Makalah Seminar Tugas Akhir

Makalah Seminar Tugas Akhir

SIMULASI KINERJA PROTOKOL TCP PADA JARINGAN WIMAX MENGGUNAKAN NETWORK SIMULATOR 2 (NS-2) Toni Rachmanto 1), Sukiswo, ST., MT. 2), Ajub Ajulian Z., ST., MT. 2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, SH., Tembalang, Semarang, Indonesia

Abstract

Corresponding developments in technology, information access more affordable and easier. Today, more communications media that can be applied as a medium of information access. One way is to use wireless technology or media without cable as the backbone of the communication lines. One of wireless technology is now growing as an access point broadband data communications (Broadband Wireless Access) is a WiMAX. WiMAX stands for Worldwide Interoperability for Microwave Access is nirkbel technology that provides communication with a large bandwidth. WiMAX is the combination between the IEEE 802.16 standard with ETSI HiperMAN standars. Transport layer protocol type in the data communications network is TCP and UDP. TCP is a transport layer protocol that provides a service known as a connection oriented. Connection oriented means that before two applications exchange data, TCP have to do connection establishment (handshake) first. TCP New reno is an improvement of TCP Reno is allowing packet loss detection more than one in one window. TCP Westwood + is developed by Saverio Mascolo and friends of UCLA based on TCP New reno by changing from the AIMD (Additive Increase Multiplicative-Decrease) to AIAD (Additive Increase Adaptive Decrease). In WiMAX network has five scheduling services are UGS, rtPS and ertPS using UDP protocol and nrtPS and BE are using the TCP protocol. By using the software Network Simulator (NS2) to obtain performance comparation TCP protocol-based services on the WiMAX network with QoS parameters are time delay, packetloss and throughput. Keyword : WiMAX, TCP,New reno, Westwood+, QoS, Network Simulator-2 (NS2).

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan sistem telekomunikasi yang begitu pesat yang mendorong akses data yang semakin besar membutuhkan jaringan Broadband Wireless Acces (BWA) atau titik akses tanpa kabel pita lebar yang handal. WiMAX sebagai teknologi terkini yang mulai dikembangkan sebagai teknologi generasi keempat memberikan solusi kebutuhan akses data pita lebar dan handal. WiMAX dikembangkan oleh IEEE yang merupakan penggabungan antara IEEE 802.16 dan ETSI HiperMAN. Pada jaringan WiMAX terdapat dua protokol pengiriman data yaitu UDP dan TCP. TCP sebagai protokol connection oriented yang memiliki mekanisme congestion avoidance untuk menjamin pengiriman paket data tidak hilang dan sampai ke tujuan. TCP Westwood+ merupakan TCP yang telah dikembangkan dari TCP New reno dalam mekanisme congestion avoidance perlu untuk di uji perbandingan kinerjanya dalam jaringan BWA WiMAX. Network Simulator 2 (NS2) sebagai aplikasi yang akan mensimulasikan kinerja TCP Westwood+ dan TCP New reno untuk melihat congestion window, waktu tunda dan Throughput. 1.2 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian ini adalah mensimulasikan jaringan WiMAX menggunakan 1) Mahasiswa Teknik Elektro UNDIP 2) Dosen Teknik Elektro UNDIP

program Network Simulator 2 (NS2) serta mengetahui perbandingan kinerja TCP Westwood+ dan TCP New reno dengan parameter throughput, time delay, dan fairness. Diharapkan penelitian ini bermanfaat untuk membantu menganalisa dan mempelajari jaringan WiMAX. Mempelajari mekanisme TCP Westwod+ dibandingkan TCP New reno. 1.3 Pembatasan Masalah 1. Topologi jaringan yang digunakan adalah topologi jaringan WiMAX pada ruang terbuka dengan model Two Ray ground dengan variasi error rate. 2. Analisa kinerja berdasarkan parameter QoS yaitu throughput, time delay, dan fairness pada protokol TCP. 3. Transport Agent yang digunakan TCP dan UDP . 4. Varian TCP yang dibandingkan adalah TCP New reno dan TCP Westwood+. 5. Layanan WiMAX pada protokol TCP yang digunakan adalah nrtPS. 6. Tidak membahas secara detail terhadap modulasi dan keamanan jaringan WiMAX. 7. Menggunakan network simulator NS-2 2.29, modul TCP Westwood+ yang dikembangkan UCLA dan modul WiMAX 802.16-2004 yang dikembangkan NDSL. 8. Waktu pengamatan simulasi dibatasi selama 120 detik.

