JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 3 NO. 1 MARET 2011
ISSN : 2086 - 4981
Bluetooth WPAN: Survei Berbagai Teknik Topologi Distribusi Jaringan Bluetooth Berbasis WPAN Yasdinul Huda1
ABSTRACT Bluetooth is a proficient technology for short range wireless communication and networking, fundamentally used as a alternate for connected cables. Bluetooth based Wireless Personal Area Network (WPAN) Technology, which enables devices to connect and communicate with short range in ad-hoc network.Topology formation remain to be a major problem in most and interesting to study Bluetooth based Wireless Personal Area Networks (BT-WPAN). The Problem of topology creation in WPANs can be divided into two sub problems: the election of the nodes that have to act as a master, and the assignment of the slave to the piconet. Topology creation is the procedure of defining the piconets, and the interconnection of the nodes organized in the network area. Distribution of traffic load and energy consumption by the nodes are the two main factors that influenced the design topology that is not appropriate. Many researchers has recognized the advantages topology on topology studies of BT-WPANs, it's just still have weaknesses and these need to be reviewed. This research is focused on develop an efficient topology for the BT-WPAN can reduce the energy consumption for communication between master and slave.This paper presents a survey on various network topology distribution techniques for Bluetooth based WPANs. Additionally, as part of future research, this paper also discusses some limitations of the available topology and possible solutions to overcome these limitations. Keywords : Bluetooth, Bridges, Topology, Wireless Personal Area Network (WPAN), Nodes, Master, Slave, Piconets, Scatternets, Slots, Frequency Hopping
INTISARI Bluetooth adalah teknologi mahir (proficient) untuk komunikasi nirkabel jarak pendek (short range) dan jaringan, pada dasarnya digunakan sebagai alternatif koneksi media kabel. Teknologi Bluetooth berbasis Wireless Personal Area Network (WPAN), memungkinkan perangkat terhubung dan berkomunikasi secara dengan short range dalam jaringan ad-hoc. Pembuatan Topologi masih menjadi masalah utama dan menarik untuk dikaji pada sebagian besar Bluetooth berbasis Wireless Personal Area Networks (BT-WPAN). Masalah penyusunan topologi WPAN dapat dibagi menjadi dua sub masalah: pemilihan node yang harus bertindak sebagai master, dan penugasan slave ke piconet. Pembuatan topologi adalah prosedur pendefinisian piconet, dan interkoneksi dari node yang diselenggarakan di area jaringan. Distribusi beban trafik dan pemakaian energi oleh node adalah dua faktor utama yang dipengaruhi oleh desain topologi yang tidak tepat. Banyak peneliti telah mengakui kelebihan topologinya pada studi topologi untuk BT-WPAN, hanya saja masih memiliki kelemahan dan hal ini perlu dikaji. Penelitian ini difokuskan untuk mengembangkan topologi yang efisien 1
Dosen Teknik Elektronika Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang
110
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 3 NO. 1 MARET 2011
ISSN : 2086 - 4981
untuk BT-WPAN yang dapat mengurangi konsumsi energi untuk komunikasi antara master dan slave. Makalah ini menyajikan sebuah survei tentang berbagai teknik topologi jaringan distribusi berbasis BT-WPAN. Selain itu, sebagai bagian dari penelitian di masa mendatang, makalah ini juga membahas beberapa keterbatasan topologi yang tersedia dan beberapa solusi yang mungkin untuk mengatasi keterbatasan tersebut. Kata Kunci : Bluetooth, Bridge, Topologi, WPAN, Nodes, Master, Slave, Piconet, Scatternets, Slot, Frekuensi Hopping
111
PENDAHULUAN Beberapa tahun terakhir ini, jaringan ad-hoc nirkabel telah memberikan kontribusi yang berarti. Seiring dengan itu, banyak penelitin diarahkan terhadap sistem radio jarak pendek (short range) yang dioperasikan menggunakan teknologi Bluetooth [1], [2] dan standar IEEE 802,15 [3] Wireless Personal Area Networks (WPANs). Konsep yang mendasari pengembangan teknologi Bluetooth menurut Stalling dalam [4] adalah tersedianya suatu kemampuan konektivitas wireless jarak dekat yang dapat digunakan secara universal. Konektivitas Bluetooth memanfaatkan pita frekuensi 2.4GHz yang secara global dapat digunakan tanpa membutuhkan lisensi dengan kapasitas hingga 720 kbps. Modulasi yang digunakan sistem ini adalah Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) dengan bandwidth yang tersedia telah memadai untuk mendefinisikan 79 buah kanal fisik selebar 1MHz (dalam penerapan digunakan hingga 80 frekuensi pembawa berbeda dengan total bandwidth sebesar 80 MHz). Selanjutnya, WPAN merupakan