timeout pada saat beberapa losses per window atau dapat recover tanpa ada timeout saat re-transmission dengan cara mengirimkan satu loss paket per round trip time (RTT) sampai semua paket yang hilang dari window yang telah dipancarkan kembali.

3.4.2 Kontrol kongesti yang berbasis Delay

TCP varian seperti Vegas dan FAST menggunakan antrian delay bukan probabilitas loss sebagai sinyal kongesti.

Vegas: Ide dasar dari TCP Vegas adalah untuk memperkirakan tingkat kongesti sebelum hal itu terjadi, dan akibatnya menghindari pengiriman paket yang tidak perlu yang mungkin akan terjadi. Berdasarkan pengamatan pada RTT, dan ukuran window pengiriman, pengirim memperhitungkan kecepatan throughput pada setiap RTT. 32

Angka ini dibandingkan dengan tingkat yang diharapkan, yang dihitung berdasarkan pengamatan minimum RTT untuk sambungan. Jika RTT menjadi lebih besar, sources akan mengecilkan kongesti window tersebut, sehingga mengurangi kecepatan transmisinya. Efek sebaliknya terjadi jika RTT menjadi lebih pendek.

FAST: TCP FAST mencoba untuk mempertahankan dengan konstan sejumlah paket dalam antrian jaringan. Jumlah paket dalam antrian diperkirakan dengan mengukur perbedaan antara pengamatan RTT dan dasar RTT, yang didefinisikan sebagai round trip time ketika tidak ada antrian. Jika paket terlalu sedikit untuk antri, kecepatan pengiriman meningkat, dan apabila semakin banyak antrian, kecepatan akan menurun. Dalam hal ini, itu adalah keturunan langsung dari TCP Vegas. Perbedaan antara TCP Vegas dan TCP FAST terletak pada penyesuaian alur kecepatan yang pada saat jumlah paket yang disimpan terlalu kecil atau besar. TCP Vegas membuat penyesuaian ukuran tetap pada kecepatan, tergantung pada seberapa jauh kecepatan saat ini dari target kecepatan yang ditentukan. FAST TCP membuat langkah besar bila sistem berada jauh dari ekuilibrium dan langkah-langkah kecil apabila semakin dekat dengan ekuilibrium. Hal ini meningkatkan kecepatan konvergensi dan stabilitas.

3.5

Skenario Simulasi

Pada bagian ini kami akan menyajikan skenario yang kami susun untuk simulasi, dalam simulasi terdapat tiga skenario utama: 

Skenario pertama mengevaluasi dampak dari scheduler layer MAC-hs pada jaringan UMTS

33



Skenario kedua mengevaluasi dampak dari RLC / ukuran buffer MAC-hs dan ukuran segmen TCP pada semua varian TCP



Skenario ketiga mengevaluasi protokol-intra dan keterbukaan antar-protokol dari semua varian TCP dalam jaringan UMTS.

Semua skenario akan mempertimbangkan dampak dari transmisi downlink dan menggunakan trace input yang telah diperhitungkan sebelumnya melalui file MATLAB sehingga menghasilkan kondisi-kondisi error free (Ideal) pada jaringan nirkabel dalam kondisi fading (Pedestrian) sehingga sesuai dengan kebutuhan skenario. N1

N2

GGSN Node

SGSN Node

RNC Node

N20 BS

UE1

UE20 UE2

Gambar 3.2 Topologi Dasar Simulasi

Dengan topologi dasar pada gambar 3.2 maka kami dapat memberikan gambaran mengenai input trace dan aliran data dari UE ke CN. File trace input terdiri dari sebuah nilai power (dB) dengan berbagai variasi Channel Quality Indicator (CQI). Nilai power pada script dihitung menggunakan teknik 34

Maksimum Ratio Combining (MRC). Semua nilai trace input terutama nilai-nilai CQI berfungsi sebagai kunci untuk melakukan pemetaan di look up table yang terdiri dari matrix Signal to Noise Ratio (SNR) dan Blok Error Rate (BLER) atau disebut juga SNRBLER.