1

II. DASAR TEORI 2.1 Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) didefinisikan sebagai sebuah sertifikasi untuk produk-produk yang lulus tes dan cocok sesuai dengan standar IEEE 802.16. WiMAX merupakan teknologi broadband nirkabel yang menyediakan hubungan pita lebar dengan jangkauan yang jauh. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya yang memiliki keterbatasan baik dalan kecepatan data ataupun jangkauan layananya. WiMAX merupakan penggabungan antara standar IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN.

2.2.2 Topologi Jaringan WiMAX Dalam penggunaan arsitektur jaringan WiMAX dapat digunakan 3 jenis topologi yaitu:. 1. Topologi Point To Point ( PTP ). Pada topologi point to point digunakan untuk menghubungkan antara dua titik yaitu satu pengirim dan satu penerima. Topologi ini biasanya digunakan sebagai backhaul atau transfer dari titik sumber data ( data center, central office dan lain-lain ) ke titik penerima seperti base station penyebar atau juga repeater untuk didistribusikan menggunakan topologi point to multi point ke sejumlah pelanggan. Pada topologi ini pancaran fokus antara dua titik dan throughput radio akan lebih kuat dari topologi point to multi point sehingga jarak antar dua titik bisa sangat jauh. Namun demikian pada topologi ini harus memenuhi kriteria LOS Line Of Sight (terlihat tanpa ada penghalang di antaranya). Boleh ada penghalang di antaranya tetapi tidak boleh masuk dalam area jari-jari pertama zona Fresnel (Fresnel Zone 1). 2. Topologi Point To Multi Point ( PMP ). Topologi PMP biasanya digunakan untuk melayani akses langsung ke pelanggan. Dalam topologi ini BS ( Base Station ) WiMAX melayani beberapa SS ( Sub Scriber ) sekaligus. Kemampuan dari jumlah subscriber tergantung dari tipe QoS yang ditawarkan oleh operator. Ketika tiap SS mendapatkan bandwidth yang cukup besar, maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas jumlah pengguna juga akan semakin berkurang dan sebaliknya bila bandwidth yang dialokasikan semakin sedikit, maka kapasitasnya akan semakin besar. Jaringan point-to-multipoint ada yang mampu membentuk jaringan yang baik walaupun diantaranya terdapat penghalang (NLOS = Not Line Of Sight). Teknologi yang digunakan adalah OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Memanfaatkan penghalang (obstacle) sebagai media pemantul sinyal OFDM yang mempunyai banyak pembawa (multi-carrier) sampai ke tujuan. Sehingga sinyal yang datang dari berbagai arah pantulan sampai di sisi penerima dibuat saling memperkuat. Jika jarak antar antena tidak ada penghalang maka jangkauannya akan lebih jauh. 3. Topologi Mesh. Pada topologi mesh merupakan penggabungan antara topologi point to point dan point to multi point sehingga pada setiap titik akan dapat saling terhubung secara langsung untuk melakukan hubungan komunikasi. Topologi ini cocok diterapkan untuk melayani cakupan wilayah yang luas dengan beberapa repeater yang saling terhubung satu dengan yang lainya.

Gambar 1. Standar teknis jaringan tanpa kabel ( wireless )[12]

2.2 Spesifikasi WiMAX 2.2.1 Perkembangan Teknologi WiMAX Standar IEEE 802.16 WiMAX merupakan sebuah standar untuk Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) yang merupakan air interface untuk aplikasi BWA sebagai landasan untuk teknologi wireless multimedia generasi ke empat (4G). Sertifikasi IEEE 802.16-2004(d) untuk jaringan fixed dan IEEE 802.16e secara umum dibuat untuk mendukung aplikasi fixed dan mobile sekaligus pada band terlisensi 2-6 GHz pada kondisi LOS maupun NLOS. WiMAX menyediakan transmisi non line-ofsight (NLOS) sampai 6-10 km (4-6 miles) untuk Customer Premise Equipment (CPE) fixed. Tabel 1. Spesifikasi teknologi WiMAX[2]