seperangkat standar jaringan area lokal yang menggandengkan perangkatperangkat tersebut di atas, namun dalam kasus ini penggunanya adalah satu individu tunggal atau individu-individu anggota sebuah keluarga di suatu rumah. Suatu jaringan dalam teknologi Bluetooth dikenal sebagai Piconet, yang membentuk sekumpulan arsitektur fundamental pada WPANs hingga 8 buah perangkat berkemampuan bluetooth dapat berkomunikasi dalam jaringan tersebut. Bluetooth yang merupakan teknologi Wireless Personal Area Network (WPAN), selanjutnya kita sebut WPANs Bluetooth (BT-WPANs), memungkinkan perangkat untuk terhubung dan berkomunikasi melalui jaringan ad-hoc [5] short range. BT-WPANs yang khas digunakan untuk perangkat twist stand-alone (berdiri sendiri) yang berada di
112
kisaran sekitar 10 meteran ke dalam area perangkat jaringan. Secara umum, sebuah piconet terdiri dari seperangkat master dan maksimal 7 perangkat slave. Perangkat slave terbatas dalam operasi karena mereka diijinkan hanya untuk berkomunikasi dengan perangkat master mereka. Selain itu, piconet dapat mempunyai jumlah node terbatas, asalkan mereka tetap tidak aktif. Dengan kata lain, kelebihan node tidak akan berpartisipasi dalam transmisi piconet. Sebuah urutan frekuensi hopping berbeda dapat dimanfaatkan oleh masingmasing piconet. Urutan frekuensi hopping ini, biasanya ditentukan dari alamat master. Karena pelaksanaan urutan hopping yang berbeda, bridge tidak bisa aktif di lebih dari satu piconet pada waktu bersamaan, dengan demikian, bridge harus beralih antara piconet berdasarkan pembagian waktu (time division), dan saat beralih, mereka harus kembali melakukan sinkronisasi dengan laju piconet. Koneksi full-duplex dapat dilakukan antara master dan slave dengan mengirim dan menerima traffic alternatif. Aktivitas Master atau slave yang melibatkan lebih dari satu piconet dapat bertindak sebagai bridge yang memungkinkan pembentukan jaringan piconet yang lebih besar, yang dikenal sebagai scatternet. Scatternet merupakan sejumlah piconet yang saling mendukung komunikasi antara 1-8 perangkat. Scatternets dapat dibentuk ketika salah satu anggota dari piconet (baik master atau slave) memilih untuk berpartisipasi sebagai slave di sebuah piconet, dan keduanya terpisah. Perangkat yang berpartisipasi dalam kedua piconet dapat me-relay data antara anggota kedua jaringan adhoc. Namun, protokol bluetooth dasar tidak mendukung menyampaikan ini, maka perangkat lunak dari perangkat masingmasing host perlu mengelolanya. Dengan menggunakan pendekatan ini, adalah
mungkin untuk bergabung bersama beberapa piconet menjadi scatternet yang besar, dalam rangka memperluas ukuran fisik dari jaringan atas keterbatasan jangkauan Bluetooth. Salah Satu Slave pada jaringan ini diperbolehkan untuk memulai transmisi dalam slot yang diberikan, jika master telah dialamatkan dalam slot sebelumnya. Algoritma penjadwalan inter-piconet digunakan untuk menjadwalkan keberadaan bridge di piconet berbeda [9]. Algoritma penjadwalan melimpah intra dan inter-piconet telah diusulkan [6] [7] [8]. Dalam teknologi Bluetooth, frequency hopping atau time division duplex (FH/TDD) mengacu [4] adalah digunakan untuk pembagian waktu (time division) kedalam interval/periode 625 s setiap pendudukan satu kanal fisik (terjadi hope rate sebanyak 1600 lompatan perdetik). Tiap-tiap periode ini disebut sebagai sebuah slot FH dan slot-slot yang ada diberi nomor urut. Skema FH di diwujudkan dalam bentuk lompatan-lompatan (hopping) atau perpindahan-perpindahan, dari satu kanal ke kanal fisik lainnya. Master menggunakan algoritma penjadwalan intrapiconet dengan jadwal trafik dalam sebuah piconet. Penyusunan topologi jaringan tetap menjadi aspek yang paling penting dalam WPANs. Penyusunan topologi ini merupakan proses mendefinisikan piconet, dan interkoneksi dari penyebaran node di area jaringan. Desain topologi ini sangat memiliki peran penting terhadap distribusi beban trafik dalam WPANs, dan konsumsi energi pada node. Salah satu masalah penting dalam pelaksanaan BT-WPAN adalah pembentukan scatternet yang memenuhi batasan yang ditimbulkan oleh spesifikasi sistem dan kebutuhan trafik. PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