Kecepatan data maksimum yang didukung oleh kanal HS-DSCH bergantung pada teknik pengkanalan kode dan modulasi yang diimplementasikan pada layer Fisik base station. EURANE mengimplementasikan kode pengkanalan 5 bit dan teknik modulasi Quadrature Phase-Shift keying (QPSK) yang dapat mendukung laju data maksimum 1,2 mbps. Mereka berada dalam aliran tunggal dan skenario beberapa aliran. Topologi simulasi dasar (seperti pada gambar 4.1) akan dipertimbangkan untuk semua skenario dengan jumlah node node pengirim dan penerima uang berubahubah sesuai kebutuhan skenario. Link bandwidth antara node-SGSN GGSN, SGSNRNC dan RNC-BS adalah 622Mbit dengan delay link masing-masing 35 ms, 0,4 ms dan 15 ms. Bandwidth Link antara node pengirim dan node GGSN adalah 10Mbit. Setiap skenario berisi rincian spesifik seperti jumlah aliran TCP, jenis scheduler pada BS, RLC / ukuran buffer MAC-hs, jenis trace input, dll

3.5.1 Dampak scheduler layer MAChs pada TCP

Komponen utama dari arsitektur HSDPA, MAC-hs, terletak di Node B. Karena HSDSCH adalah kanal share, maka suatu algoritma scheduler memainkan peran penting dalam mengalokasikan kanal transportasi ke UES lainnya yang berhubungan dengan Node B. Pada setiap TTI MAC-hs melakukan pemeriksaan status aliran / buffer prioritas dan nilai Channel Kualitas (CQI) pada masing-masing UE, dan tergantung pada algoritma scheduler, menentukan paket yang akan digunakan untuk 35

membangun sebuah PDU MAC-hs untuk transmisi. Dalam skenario ini, kami memilih dua strategi scheduler yang paling umum yang digunakan pada Node B. Mereka adalah:

-

Round Robin (RR) scheduling, dimana sumber daya dialokasikan secara berurutan dan knowledge dari kondisi saluran radio tidak dimanfaatkan.

-

Maximum C / I scheduling mengacu pada strategi scheduling yang mengalokasikan sumber daya ke link dengan kanal yang memeiliki kondisi

terbaik.

Untuk

mengevaluasi

kinerja

scheduler,

kami

mempertimbangkan dua kasus:

3.5.1.1

Input Trace berbasis rawan error

Skenario pertama terdiri dari beberapa skenario aliran TCP dengan menggunakan lima aliran TCP Reno. Kami mencoba untuk memberikan input trace yang berbeda untuk semua aliran untuk mensimulasikan dampak nilai CQI yang berbeda pada algoritma penjadwalan yang telah ditentukan. Semua arus menggunakan trace input untuk jarak yang berbeda (300, 500.700 meter) dari stasiun base dengan mobilitas pejalan kaki dengan kecepatan 3-5 km / jam dan terus-menerus bervariasi pada nilai CQI 0 – 22.

3.5.1.2

Input Trace berbasis kondisi Ideal

Skenario kedua juga terdiri dari beberapa skenario aliran TCP dengan menggunakan lima aliran TCP Reno. Skenario ini merupakan skenario hipotesis dimana kami 36

mencoba

untuk

memberikan

input

trace

ideal

pada

semua

aliran

untuk

mensimulasikan dampak nilai CQI yang sama pada algoritma penjadwalan yang telah ditentukan. Trace input yang ideal memberikan nilai CQI terbaik yaitu 22. Durasi untuk simulasi adalah 200 detik.

3.5.2 Dampak ukuran RLC / buffer MAChs dan ukuran TCP MSS pada varian TCP dalam jaringan UMTS

RLC dan buffer MAC-hs memiliki peran yang sangat signifikan dalam kinerja TCP pada jaringan UMTS dengan HSPDA. Seperti disebutkan pada bagian sebelumnya, buffer RLC dan buffer MAC-hs terletak di RNC dan node masing-masing BS. MAC-hs adalah aliran / prioritas buffer dan menyimpan MAC-d PDU yang dikirim dari node RNC dalam antrian prioritas.

3.5.2.1

Pertimbangan ukuran RLC / buffer MAChs

Di sini kita telah mempertimbangkan ukuran yang sama untuk RLC dan buffer MAChs karena dua alasan utama: 

Jika buffer RLC terlalu besar dari buffer MAC-hs maka ada kemungkinan buffer MAC-hs meluap dan



Jika buffer RLC terlalu kecil dari buffer MAC-hs maka ruang memori yang dialokasikan

untuk

buffer

MAC-hs

mungkin

tidak

bisa

dimanfaatkan

sepenuhnya, putaran waktu perjalanan RLC akan meningkat dan paket loss pada saat handover juga dapat meningkat. Jadi idealnya buffer MAC-hs bisa sedikit lebih kecil dari RLC tetapi tidak dapat lebih besar dari itu.