2

tidak digaransi. Contoh : FTP (File Transfer Protokol) dan video and audio streaming. 4. Extended Real-time Polling Service (ertPS). Merupakan kelas yang dibuat berdasarkan efisiensi dari kelas UGS dan rtPS yaitu Unicast grant diberikan oleh Base station tanpa meminta terlebih dahulu dan paket yang dapat beragam ( tidak fixed size).Merupakan layanan dengan Maximum Sustained Traffic Rate, Maximum latency, Request/transmission polic, dan minimum Reserved traffic Rate. Contoh aplikasi aitu Voice Over IP with silence suppression. 5. Best Effort (BE). Layanan ini cocok untuk trafik yang bersifat best-effort yang tidak membutuhkan jaminan kecepatan data. Layanan ini tidak ada jaminan (requirement) pada rate atau delay-nya. Aplikasi yang menggunakan layanan ini mendapatkan jatah bandwidth yang tersisa setelah keempat tipe layanan di atas mendapatkan bagianya. Contoh: telnet dan layanan internet web surfing.

2.2.3 Struktur Layer pada Jaringan WiMAX IEEE 802.16d Standar WiMAX IEEE 802.16d secara khusus mengembangkan teknologi pada lapisan layer 1 atau layer fisik (PHY) dan layer 2 atau layer data link (MAC) untuk mendapatkan kehandalan dalam menjamin QoS yang diberikan pada pelanggan. Berikut ini adalah struktur layer sistem WiMAX.

2.3.2 Parameter QoS Parameter QoS menggolongkan kualitas transfer yang diberikan oleh suatu koneksi yang diperoleh dengan membandingkan unit data pada sisi masukan dan keluaran interface. Parameter QoS adalah : 1. Waktu tunda (time delay). 2. Throughput. 3. Fairness.

Gambar 2. Struktur layer fisik dan data link WiMAX 802.16d[8]

2.3 Quality of Service (QoS) 2.3.1 QoS WiMAX. Pembagian kelas QoS WiMAX menurut standar IEEE 802.16 antara lain: 1. UGS (Unsolicited Grant Service). Didesain untuk mendukung layanan constant bit rate (CBR) yang dapat memberikan transfer data secara periodik dalam ukuran yang sama (burst), untuk mentransmisikan suara yang tidak terkompresi, layanan ini mengirimkan sejumlah data yang telah ditentukan sebelumnya pada interval waktu yang juga telah ditentukan sebelumnya dengan cara mengalokasikan sejumlah time slot untuk setiap koneksi 2. Real Time Polling Service (rtPS). Didesain untuk mendukung real-time service flow yang menggenerate variable size data paket dalam periode basis, untuk layanan multimedia terkompresi dengan jumlah bandwidth yang dibutuhkan bisa bervariasi setiap saat. Memiliki daransi rate dan syarat delay telah ditentukan. Contoh layanan ini antara lain MPEG video, VoIP, streaming audio dan video. 3. Non-Real-Time Polling Service (nrtPS). Layanan nrtPS efektif untuk aplikasi yang membutuhkan throughput yang intensif dengan garansi minimal pada latency-nya. Layanan non real-time dengan regular variable size burst. Layanan mungkin dapat di-expand sampai full bandwidth namun dibatasi pada kecepatan maksimum yang telah ditentukan. Garansi rate diperlukan namun delay

2.4 TCP

Transmission Control Protocol (TCP) adalah suatu protokol yang berada di lapisan transport (baik itu dalam tujuh lapis model referensi OSI atau model DARPA) yang berorientasi sambungan (connectionoriented) dan dapat diandalkan (reliable). TCP dispesifikasikan dalam RFC 793. TCP memiliki karakteristik sebagai berikut: 1. Berorientasi sambungan (connection-oriented): Sebelum data dapat ditransmisikan antara dua host, dua proses yang berjalan pada lapisan aplikasi harus melakukan negosiasi untuk membuat sesi koneksi terlebih dahulu. Koneksi TCP ditutup dengan menggunakan proses terminasi koneksi TCP (TCP connection termination). 2. Full-duplex: Untuk setiap host TCP, koneksi yang terjadi antara dua host terdiri atas dua buah jalur, yakni jalur keluar dan jalur masuk. Dengan menggunakan teknologi lapisan yang lebih rendah yang mendukung full-duplex, maka data pun dapat secara simultan diterima dan dikirim. Header TCP berisi nomor urut (TCP sequence number) dari data yang ditransmisikan dan sebuah acknowledgment dari data yang masuk. 3