penelitian deskriptif menurut [10] yaitu mengambarkan secara sistematis fakta dan karakteristis objek atau subjek yang diteliti secara tepat. Penelitian deskriptif dalam [11] menyatakan bahwa “penelitian deskriptif diartikan sebagai pemecahan masalah yang diselidiki dan menggambarkan/melukiskan objek penelitian pada saat sekarang berdasarkan faktor-faktor sebagaimana adanya”. Berdasarkan pengertian di atas, penelitian ini bertujuan untuk menggambarkan/mengungkapkan pengetahuan baru yang berkenaan dengan teknologi Bluetooth terkait dengan topologi distribusi jaringan Bluetooth berbasiskan Wireless Personal Area Network. Dalam penelitian ini akan menyajikan sebuah survei tentang berbagai teknik topologi distribusi jaringan Bluetooth berbasis WPANs. Selain itu, sebagai bagian dari penelitian di masa mendatang, makalah ini juga membahas beberapa keterbatasan topologi yang tersedia dan kemungkinan solusi untuk mengatasi keterbatasan Banyak sekali penelitian yang telah dilakukan pada studi topologi untuk BTWPANs. Dalam penelitian ini menentukan bagaimana pengembangan topologi yang efisien untuk BT-WPANs, dimana konsumsi energi lebih sedikit saat komunikasi antara master dan slave. Pembahasan dalam penelitian ini mengkaji beberapa topologi yang berbeda untuk BT-WPANs yang diusulkan sebelumnya dalam literatur, berdasarkan keterbatasan topologi yang ditemui sehingga dapat memberikan kemungkinan solusi untuk mengatasi keterbatasannya. Sebuah topologi yang efektif untuk scatternet Bluetooth diusulkan oleh Huang, dkk. dalam [12]. Bluetooth adalah sebuah teknologi yang kapabel untuk jaringan dan komunikasi nirkabel short range, pada dasarnya digunakan sebagai pengganti koneksi media kabel. Karena spesifikasi Bluetooth hanya mendefinisikan
Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif, yang mengungkapkan apa adanya dari suatu permasalahan. Tujuan
113
bagaimana membangun piconet, beberapa solusi dalam literatur telah diusulkan untuk membangun sebuah scatternet dari piconet. Sebuah scatternet yang berbentuk pohon (tree) disebut bluetree. Dalam tulisan Huang, dkk., mereka mengusulkan sebuah pendekatan untuk menghasilkan bluetree yang hierarkis, yaitu node ditambahkan ke bluetree tingkat demi tingkat. Jenis topologi Hierarchical Grown Bluetree (HGB) mengatasi kekurangan dari bluetree konvensional. Selama pertumbuhanya, HGB selalu tetap seimbang sehingga dapat menjaga jalur routing lebih pendek. Selain itu, hubungan antara node terdekat menyediakan jalur alternatif untuk routing. Akibatnya, lalu lintas di simpul induk (parent nodes) dapat ditingkatkan dan hanya dua bagian yang terpisah akan terjadi/diinduksi bila parent node hilang. Sehingga jaringan bluetooth mencapai keandalan yang lebih baik. L. Huang, dkk., dalam [13] menggambarkan dampak dari topologi pada jaringan BT-PAN multi-hop. Huang, dkk., berkonsentrasi pada dampak topologi pada BT-PAN. Mereka awalnya menggambarkan beberapa pengamatan terhadap degradasi kinerja BT-PAN dalam kaitannya dengan topologi jaringan, dan kemudian dianalisis alasannya. Berdasarkan analisis, mereka menggambarkan sebuah formasi algoritma scatternet sebagai skenario konferensi untuk komunikasi multi-hop. Dengan menggunakan metode yang diusulkan, scatternet dapat dibentuk fleksibel dengan topologi yang berbeda dalam cara yang terkendali. Untuk memanfaatkan informasi topologi dalam komunikasi multi-hop, mereka mengusulkan metrik informasi link baru yaitu Load Metrik (LM) pada komunikasi multi-hop, mereka mengusulkan metrik informasi link baru LM, bukannya jumlah hop. LM berasal dari estimasi bandwidth link node, yang mencerminkan peran yang berbeda dari node di scatternet Bluetooth.
114
Selanjutnya, dalam makalah mereka, membantu protokol routing untuk membypass node trafik padat, dan menemukan rute dengan bandwidth yang lebih besar. Beberapa hasil eksperimen mereka disajikan berdasarkan implementasi, yang membuktikan efektivitas protokol mereka. Hsu dkk., dalam [14] mengajukan sebuah metode pembentukan topologi dengan bantuan Network Simulator (NS). Bluetooth adalah sebuah teknologi yang menjanjikan dalam aplikasi nirkabel, dan banyak isu terkait dalam melakukan eksplorasi, baik dalam dunia akademis dan industri. Karena kompleksitas dan dinamika jaringan komputer, alat simulasi yang baik memainkan peran penting dalam tahap pengembangan. Alat simulasi yang ada, NS dapat diterima, paket open-source yang memiliki dukungan cukup untuk simulasi Trasmisiion Control Protocol (TCP), routing, dan protokol multicast melalui jaringan kabel dan nirkabel. Paket ini juga memiliki BlueHoc sebagai ekstensi untuk Bluetooth. Meskipun BlueHoc menawarkan banyak fungsi simulasi untuk Bluetooth, semua simulasi harus dilakukan dalam topologi praktis tetap. Oleh karena itu simulasi tentang konstruksi topologi dinamis yang pertama dan langkah penting dalam membangun jaringan Bluetooth, tidak dapat dilakukan. Selain itu, BlueHoc hanya menawarkan dukungan terbatas untuk membangun jaringan. Hal ini juga tidak memiliki fleksibilitas dalam kontrol perangkat, dalam presentasi animasi, dan dalam pemodelan mobilitas. Kontribusi utama dari penelitian mereka adalah diperlukan peningkatan BlueHoc untuk mendukung fungsi tersebut. Optimalisasi topologi Bluetooth, diproyeksikan oleh Melodia dkk., dalam [15]. Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, Bluetooth adalah suatu teknologi masa depan untuk komunikasi personal area/lokal nirkabel. Sebuah scatternet Bluetooth terdiri dari piconet
