BAB IV PENGUJIAN Pengujian algoritma dilakukan pada algoritma penjadwalan Weighted Round Robin yang telah diimplementasikan pada modul 802.16 pada NS2. Untuk melakukan pengujian, ditetapkan 10 skenario simulasi yang menggambarkan keadaan tertentu pada jaringan. Dari 10 skenario ini akan dihitung nilai tiap-tiap metrik. Penjelasan mengenai lingkungan pengujian, berupa sistem operasi, software, dan hardware dibahas pada subbab 4.1. Untuk menganalisis hasil pengujian, digunakan suatu tool pengujuan yaitu Trace graph. Penjelasan mengenai Trace graph dipaparkan pada subbab 4.2
Pada saat dilakukan simulasi, terdapat parameter-parameter yang tidak berubah (fixed variable). Penjelasan mengenai fixed variable ini dipaparkan pada subbab 4.3. Tiaptiap skenario simulasi diimplementasikan dalam file deskripsi simulasi dan kemudian dijalankan pada simulator. Hasil simulasi dianalisis dengan menggunakan Trace graph untuk memperoleh nilai dari tiap metrik. Nilai-nilai metrik untuk tiap skenario simulasi dihitung pada subbab 4.4. Setelah nilai-nilai metrik diperoleh, selanjutnya dilakukan analisis terhadap nilai-nilai tersebut. Analisis dilakukan dengan membandingkan nilai metrik yang didapat dan kriteria algoritma penjadwalan yang ideal. Penjelasan mengenai analisis dan kesimpulan yang didapat dari hasil pengujian dipaparkan pada subbab 4.5
4.1 Lingkungan Pengujian Simulasi tiap-tiap skenario pengujian dilakukan pada lingkungan sebagai berikut : 1. Sistem operasi : Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2 2. Software : a. Cygwin NT 5.1 b. NS2 2.29 dan modul 802.16 version2.03 c. Matlab 7 d. Tracegraph 2.05
IV-1
IV-2 3. Hardware a. Processor : AMD Athlon XP 3000+ b. Memory : 512 MB c. Harddisk : 80 GB
4.2 Tool Pengujian Setelah skenario simulasi dijalankan pada simulator NS2, didapat trace file yang merupakan log kejadian sepanjang simulasi. Trace file ini kemudian diproses menggunakan suatu tool yaitu Trace graph. Trace graph adalah freeware yang berfungsi sebagai analyzer trace file hasil output dari simulator NS2. Trace graph dibuat oleh Jaroslaw Malek dari Wroclaw University of Technology, Poland pada tahun 2001 dan masih dikembangkan hingga saat ini.
Trace graph menerima input berupa trace file dan dapat menganalisis semua format trace file dari NS2. Trace graph dapat berjalan di atas sistem operasi Windows, Linux, dan MAC. Untuk dapat menjalankan Trace graph, diperlukan program Matlab versi 6.1 keatas. Hasil analisis Trace graph dapat berupa data (teks) maupun grafik (2D dan 3D). Informasi yang dapat diberikan Trace graph antara lain informasi throughput, delay, jitter, dan Round Trip Time (RTT).
4.3 Parameter Simulasi Parameter simulasi yang merupakan fixed variable dan tidak diubah selama dilakukan pengujian dapat dilihat pada Tabel IV.1 Tabel IV-1 Parameter Simulasi
Nama Parameter
Nilai
Satuan
Waktu
5
Detik
Jumlah SS
7
-
Jumlah BS
1
-
Dimensi topografi
250x250
Meter2
Modulation
QPSK
-
Coding scheme
1/2
-
IV-3 MRTR MRTR UGS
64
kbps
MRTR rtPS
512
kbps
MRTR ertPS
8
kbps
MRTR nrtPS
512
kbps
DL/UL ratio
3:2
-
No. of OFDMA simbol per frame
49
-
No. of OFDMA simbol per frame
48 (data portion)
-
No. of subchannels
30
-
Contention Windowmin
32
Opps
Contention Windowmax
1024
Opps
Ranging opp. per Frame
12
OFDMA symbols
Max. no. of ranging retry
10
-
Bandwidth request opp. per frame
12
OFDMA symbols
Max. no. of bandwidth req. retry
10
-
Initial ranging CID
0
-
Basic CIDs
1–1000
-
Primary CIDs
1001–2000
-
Transport/secondary Mgt. CIDs
2001–65278
-
Broadcast CID
65535
-
SFID range
1–4294967295
-
MAC Layer Parameter
4.4 Hasil Pengujian Pengujian dilakukan terhadap 10 buah skenario untuk mendapatkan 3 buah metrik, yaitu throughput, packet loss, dan fairness. Metrik throughput ditampilkan dalam bentuk grafik. Metrik packet loss ditampilkan dalam bentuk data. Metrik fairness, yaitu inter-class fairness dan intra-class fairness ditampilkan dalam bentuk data dan perhitungan.