3. Dapat diandalkan (reliable): Data yang dikirimkan ke sebuah koneksi TCP akan diurutkan dengan sebuah nomor urut paket dan akan mengharapkan paket positive acknowledgment dari penerima. Jika tidak ada acknowledgment dari penerima, maka segmen TCP (protocol data unit dalam protokol TCP) akan ditransmisikan ulang. Pada pihak penerima, segmen-segmen duplikat akan diabaikan dan segmen-segmen yang datang tidak sesuai dengan urutannya akan diletakkan di belakang untuk mengurutkan segmen-segmen TCP. Untuk menjamin integritas setiap segmen TCP, TCP mengimplementasikan penghitungan TCP Checksum. 4. Byte stream: TCP melihat data yang dikirimkan dan diterima melalui dua jalur masuk dan jalur keluar TCP sebagai sebuah byte stream yang berdekatan. Nomor urut TCP dan nomor acknowlegment dalam setiap header TCP didefinisikan juga dalam bentuk byte. Meski demikian, TCP tidak mengetahui batasan pesanpesan di dalam byte stream TCP tersebut. Untuk melakukannya, hal ini diserahkan kepada protokol lapisan aplikasi (dalam DARPA Reference Model), yang harus menerjemahkan byte stream TCP ke dalam "bahasa" yang ia pahami. 5. Memiliki layanan flow control: Untuk mencegah data terlalu banyak dikirimkan pada satu waktu, yang akhirnya membuat "macet" jaringan internetwork IP, TCP mengimplementasikan layanan flow control yang dimiliki oleh pihak pengirim yang secara terus menerus memantau dan membatasi jumlah data yang dikirimkan pada satu waktu. Untuk mencegah pihak penerima untuk memperoleh data yang tidak dapat disangganya (buffer), TCP juga mengimplementasikan flow control dalam pihak penerima, yang mengindikasikan jumlah buffer yang masih tersedia dalam pihak penerima. 6. Mengirimkan paket secara "one-to-one": hal ini karena memang TCP harus membuat sebuah sirkuit logis antara dua buah protokol lapisan aplikasi agar saling dapat berkomunikasi. TCP tidak menyediakan layanan pengiriman data secara one-to-many.

avoidance dengan menurunkan ssthresh menjadi setengahnya dan cwnd=1.

Gambar 3. Kontrol kongesti pada TCP[10]

2.4.2 TCP New reno TCP New reno merupakan pengembangan dari TCP Reno yang hanya dapat menangani satu segmen paket data yang hilang sehingga dapat menangani pengiriman ulang paket data hilang lebih dari satu dalam satu window tanpa menurunkan ssthresh berkali-kali karena tidak akan meninggalkan fase fast recovery sebelum semua paket dalam satu window di ack semua.

Gambar 4. Kontrol kongesti pada TCP Reno[18]

2.4.3 TCP Westwood+ TCP Westwood merupakan varian TCP yang dikembangkan oleh Saverio Mascolo dan kawankawan di UCLA yang akan berevolusi menjadi TCP westwood+ dengan pengembangan lebih lanjut berdasar TCP Reno/New reno. Hal yang membedakan antara Westwood+ dengan TCP New reno terletak pada kontrol kongesti. TCP New reno menggunakan AIMD (Additive Increse, Multiplicative Decrease) sedangkan pada TCP Westwood+ menggunakan AIAD (Additive Increse, Adaptive Decrease). Pada AIMD TCP New reno, saat terjadi kongesti maka paket hilang akan direspon dengan menurunkan ssthres dan cwnd menjadi setengah sehingga lebar pita yang dipakai menurun drastis. Pada AIAD TCP Westwood+, paket hilang tidak akan direspon secara ekstrim karena nilai ssthres dan cwnd akan diestimasi secara adaptif berdasarkan bandwidth end-to-end pada jaringan.