yang di susun secara overlap, masingmasing dengan sejumlah perangkat berbagi saluran radio yang sama. Melodia dkk., membahas masalah pembentukan scatternet dengan menganalisis karakteristik dari topologi yang terbentuk scatternet. Sebuah representasi matriks berbasis topologi jaringan yang digunakan untuk mendefinisikan metrik yang diterapkan untuk estimasi parameter kunci; biaya dan kinerja scatternet. Contoh numerik disajikan dan dibahas, menyoroti dampak seleksi metrik terhadap kinerja scatternet. Kemudian, sebuah algoritma terdistribusi untuk optimasi topologi scatternet diperkenalkan, yang mendukung pembentukan scatternet lokal optimal berdasarkan metrik yang dipilih. Hasil numerik yang diperoleh dengan mengadopsi pendekatan distribusikan ini untuk mengoptimalkan topologi jaringan akan ditampilkan lebih detail untuk mendekati optimum global. Lin dkk., dalam [16] mengusulkan pembentukan topologi scatternet baru; BlueRing untuk BT-WPAN. Hal ini dianjurkan untuk memiliki topologi scatternet sederhana namun kompeten yang mendukung baik protokol routing, mengingat Bluetooth akan digunakan untuk jaringan area pribadi dengan tujuan kesederhanaan desain dan kekompakan. Dalam literatur, protokol routing meskipun banyak telah diusulkan untuk jaringan mobile ad hoc, penerapan langsung yang mereka lakukan menimbulkan kesulitan sebagai akibat dari Bluetooth memiliki baseband khusus dan fitur-fitur MAC-layer. Dalam paper mereka, mengusulkan suatu topologi scatternet yang menarik disebut BlueRing, yang menghubungkan piconet sebagai ring disisipkan oleh bridge antara piconet, dan pembentukan alamatnya, routing, dan pemeliharaan topologi protokol. Arsitektur BlueRing memiliki fitur-fitur sangat baik seperti berikut. Pertama,
115
Routing pada BlueRing adalah stateless dalam arti bahwa tidak ada informasi routing yang perlu disimpan oleh host manapun setelah ring terbentuk. Hal ini akan menguntungkan bagi lingkungan seperti Smart Homes meskipun kemampuan komputasi terbatas. Kedua, Architecture adalah memungkinkan untuk scatternets ukuran menengah (misalnya sekitar 50 ~ 70 unit Bluetooth). Sebagai perbandingan, kebanyakan topologi scatternet (star atau treelike) memungkinkan terjadinya hambatan komunikasi pada topologi tree sebagai akibat dari meluasnya jaringan. Ketiga, Pemeliharaan topologi BlueRing dari bebas gangguan/hambatan, karena beberapa unit Bluetooth bergabung atau meninggalkan jaringan (handover). Untuk mengatasi kegagalan singel-point, mereka mengusulkan solusi mekanisme protocollevel. Untuk mentolerir kegagalan multipoint, mereka (Lin dkk.,) mengusulkan mekanisme BlueRing recovery. Pada kegagalan Graceful, mereka melakukan toleransi sepanjang tidak ada dua atau lebih titik kritis gagal pada waktu yang sama. Selain itu, mereka juga melakukan evaluasi throughput jaringan ideal di ukuran BlueRing yang berbeda dan konfigurasi dengan analisis matematis. Hasil simulasi disajikan, menunjukkan bahwa BlueRing melebihi struktur scatternet berbeda (dari usulan yang lain) dengan throughput jaringan yang lebih tinggi dan paket delay moderat. Sebuah formasi algoritma topologi yang layak untuk BT berbasis WPAN disajikan oleh Carla dkk., dalam [17]. Dalam tulisannya, diawali dari masalah pembentukan topologi pada BT-WPAN. Mereka awalnya melakukan peninjauan dan pengembangan pada pendekatan optimasi terpusat yang sebelumnya diusulkan, dan membahas hasil-hasilnya. Kemudian mereka menguraikan langkahlangkah utama dari dua prosedur yang
dapat menyebabkan algoritma terdistribusi layak untuk pengembangan topologi BTWPAN. Pendekatan optimasi terpusat memiliki keuntungan yang menghasilkan topologi yang dapat mengurangi beban trafik pada node paling padat di jaringan, sementara melengkapi keterbatasan struktur dan kapasitas BT-WPAN. Di sisi lain, sifat terpusat dan kompleksitas tinggi dari optimasi adalah batasan yang kuat pada pendekatan yang diajukan. Algoritma terdistribusi untuk pembentukan topologi BT-WPAN jauh lebih menarik, kompleksitas algoritma yang diberikan dan konsumsi energi yang cukup rendah, memungkinkan penerapan BTWPAN dalam jumlah besar. Selain itu, mereka membahas prosedur terdistribusi untuk penyisipan dan penghapusan node di/dari BT-WPAN, yang mudah diimplementasikan dan mampu bekerja sama antara efisiensi sistem dan kemampuannya dengan cepat menyesuaikan perubahan topologi. Prosedur-prosedur ini merupakan