IV-4 4.4.1 Skenario 1A Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 3:1:1:1:1 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 1A yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-1 Throughput Skenario 1A
2. Packet Loss : 485/3602 packets = 0.1346
3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = (426816/3)/64 = 2223 rtPS = x2 = 604800/1024 = 591 ertPS = x3 = 134784/64 = 2106
IV-5 nrtPS = x4 = 112320/32 = 3510
BE = x5 = 12096/16 = 756
Jain’s Fairness =
= 0.74616
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas UGS =
= 136/193 = 0.70466 4.4.2 Skenario 1B Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 1:3:1:1:1 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 1B yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-2 Throughput Skenario 1B
IV-6
2. Packet loss : 911/4881 packets = 0.1866
3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 166752/64 = 2606
rtPS = x2 = (1970784/3)/1024 = 642
ertPS = x3 = 134784/64 = 2106
nrtPS = x4 = 112320/32 = 3510
BE = x5 = 11232/16 = 702
Jain’s Fairness
= = 0.74849
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas rtPS =
= 705/861 = 0.81882
4.4.3 Skenario 1C Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 1:1:3:1:1 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 1C yaitu sebagai berikut :
IV-7 1. Throughput
Gambar IV-3 Throughput Skenario 1C
2. Packet loss : 485/3577 packets = 0.1356 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 166752/64 = 2606
rtPS = x2 = 604800/1024 = 591
ertPS = x3 = (373248/3)/64 = 1944
nrtPS = x4 = 112320/32 = 3510
BE = x5 = 12096/16 = 756
IV-8
Jain’s Fairness
= = 0.74327
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas ertPS =
= 124/159 = 0.77987
4.4.4 Skenario 1D Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 1:1:1:3:1 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 1D yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-4 Throughput Skenario 1D
2. Packet loss : 354/3552 packets = 0.0997
IV-9 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 117504/64 = 1836
rtPS = x2 = 681696/1024 = 666
ertPS = x3 = 140832/64 = 2201
nrtPS = x4 = (267840/3)/32 = 2790
BE = x5 = 8640/16 = 540
Jain’s Fairness =
= 0.77120
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas nrtPS =
= 90/110 = 0.81818
4.4.5 Skenario 1E Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 1:1:1:1:3 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 1E yaitu sebagai berikut :
IV-10 1. Throughput
Gambar IV-5 Throughput Skenario 1E
2. Packet loss : 354/3381 packets = 0.1047 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 41904/64 = 1836
rtPS = x2 = 681696/1024 = 666
ertPS = x3 = 140832/64 = 2201
nrtPS = x4 = 95040/32 = 2970
BE = x5 = (33696/3)/16 = 702
IV-11
Jain’s Fairness =
= 0.78053
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas BE =
= 10/15 = 0.66667
4.4.6 Skenario 2A Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 12:4:4:4:4 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 2A yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-6 Throughput Skenario 2A
2. Packet loss : 725/8781 packets = 0.0825
IV-12 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = (1575072/3)/64 = 8204
rtPS = x2 = 3607200/1024 = 3523
ertPS = x3 = 584928/64 = 9140
nrtPS = x4 = 0
BE = x5 = 0
Jain’s Fairness =
= 0.53343
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas UGS =
= 529/701 = 0.75464
4.4.7 Skenario 2B Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 4:5:4:4:4 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 2B yaitu sebagai berikut :