37

Kami merujuk kedua buffer sebagai RLC / Mac-hs buffer dan meningkatkan ukuran secara paralel dalam skenario ini. Secara bersamaan kami juga mencoba melihat pengaruh berbagai Maximum Segment Sizes (MSS atau ukuran paket TCP) pada end to end

throughput pada varian yang ditentukan. Skenario ini sangat penting dan

menarik karena kita mencoba untuk mengoptimalkan ukuran dua parameter internal yang paling umum untuk kinerja TCP pada jaringan UMTS. Topologi yang digunakan untuk mensimulasikan skenario ini sangat mirip dengan yang digunakan dalam skenario sebelumnya hanya dengan modifikasi untuk aliran nomor. Di sini kita mencoba untuk menganalisis dampak MSS dan RLC / ukuran buffer MAC-hs secara aliran tunggal. Input trace yang digunakan dalam skenario ini adalah error free (trace yang ideal). Kisaran ukuran buffer yang kita gunakan dalam simulasi ini bervariasi 0-700 PDU dengan ukuran langkah 50. Rentang untuk MSS diambil dari 500 byte sampai 1500 dengan ukuran step 250 byte.

3.5.2.2

Ketentuan RTT

RTT untuk end to end koneksi TCP dapat dibagi menjadi RTTTCP = RTTwired + RTTUTRAN, dimana RTT wired adalah RTT dari sambungan di bagian kabel dan RTTUTRAN adalah RTT dialami oleh sambungan dalam bagian UTRAN. The RLC / ukuran buffer MAC-hs memiliki dampak signifikan pada RTTUTRAN. Pada saat RTTUTRAN meningkat, RTTTCP secara keseluruhan juga meningkat. Ketika sebuah segmen TCP diterima pada lapisan RLC, segment tersebut akan dipecah menjadi beberapa (n) RLC PDU. Buffer di RLC dan lapisan MAC-hs bekerja dengan bandwidth yang didukung oleh saluran transportasi pada base station (Node B). Karena bandwidth saluran transportasi pada base station terbatas pada 1.2Mbits, maka ukuran buffer RLC / MAC-hs menjadi tinggi dan menghasilkan ketidaksesuaian 38

sehingga menciptakan hambatan pada base station. Karena ini ketidaksesuaian tersebut maka terjadi delay yang tinggi di bagian UTRAN yang menghasilkan RTTUTRAN tinggi. Kelemahan lain dari buffer RLC/ MAC-hs yang terlalu tinggi terjadi pada pengolahan PDU yang menghasilkan segmen TCP yang terlalu banyak pada lapisan RLC yang ada di node RNC sehingga perlu dibagi menjadi N PDU. Penundaan ini menambah delay antrian yang mengakibatkan RTTUTRAN menjadi lebih lama. Dari 4.1 Simulasi Dampak Ukuran RLC / buffer MAChs dan Ukuran TCP MSS akan digambarkan bahwa rata-rata end to end delay pada varian TCP meningkat dengan cepat setelah 250 PDUs (kecuali untuk TCP Vegas). TCP Reno dan Newreno adalah algoritma yang menghindari congestion yang berbasis losses yang mengacu pada paradigma Additive Increase Multiplicative Decrease (AIMD). Pseudo Code untuk penyesuaian windows sebagai berikut: ACK : W  W + 1/W LOSS: W  W + ½ W ……………………………………………… persamaan 3.4 TCP Reno dan Newreno mengelola pengiriman window mereka berdasarkan packet loss, yang ditandai dengan duplikasi ACK atau timeout RTO. Untuk protokol-protokol ini ada sebuah peningkatan secara linear pada end to end delay ketika RLC buffer layer meningkat. Dengan peningkatan bertahap dalam RTT tertentu RTO terus tumbuh semakin besar. Alasan utama adalah cara timeout RTO dihitung: SRTT = α * SRTT + (1-α)*RTT RTTVar = β*|SRTT–RTT| + (1-β)*RTTVar RTO = SRTT + 4*RTTVar ………………………………………….. persamaan 3.5 SRTT yang digunakan adalah RTT yang diperhalus dan berdasarkan pada pengamatan RTT. RTTVar adalah variasi di RTT. Pada saat RTO terus meningkat menjadi lebih tinggi, protokol dipaksa untuk tetap menghindari terjadinya congestion 39