kunci dalam mengatasi permasalahan pada solusi pendekatan terdistribusi ke masalah pembentukan topologi BT-WPAN. Roy dkk., dalam [18] mengusulkan sebuah teknik konstruksi topologi baru untuk BT-WPAN. Mereka mengusulkan konstruksi topologi protokol Bluetooth yang bekerja dalam kombinasi dengan skema polling berbasis prioritas. Sebuah master memberikan prioritas untuk slave termasuk bridge untuk setiap polling cycle dan jajak pendapatnya, sebanyak prioritas yang ditetapkan. Para slave dapat menggunakan waktu idle mereka secara total baik dalam modus power-saving atau melaksanakan penemuan node baru. Algoritma konstruksi topologi bekerja dalam cara bottom-up dimana node terisolasi bergabung untuk membentuk piconet kecil. Piconet kecil ini bisa datang bersamaan untuk membentuk piconet yang lebih besar. Piconet yang lebih besar dapat bersama-sama memakai bridge node
116
untuk membentuk sebuah scatternet. Individu piconet juga dapat menemukan node baru saat ikut serta dalam proses polling master-driven. Node master dan slave terdeteksi di non-aktifkan, untuk restrukturisasi dinamis scatternet tersebut. Protokol dapat menangani situasi saat semua node Bluetooth tidak dalam jangkauan radio satu sama lain. Pembentukan scatternet jaringan nirkabel Bluetooth diproyeksikan oleh Zhen dkk., dalam [19]. Dalam tulisannya mereka, protokol stack dari grup jaringan ad hoc Bluetooth dan mengusulkan pembentukan jaringan menggunakan algoritma “blue-star island”. Pembentukan jaringan yang berada dalam lapisan Bluetooth Encapsulation Network Protocol (BNEP) dan di bawah protokol routing. Tugas yang paling penting dari pembentukan jaringan ini adalah untuk menetapkan dan mempertahankan topologi jaringan Bluetooth dengan kinerja yang lebih baik dan dalam cara yang cepat dan ekonomis. Protokol routing umumnya untuk mencari rute terbaik di antara topologi jaringan yang ada dalam pembentukan jaringan. Pembentukan jaringan komunikasi dengan protokol routing dan manajemen entitas menggunakan mekanisme “Routing Trigger”. Algoritma “blue-star island” merupakan skema 2-stage terdistribusi. Pertama, sekelompok node berdekatan adalah mengorganisir diri sendiri ke dalam “bluestar island”, dimana node bersama merupakan slave dalam scatternet. Kemudian, diprakarsai oleh "Routing Trigger" dari routing protocol, “blue-star island” yang dijembatani bersama-sama. "Routing Trigger" bisa pesan “Route REQuest” atau pesan “HELLO”. Desainnya tidak memiliki asumsi jumlah, distribusi dan mobilitas node. Selain itu, mereka mempresentasikan hasil diskusi dan simulasi yang menunjukkan bahwa algoritma yang diusulkan memiliki latensi formasi bawah, mempertahankan
konsumsi energi dan menghasilkan kualitas yang efisien dan topologi jaringan yang baik dalam pengiriman paket. Sebuah topologi self-routing untuk BTWPAN yang diajukan oleh Sun dkk., dalam [20]. Standar Bluetooth yang muncul adalah dianggap sebagai teknologi yang paling menjanjikan untuk membangun jaringan ad-hoc. Dalam tulisan mereka, berisi spesifikasi tentang bagaimana membangun piconet, hanya saja tidak membahas bagaimana membangun scatternet dari piconet-piconet secara otomatis. Solusi yang di bahas hanya fokus pada pembentukan scatternet tanpa mempertimbangkan kemudahan routing seperti sebuah scatternet. Algoritma yang mereka tawarkan adalah untuk menanamkan b-tree ke dalam scatternet yang memungkinkan seperti jaringan menjadi self-routing. Hal ini hanya membutuhkan header pesan berukuran tetap dan tanpa tabel routing pada setiap node terlepas dari ukuran scatternet tersebut. Properti ini membuat solusi mereka lebih terukur dalam menangani dengan jaringan yang berukuran besar. Solusi mereka adalah dengan menggunakan kontrol terdistribusi dan asinkron. Mereka juga membuktikan bahwa algoritma mereka melindungi properti btree saat perangkat bergabung atau meninggalkan scatternet dan ketika salah satu scatternet tergabung dalam scaternet lainnya. Salonidis dkk., dalam [21] mengusulkan pembentukan teknik topologi terdistribusi untuk jaringan BT-PAN. Dalam tulisan mereka, memperkenalkan dan menganalisa sebuah protokol simetris secara acak yang menghasilkan pembentukan delay link dengan memprediksi sifat statistik. Mereka kemudian mengusulkan Bluetooth Topology Construction Protocol (BTCP), sebuah protokol terdistribusi asynchronous yang memperluas mekanisme simetris point-to-point dengan kasus beberapa
117