IV-13 1. Throughput
Gambar IV-7 Throughput Skenario 2B
2. Packet loss : 1261/7722 packets = 0.1633
3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 512352/64 = 8006
rtPS = x2 = (3754944/3)/1024 = 1222
ertPS = x3 = 584960/64 = 9140
nrtPS = x4 = 0
BE = x5 = 0
IV-14
Jain’s Fairness
=
= 0.45247
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas rtPS =
= 1031/1891 = 0.54521
4.4.8 Skenario 2C Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 4:4:12:4:4 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 2C yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-8 Throughput Skenario 2C
2. Packet loss : 725/8638 packets = 0.0839
IV-15 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 512352/64 = 8006
rtPS = x2 = 3607200/1024 = 3523
ertPS = x3 = (1524096/3)/64 = 7938
nrtPS = x4 = 0
BE = x5 = 0
Jain’s Fairness
= 0.54324
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas ertPS =
= 469/669 = 0.70105
4.4.9 Skenario 2D Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 4:4:4:12:4 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 2D yaitu sebagai berikut :
IV-16 1. Throughput
Gambar IV-9 Throughput Skenario 2D
2. Packet loss : 1016/6950 packets = 0.1462 3. Fairness a. Interclass Fairness Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 574560/64 = 8978
rtPS = x2 = 3190752/1024 = 3116
ertPS = x3 = 424224/64 = 6629
nrtPS = x4 = 0
BE = x5 = 0
IV-17
Jain’s Fairness
= 0.52221
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas nrtPS =
=0
4.4.10 Skenario 2E Jumlah SS = 7 SS Rasio Stream Data = UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE = 4:4:4:4:21 Setelah simulasi dijalankan, maka didapat nilai-nilai metrik untuk skenario 2E yaitu sebagai berikut : 1. Throughput
Gambar IV-10 Throughput Skenario 2E
2. Packet loss : 728/7184 packets = 0.1013
IV-18 3. Fairness a. Interclass Fairness
Throughput tiap kelas (dalam bit) :
UGS = x1 = 498528/64 = 7790
rtPS = x2 = 3277152/1024 = 3200
ertPS = x3 = 573696/64 = 8964
nrtPS = x4 = 0
BE = x5 = 0
Jain’s Fairness
= 0.52640
b. Intraclass Fairness Minmax fairness untuk kelas BE =
=0
4.5 Analisis dan Kesimpulan Pengujian Setelah melakukan pengujian untuk tiap skenario yang dirancang, didapatlah nilai tiap metrik. Rangkuman nilai metrik untuk tiap skenario dapat dilihat pada tabel IV.2
IV-19 Tabel IV-2 Hasil Pengujian Skenario
Perbandingan UGS : rtPS : ertPS : nrtPS : BE
Throughput (bytes)
Nilai Metrik Packet Loss
Fairness
Interclass
Intraclass
1A
3:1:1:1:1
95806 0.1346
0.74616
0.70466
1B
1:3:1:1:1
84434 0.1866
0.74849
0.81882
1C
1:1:3:1:1
84686 0.1356
0.74327
0.77987
1D
1:1:1:3:1
101618 0.0997
0.77120
0.81818
1E
1:1:1:1:3
83086 0.1047
0.78053
0.66667
2A
12 : 4 : 4 : 4 : 4
78694 0.0825
0.53343
0.75464
2B
4:5:4:4:4
67166 0.1633
0.45247
0.54521
2C
4 : 4 : 12 : 4 : 4
67302 0.0839
0.54324
0.70105
2D
4 : 4 : 4 : 12 : 4
66206 0.1462
0.52221
0
2E
4 : 4 : 4 : 4 : 21
66206 0.1013
0.52640
0
4.5.1 Analisis Pengujian Dari hasil pengujian, dapat dilakukan analisis hasil berdasarkan tiap metrik QoS. Berikut analisis nilai 3 metrik yang diperoleh pada 10 skenario pengujian : 1. Throughput Pada skenario trafik tidak ramai, grafik throughput cenderung meningkat dari awal dimulainya simulasi hingga waktu simulasi berakhir. Diperkirakan peningkatan throughput terjadi seiring dengan peningkatan jumlah paket yang dihasilkan oleh simulasi. Pada detik-detik awal, paket data yang diciptakan belum banyak sehingga throughput yang dihasilkan juga masih sedikit.