untuk durasi yang lebih lama sehingga mengakibatkan pengiriman windows secara linear lambat laun menjadi lebih lambat. Hal ini menjadi sebuah penantian yang panjang dalam sebuah pemanfaatan yang rendah terhadap efektifitas bandwidth jaringan karena troughput yang dihasilkan sangat kecil. Ketika ukuran buffer terlalu kecil, kecepatan packet data akan turun tanpa memberitahukan pengirim. Pada protokol yang berbasis loss hal ini berarti bahwa diperlukan waktu untuk menunggu sampai terjadi timeout RTO atau 3 duplikasi ACK dari receiver untuk menunjukkan besarnya paket loss yang terjadi. Akibatnya, buffer yang kecil lebih sering mendukung protocol berbasis loss pada saat menghindari congestion atau fase slowstart dan karenanya membuat bentuk Additive Increase Multiplicative Decrease (AIMD) menjadi kasar dan akhirnya menghasilkan throughputs yang lebih sedikit. Di sisi lain TCP Vegas berbasis delay melakukan perhitungan pengiriman window berdasarkan pengamatan RTT. Kode pseudo untuk penyesuaian window adalah sebagai berikut Expected = W/BaseRTT, Actual = W/ObservedRTT Diff = (Expected - Actual)* BaseRTT …………………………..… persamaan 3.6 Jika perbedaan Diff <α, dari W  W + 1 atau Diff> β, dari W  W - 1 dan Diff dalam kisaran (α, β) kongesti dikatakan dalam kondisi yang ekuilibrium atau setimbang dan tetap tidak akan berubah. Ekuilibrium adalah ketentuan dimana protokol telah mencapai tingkat pengiriman data terbaik dengan kemungkinan delay yang minimum. TCP FAST seperti TCP Vegas, menggunakan ketentuan RTT untuk melakukan perhitungan window. Pada saat RTT meningkat, FAST TCP menganggap itu sebagai tanda bahwa jaringan akan kongesti dan menurunkan laju pengiriman. TCP Fast

40

awalnya dirancang untuk jaringan dengan bandwidth tinggi (long fat network). Kode pseudo untuk penyesuaian window adalah sebagai berikut W  (W*BaseRTT)/ObservedRTT+α ……………….…… persamaan 3.7 TCP FAST memiliki mekanisme untuk dapat bersatu dengan cepat (melalui α), hal ini membantu dalam mencapai tahap pemanfaatan bandwidth maksimum secepat mungkin. Selain itu TCP FAST juga menerapkan komponen estimasi yang menghitung dua buah feedback untuk setiap paket data yang dikirim: 1) sebuah multibit untuk antrian delay dan 2) satu bit untuk indikasi loss. Meskipun TCP Vegas dan TCP FAST berada dalam kategori yang sama dengan protokol berbasis delay, tapi reaksi mereka terhadap RLC tinggi dan rendah / buffer MAC-hs berbeda. Seperti yang terlihat dari gambar 4,2 TCP Vegas relatif lebih baik dibandingkan dengan kinerja TCP FAST ketika RLC / MAC-hs memiliki ukuran buffer rendah. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa usaha TCP FAST untuk menyimpan setidaknya (W + α) paket dalam jaringan. RLC terlalu rendah / ukuran buffer MAC-hs tidak dapat mendukung paket ekstra α sebagai akibatnya mereka yang jatuh. Di sisi lain, TCP Vegas tidak menggunakan paket extra α dalam jaringan seperti halnya TCP FAST. Kecepatan pengirim data sepenuhnya bergantung pada pada RTT. Hal terssebut juda dapat mengurangi kecepatan pengiriman data pada saat dirasa ada kemungkinan terjadi luapan di RLC / buffer MAC-hs karena akan berakibat munculnya paket lossi. Dari Simulasi Dampak Ukuran RLC / buffer MAChs dan Ukuran TCP MSS pada Bab IV kita akan melihat bahwa TCP FAST mulai meningkat secara dramatis setelah RLC / ukuran buffer MAC-hs mencapai nilai optimum 300 PDU, karena dapat mendukung paket (W + α). Satu hal penting yang harus diperhatikan adalah perilaku protokol berbasis delay ketika memiliki ukuran penyangga RLC /-hs MAC yang terlalu besar. Kedua protokol 41

berbasis delay tersebut akan memiliki delay dan keterlambatan pengiriman data yang stabil. Alasan di balik perilaku ini adalah kecenderungan dari kedua protokol untuk mencapai dan mempertahankan keadaan ekuilibrium (sebagai puncak kecepatan data yang dicapai dalam keadaan setimbang). Setelah mencapai keadaan setimbang, peningkatan RLC / ukuran buffer MAC-hs maka TCP FAST dan TCP Vegas dapat mengatasi dampak yang diakibatkan oleh delay, selama mereka dapat memelihara kecepatan pengiriman data tetap stabil dan delay berada dalam keadaan setimbang. Di sisi lain protokol berdasarkan loss tidak membatasi kecepatan pengiriman data ketika ukuran RLC / buffer MAC-hs meningkat lebih tinggi. Sebagai hasilnya kecepatan pengiriman data menjadi meningkat bahkan setelah puncak data rate yang didukung oleh saluran transportasi tercapai. Inilah sebabnya mengapa throughput mereka menurun setelah ukuran buffer 600PDUs.