node. BTCP didasarkan pada proses pemilihan leader terdistribusi, di mana kedekatan informasi yang ditemukan secara progresif dan akhirnya diakumulasi ke node koordinator terpilih. BTCP terdiri atas tiga tahapan penting, yaitu pemilihan koordinator, penentuan peran, pembentukan koneksi dan pemutusan pemilihan leader. Pembentukan link Bluetooth adalah dua tahap proses yang melibatkan prosedur Inquiry dan Paging. Pemilihan leader adalah tool penting untuk memecahkan masalah mekanisme simetri dalam sistem terdistribusi. Mereka telah menerapkan BTCP di atas sebuah implementasi prototipe yang sudah ada yang mengemulasikan dilingkungan Bluetooth pada platform Linux. Metode pembentukan Bluetooth scatternet terdistribusi telah dipresentasikan oleh Chang dkk., dalam [22]. Mereka merancang Algoritma pembentukan Bluetooth scatternet terdistribusi menggunakan properti domain parkir. Mekanisme parkir memungkinkan master untuk mengelola lebih dari 7 slave di piconet nya. Ketika sepasang slavemaster terbentuk, slave segera diparkir sedemikian rupa sehingga master tidak akan dibatasi karena sudah memiliki tujuh slave aktif. Metode ini mudah dan amat penting sehingga sangat cocok dengan spesifikasi Bluetooth saat ini. Kita mengetahui bahwa garis lurus adalah jalan terpendek untuk terhubung ke titik di ruang angkasa, Mereka memberi nama algoritma Blueline, untuk menunjukkan bahwa jalur komunikasi antara dua node Bluetooth lebih pendek dibandingkan dengan scatternets lainnya. Algoritma scatternet yang diusulkan, memungkinkan dua node Bluetooth untuk membentuk koneksi dan berkomunikasi secara langsung jika mereka berada dalam jangkauan transmisi masing-masing. Tujuan penting adalah untuk membentuk topologi dengan jumlah hop yang minimum
untuk routing. Satu hal yang tidak dijelaskan dalam algoritma yang diusulkan Chang dkk., adalah kebijakan switching dari sebuah bridge dalam scatternet tersebut. Dalam rangka mengevaluasi kinerja Blueline, mereka telah mengembangkan ekstensi Bluetooth ke jaringan simulator (NS, network simulator) dalam Vint project. Metin dkk. dalam [23] membahas pembuatan scatternets Bluetooth dengan efisiensi energi. Jaringan Bluetooth dapat dibangun sebagai piconet atau scatternets tergantung pada jumlah node dalam jaringan. Meskipun konstruksi piconet ditetapkan dengan proses yang berbeda dalam standar Bluetooth, kebijakan pembentukan scatternet dan algoritma tidaklah baik ditetapkan. Di antara solusi yang diajukan oleh peneliti lain dalam masalah ini, hanya beberapa dari mereka yang fokus pada penggunaan bandwidth yang efisiensi untuk scatternets yang dihasilkan. Metin dkk., mengusulkan sebuah algoritma terdistribusi untuk masalah pembentukan scatternet yang secara dinamis membangun dan memelihara sebuah scatternet berdasarkan estimasi tingkat aliran trafik antara node. Algoritma ini adalah adaptif terhadap perubahan dan menjaga scatternet untuk menggunakan bandwidth secara efisien ketika node datang dan pergi atau ketika tingkat aliran trafik berubah. Berdasarkan simulasi, Algoritma yang mereka usulkan dapat melakukan perbaikan pada efisiensi bandwidth dan pengurangan konsumsi energi yang disediakan. Algoritma untuk topologi yang terkoneksi dalam BT-WPAN digambarkan oleh Guerin dkk., dalam [24]. Pertama mereka menggambarkan karakteristik mendasar dari teknologi Bluetooth yang sesuai dengan pembuatan topologi. Mereka merumuskan model matematis untuk tujuan sistem dan keterbatasannya, sebagai langkah awal menuju penyelidikan
118
sistematis dari masalah konektivitas. Mereka lebih fokus pada perancangan topologi dimana tingkat node tidak melebihi 7. Guerin dkk., menyajikan prosedur desain topologi yang didasarkan pada jaminan bahwa pendekatan algoritma yang mereka tawarkan menghasilkan Spanning Tree Protocol (STP), dengan derajat paling banyak lebih dari satu nilai minimum yang mungkin dalam grafik mana saja. Algoritma untuk Minimum-Weight spanning tree tidak memberikan jaminan analitis pada tingkat node-node dalam kasus 3-dimensi. Oleh karena itu mereka dimanfaatkan algoritma Minimum Spanning Tree (MST) untuk membentuk topologi terkoneksi ke jaringan Bluetooth. Marsan dkk., dalam [25]. memproyeksikan pendekatan untuk desain topologi optimal di WPANs. Dalam tulisannya, Marsan dkk., menangani pemilihan master dan penugasan slave dari piconet, dan mereka tidak menangani pemilihan bridge node. Mereka mendefinisikan fungsi yang bertujuan untuk mengoptimalkan proses desain topologi jaringan, yang merupakan persyaratan di atas pada distribusi beban trafik dan konsumsi energi di node jaringan. Kemudian, mereka merancang algoritma topologi untuk sistem WPAN, baik maksimalisasi fungsi objektif maupun mengatasi kendala pada jumlah maksimum slave aktif yang diperbolehkan per piconet dan jangkauan transmisi maksimum dari perangkat radio. Marsan dkk.,awalnya mengasumsikan bahwa prosedur terpusat dapat dilakukan, dan mereka menemukan sekumpulan master optimal serta penugasan optimal slave pada piconet. Kemudian, dengan menjaga sekumpulan master diidentifikasi melalui algoritma terpusat, mereka mengembangkan skema tugas yang terdistribusi, yang juga mendekati kinerja solusi yang terpusat. Algoritma Tabu Search (TS) dapat dilihat sebagai evolusi