Pada skenario trafik ramai, sejak detik-detik awal paket yang diciptakan sudah cukup banyak dan memenuhi bandwidth yang tersedia. Hal ini menjadikan grafik throughput naik dengan cepat. Setelah jumlah data yang diciptakan memenuhi bandwidth yang ada, grafik throughput cenderung stabil.
2. Packet Loss Perubahan nilai packet loss pada 10 skenario pengujian tidak terlalu signifikan. Packet loss yang cukup tinggi terjadi pada skenario dimana trafik
IV-20 yang dominan adalah trafik dari kelas QoS yang memiliki deadline (UGS, rtPS, dan ertPS). Pada skenario yang didominasi oleh trafik data dari jenis kelas nrtPS dan BE, nilai packet loss yang dihasilkan cenderung lebih rendah.
3. Fairness Pada skenario trafik tidak padat, nilai fairness yang dihasilkan baik untuk interclass fairness maupun intraclass fairness cenderung sama. Pada skenario trafik padat, nilai interclass fairness menurun dengan cukup signifikan. Hal ini terjadi karena pada semua skenario trafik padat, throughput data dari kelas nrtPS dan BE sama dengan nol. Artinya selama periode simulasi, tidak ada paket dari kelas nrtPS dan BE yang dikirimkan. Trafik dari kelas nrtPS dan BE tidak mendapat alokasi bandwidth. Telah dilakukan percobaan simulasi skenario trafik ramai dengan menambah durasi simulasi menjadi 10 detik, namun waktu generate paket tetap 5 detik. Dari trace file hasil simulasi, didapatkan bahwa paket dari kelas nrtPS dan BE baru dikirimkan setelah detik ke-5 atau setelah kepadatan trafik menurun.
4.5.2 Kesimpulan Pengujian Pada dokumentasi modul 802.16 Network and Distribution Laboratory, Chang Gung University, Taiwan [JCT06], dijelaskan bahwa algoritma penjadwalan yang diimplementasikan adalah algoritma Weighted Round Robin (WRR) dengan pendekatan 2 cycle. Pada cycle pertama bandwidth yang diberikan akan sesuai dengan kuantitas servis yang diharapkan (expected serving quantity). Pada putaran kedua, fungsi BS_Scheduler() akan melayani tiap paket pada antrian sesuai dengan prioritasnya. Jika semua antrian pada priority i telah dilayani, maka fungsi BS_Scheduler() akan melayani antrian dengan prioritas i+1, dan seterusnya. Putaran ini akan terus diulangi hingga bandwidth yang tersedia terpakai atau semua paket pada antrian telah dilayani.
Dari hasil pengujian algoritma WRR dengan menggunakan kerangka uji yang dirancang, didapatkan bahwa selama 5 detik durasi simulasi skenario trafik ramai tidak ada paket dari kelas nrtPS dan BE yang dikirimkan. Hal ini berarti paket-paket dari kelas nrtPS dan BE tidak mendapat alokasi bandwidth. Jika trafik terus menerus
IV-21 ramai, diperkirakan pengiriman paket dari kelas nrtPS dan BE akan terus menerus ditunda sehingga mungkin mengalami starving.
Terdapat perbedaan antara penjelasan algoritma WRR yang ada pada dokumentasi dengan hasil pengujian yang didapat. Pada dokumentasi dijelaskan bahwa meskipun trafik sedang ramai, paket-paket dari kelas dengan prioritas rendah tetap akan mendapat minimum bandwidth [JCT06]. Dari hasil pengujian didapat bahwa pada skenario trafik ramai, tidak ada paket dari kelas nrtPS dan BE yang dikirim selama 5 detik durasi simulasi. Tidak dapat ditarik kesimpulan apa yang menyebabkan perbedaan ini terjadi. Perlu dilakukan analisis lebih lanjut untuk meneliti mengapa pada skenario trafik ramai, paket-paket dari kelas nrtPS dan BE tidak dikirimkan selama simulasi dilakukan.