3.5.3 Penggabungan beberapa aliranTCP dalam jaringan UMTS.

HSDPA adalah sebuah arsitektur kecepatan tinggi yang mendukung pembagian kanal (sharing) berkecepatan tinggi untuk beberapa user. MAC-hs dari Node B (base station) dapat mendukung saat ini 20 user pada suatu waktu. Kita telah melihat dalam skenario A simulasi 5 arus TCP Reno dengan strategi penjadwalan yang berbeda. Motivasi dari skenario ini adalah untuk mengamati kinerja jaringan UMTS ketika beberapa aliran digunakan. Kami juga ingin menganalisis pengaruh penggabungan aliran pada saat semua varian TCP melewati suatu link bottleneck di sisi kabel. Skenario ini juga membantu dalam mempelajari agresivitas, keadilan interprotocol dan keadilan intra-protokol dari masing-masing varian TCP ketika mereka bersaing untuk mendapatkan bandwidth pada link yang bottleneck.

42

3.5.3.1

Ketentuan Skenario

Dalam skenario ini kami telah mempertimbangkan semua 4 varian TCP secara paralel. Awalnya kita mulai dengan skenario 5 buah arus yang selanjutnya secara bertahap ditingkatkan menjadi 20 aliran. Selama simulasi, semua varian 4 TCP termasuk 16 TCP reguler lainnya (Tahoe) akan dialirkan melewati link bottleneck seperti yang ditunjukkan dari Hasil Simulasi Penggabungan beberapa aliranTCP dalam jaringan UMTS Link bandwidth dari link bottleneck adalah 1.2MB. Algoritma penjadwalan untuk skenario ini adalah Round Robin dan RLC / ukuran buffer MAC-hs adalah 500 PDU. Kami telah menentukan ideal trace (error free) untuk semua aliran dalam simulasi.

3.5.3.2

Aggresifitas TCP

Secara umum protokol berbasis delay (TCP Vegas saja) kurang agresif dibandingkan protokol berdasarkan losses. Alasan nya karena ketika aliran berbasis delay berbagi 43

pada link yang bottleneck, aliran tersebut akan mencoba untuk mempertahankan sejumlah kecil paket dalam antrian kemacetan. Aliran berbasis delay menghentikan peningkatan laju pengirimannya sendiri ketika penundaan mencapai beberapa nilai. Karena itu aliran berbasis losses kerugian berdasarkan arus tidak akan bereaksi terhadap peningkatan delay dan terus meningkatkan tingkat kecepatan pengiriman data. Hal ini diamati dengan menggunakan aliran berbasis delay sebagai indikasi kemacetan dan akan mengakibatkan penurunan lebih lanjut tingkat pengiriman data.. Dengan cara ini, aliran berbasis delay memperoleh bandwidth jauh lebih sedikit dibandingkan counterpart berbasis losses. Kami mencoba untuk mengukur tingkat kewajaran intra-protokol dari masing-masing varian menggunakan Indeks Jain's. Persamaan indeks Jain adalah sebagai berikut: ……………… persamaan 3.8 Dengan asumsi bahwa sistem mengalokasikan bandwidth untuk n pengguna, di mana pengguna pertama mendapat alokasi xi. Kewajaran nilai Indeks terletak di antara 0 dan 1. Nilai mendekati 0 menunjukkan kurang dekatnya hubungan terhadap aliran lain dan nilai mendekati 1 menunjukkan dekatnya hubungan dengan arah arus lainnya. Kami menganggap kewajaran intra-protokol pada varian TCP yang telah ditentukan dalam jaringan UMTS untuk 2 aliran dan 4 aliran. Kewajaran intra-protokol untuk TCP Reno dan TCP Newreno adalah untuk 2 aliran masing-masing adalah 0,96 dan 0,96 dan untuk 4 aliran masing-masing adalah 0,88 dan 0,89. Di sisi lain kewajaran intraprotokol TCP FAST dan TCP Vegas untuk dua aliran masing-masing adalah 0,99 dan 0,99 dan untuk 4 aliran masing-masing adalah 0,98 dan 0,96.

44