dari pencarian solusi lokal optimum klasik yang disebut metodologi Tabu Search. Pendekatan yang mereka usulkan adalah untuk mencari topologi jaringan yang optimal secara terpusat, sepenuhnya bergantung pada penggunaan metodologi TS. Hasil numerik menunjukkan bahwa algoritma terdistribusi mendekati kinerja solusi terpusat untuk hampir semua jumlah node dalam area jaringan. Dalam rangka mengoptimalkan topologi dalam BT-PAN Marsan dkk., mengusulkan suatu metode dalam [26]. Pendekatan optimasi mereka didasarkan pada model yang dihasilkan dari konstruksi yang jelas untuk teknologi BT-WPAN, namun tingkat abstraksi dari model ini adalah sedemikian rupa sehingga dapat dihubungkan dengan bidang yang lebih umum dari jaringan ad hoc. Dengan menggunakan formulasi min-max, mereka menentukan topologi yang optimal yang menyediakan konektivitas jaringan penuh, memenuhi persyaratan trafik dan kendala yang ditimbulkan oleh spesifikasi sistem, dan meminimalkan beban trafik dari node yang paling padat di jaringan, atau ekuivalen konsumsi energi. Hasil penelitian Marsan dkk., menunjukkan bahwa topologi dioptimalkan untuk beberapa persyaratan trafik juga sangat kuat terhadap perubahan dalam pola trafik. Karena kompleksitas permasalahan, solusi tersebut dicapai secara terpusat. Meskipun hal ini menyiratkan keterbatasan yang parah, solusi terpusat dapat diterapkan setiap kali koordinator jaringan dipilih, dan memberikan istilah yang berguna untuk perbandingan setiap pendistribusian heuristik.
perhatian khusus. Bluetooth adalah sebuah teknologi nirkabel baru yang menjanjikan, yang memungkinkan perangkat portable untuk membentuk jaringan ad hoc nirkabel jarak pendek dan didasarkan pada lapisan fisik frekuensi hopping. Namun, perancangan topologi jaringan saat ini harus mempertimbangkan satu persyaratan bahwa perangkat portabel berpasangan dalam jangkauan satu sama lain. Masalah penentuan suatu topologi yang optimal khusus untuk BT-WPANs dibahas dalam [21] tetapi dalam tulisan mereka, tidak benar-benar ditangani. Usaha awal dalam menemukan solusi untuk masalah ini diwakili oleh [27]. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengatasi persyaratan yang ketat ini, seiring mempertahankan proses konstruksi yang mudah. Selain itu, akan menarik jika melakukan studi simulasi untuk memperkirakan parameter jadwal nyata yang dapat menghasilkan tradeoff yang baik antara throughput dicapai, panjang lintasan rata-rata dan media akses delay yang disebabkan oleh penjadwalan. Dukungan mobilitas dari algoritma tidak dibahas dalam [22]. Oleh karena itu, penelitian selanjutnya kearah pengambilan langkah-langkah untuk membuat algoritma untuk mendukung mobilitas dengan memutar waktu neighbors hingga tak terbatas. Penelitian mendatang dapat menentukan untuk menemukan kerangka matematis untuk scatternets Bluetooth, sehingga memungkinkan desain topologi scatternet yang efisien dengan konsumsi energi yang minimal. KESIMPULAN
PENGEMBANGAN MASA DEPAN
Jaringan nirkabel diimplementasikan dalam berbagai aplikasi real time. Bluetooth adalah salah satu teknologi yang kapabel untuk aplikasi nirkabel, dan banyak isu terkait namun demikian perlu dieksplorasi, baik dalam dunia akademis maupun industri. Oleh karena itu, teknologi Bluetooth yang digunakan untuk antarmuka
Dalam beberapa tahun terakhir, jaringan nirkabel ad-hoc telah menjadi ranah penelitian yang menarik. Meskipun telah ada penelitian terkait routing dalam jaringan, pembuatan topologi telah menjadi
119
perangkat dalam jarak dekat banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir. Komunikasi antara perangkat yang tersambung berlangsung melalui suatu jaringan, menggunakan sebuah topologi. Penentuan Topologi untuk BT berbasis WPAN merupakan masalah serius di sebagian besar aplikasi. Penyusunan topologi berada pada pemilihan master dan penunjukan slave tertentu yang terpilih. Banyak teknik dan metode telah diusulkan sebelumnya dalam literatur, untuk pembentukan topologi Bluetooth dalam jaringan nirkabel area pribadi. Makalah ini menyajikan sebuah survei tentang berbagai teknik topologi distribusi jaringan Bluetooth berbasis WPAN. Pekerjaan masa datang dapat difokuskan pada pendekatan pengembangan untuk penciptaan topologi yang bertanggung jawab atas konsumsi energi yang minimum antara node master dan slave. Pengembangan juga dengan pendekatan matematis untuk mempertimbangkan beban trafik antara node DAFTAR PUSTAKA
[7]. A .Capone, M. Gerla, and R. Kapoor, (2001). An Efficient Polling Schemes for Bluetooth Picocells, in Proceedings of IEEE ICC„01, vol. 7, pp. 1990-1994. [8]. Har-Shai, R. Kofman, A. Segall, and G. Zussman, (2004). Load Adaptive Inter-piconet Scheduling in Smallscale Bluetooth Scatternets, IEEE Communications Magazine, vol. 42, pp. 136–142, July 2004. [9]. Gil Zussman, Adrian Segall and Uri Yechiali, (2007). On the Analysis of the Bluetooth Time Division Duplex Mechanism, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 6, no. 6, pp. 2149-2161. [10]. Sukardi. (2003). Metodologi penelitian Pendidikan. Jakarta : PT.Bumi Aksara [11]. Hadari, Nawawi dan Mimi. (1994). Penelitian Terapan. Yogyakarta : Gajah Mada University Press [12]. Tsung-Chuan Huang, Chu-Sing Yang, Chao-Chieh Huang and ShengWen Bai, (2006). Hierarchical Grown Bluetrees (HGB): an effective topology for Bluetooth scatternets, International Journal of Computational Science and Engineering, vol. 2, no. 2, pp. 23-31. [13]. Leping Huang, Hongyuan Chen, V. L. N. Sivakumar, Tsuyoshi Kashima and Kaoru, (2004). Sezaki, Impact of Topology on Multi-hop Bluetooth Personal Area Network, Book Chapter, Springer link, pp. 131-138. [14]. Chia-Jui Hsu and Yuh-Jzer Joung, (2003). An ns-based Bluetooth Topology Construction Simulation Environment, Proceedings of the 36th annual symposium on Simulation, p. 145. [15]. Tommaso Melodia and Francesca Cuomo, (2004). Locally Optimal Scatternet Topologies for Bluetooth Ad Hoc Networks, Book Chapter on Wireless On-Demand Network Systems, Springer link, pp. 19-24.
[1]. Haartsen, (2000). The Bluetooth radio system, IEEE Personal Communications Magazine, pp. 28– 36, February 2000. [2]. The Bluetooth core specification, (2001). http://www.bluetooth.com. [3]. IEEE 802.15 Working Group, 2001, http://www.ieee802.org/15/pub/TG2.ht ml. [4]. Stalling, William. (2005). Wireless Communications and Networks. Pearson Education, Inc. [5]. Bluetooth Special Interest Group, (2004). Specification of the Bluetooth System Version 2.0, Nov. 2004. [6]. Baatz, M. Frank, C. Kuhl, P. Martini, and C. Scholz, (2002). Bluetooth Scatternet: An Enhanced Adaptive Scheduling Scheme, in Proceedings of IEEE INFOCOM„02, pp. 782-790.
120
[16]. Ting-Yu Lin, Yu-Chee Tseng and Keng-Ming Chang, (2003). A new BlueRing scatternet topology for Bluetooth with its formation, routing, and maintenance protocols, Research in Ad Hoc Networking, Smart Sensing and Pervasive Computing, vol. 3, no. 4, pp. 517-537. [17]. Carla F. Chiasserini, Marco Ajmone Marsan, Elena Baralis and Paolo Garza, (2003). Towards Feasible Topology Formation Algorithms for Bluetooth-based WPANs, 36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS„03), vol. 9, p. 313. [18]. Rajarshi Roy, Mukesh Kumar, Navin K. Sharma and Shamik Sural, (2007). Bottom-Up Construction of Bluetooth Topology under a TrafficAware Scheduling Scheme, IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 6, no. 1, pp. 72-86, January, 2007. [19]. Bin Zhen, Jonghun Park, and Yongsuk Kim, (2003). Scatternet Formation of Bluetooth Ad Hoc Networks, 36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS„03), vol. 9, p. 312. [20]. Min-Te Sun, Chung-Kuo Chang and Ten-Hwang Lai, (2002). A SelfRouting Topology for Bluetooth Scatternets, International Symposium on Parallel Architectures, Algorithms and Networks (ISPAN ‗02), p. 17. [21]. Theodoros Salonidis and Leandros Tassiulas, (2001). Distributed Topology Construction of Bluetooth Wireless Personal Area Networks, In Proceedings of IEEE INFOCOM.
121
[22]. Ruay-Shiung Chang and Ming-Te Chou, (2005). Blueline: A Distributed Bluetooth Scatternet Formation and Routing Algorithm,Journal of Information Science and Engineering, vol. 21, pp. 479-494. [23]. Metin Tekkalmaz, Hasan Sozer and Ibrahim Korpeoglu, (2006). Distributed Construction and Maintenance of Bandwidth and Energy Efficient Bluetooth Scatternets, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 17, no. 9, pp. 963-974. [24]. Guerin, J. Rank, S. Sarkar and E. Vergetis, (2003). Forming Connected Topologies in Bluetooth Ad-hoc Networks An Algorithmic Perspective. [25]. Ajmone Marsan, C. F. Chiasserini, and A. Nucci, Optimal Topology Design in Wireless Personal Area Networks, www.cercom.polito.it/Publication/Pdf/1 14.pdf. [26]. Marco Ajmone Marsan, Carla F. Chiasserini, Antonio Nucci, Giuliana Carello, and Luigi De Giovanni, (2005). Optimizing the Topology of Bluetooth Wireless Personal Area Networks. [27]. O. Miklos, A. Racz, Z. Turanyi, A.Valko, and P. Johansson, (2000). Performance Aspects of Bluetooth Scatternet Formation, First Annual Workshop on Mobile and Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc), pp. 147–148, August 2000.