2.4.1 TCP Standar TCP Standar dirancang oleh Van Jacobson pada akhir tahun 80-an. TCP menggunakan algoritma untuk mengatur pengiriman data untuk menghindari kongesti jaringan dengan suatu fase slow start, congestion avoidance dan fast retransmit. Pada fase slow start, window akan naik secara eksponensial hingga ssthresh tercapai kemudian akan menaikkan secara additive untuk setiap paket yang terkirim. Jika terjadi packet loss akan masuk fase congestion

4

Gambar 5. Kontrol ukuran congestion window (cwnd) pada TCP Westwood+[18]

8

Basic CIDs

1-1000

9

Primary CIDs

1001-2000

10

Transport/secondary Management CIDs

2001-65278

11

Broadcast CIDs

65535

12

SFID range

1-4294967295

13

TTG

200 µs

14

RTG

200 µs

3.2 Skenario Simulasi 3.2.1 Skenario 1: Server Client Pada skenario pertama ini akan menguji perbandingan kinerja TCP New reno dibandingkan dengan TCP Westwood+ dengan menggunakan konfigurasi sederhana antara 1 server dan 1 client. Konfigurasi ini untuk menguji kinerja TCP juga akan diubah-ubah nilai error rate pada jaringan WiMAX tersebut agar bisa diketahui kinerja congestion window dari masing-masing TCP dengan variasi sebagai berikut:

2.5 Network Simulator 2 (NS-2) Network simulator (NS) dibangun sebagai varian dari REAL Network Simulator pada tahun 1989 di UCB (University of California Berkeley). Dari awal tim ini dibangun sebuah perangkat lunak simulasi jaringan Internet untuk kepentingan riset interaksi antar protokol dalam konteks pengembangan protokol internet pada saat ini dan masa yang akan 5ating. Network Simulator merupakan salah satu perangkat lunak atau software yang dapat menampilkan secara simulasi proses komunikasi dan bagaimana proses komunikasi tersebut berlangsung. Network Simulator melayani simulasi untuk komunikasi dengan kabel dan komunikasi wireless.

Tabel 3. Error rate pada konfigurasi server client No. Error Rate

III. PERANCANGAN SIMULASI 3.1 Parameter WiMAX Pada perancangan simulasi kinerja protokol TCP pada jaringan WiMAX menggunakan Network Simulator 2 (NS-2) ini akan digunakan untuk menganalisa kinerja TCP New Reno dan TCP Westwood+. Kedua jenis TCP tersebut memiliki karakteristik yang berbeda dalam mengatasi kongesti pada jaringan. Simulasi WiMAX menggunakan NS-2 terdiri dari 1 BS melayani beberapa SS tergantung skenario jaringan pada daerah yang berukuran 1000 m X 1000 m. Perancangan program simulasi bertujuan untuk merancang sistem yang semirip mugkin dengan kondisi jaringan WiMAX yang sebenarnya. Parameter WiMAX yang dipakai dalam modul ini dapat dilihat dalam tabel berikut:

1

0,001

2

0,01

3

0,1

Gambar dari konfigurasi server client pada jaringan WiMAX node 0 bertindak sebagai server sedangkan node 1 bertindak sebagai client. Layanan QoS dari WiMAX yang digunakan untuk membangkitkan trafik TCP baik TCP New reno dan TCP Westwood+ adalah layanan QoS Non-Real-Time Polling Service (nrtPS). Konfigurasi skenario 1 dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Tabel 2. Parameter pada WiMAX[4] No

Parameter

Nilai

1

Rasio UL/DL

3:2

2

Jumlah simbol OFDMA tiap frame

48

3

OFDMA symbol time

100.84 µs

4

Panjang frame OFDMA

5 ms

5

Jumlah subchannel

30

6

Bandwidth Request opp

12 simbol OFDMA

7

Initial ranging CID

0

Gambar 6. Konfigurasi skenario 1 server client

3.2.2 Skenario 2: Konfigurasi Jaringan Antar Layanan QoS WiMAX Pada konfigurasi 2 ini akan menguji perbandingan kinerja antara TCP New reno dan TCP Westwood+ pada jaringan yang terdiri dari beberapa layanan QoS pada WiMAX antara lain layanan UGS

5

(Unsolicited Grant Service), rtPS (Real Time Polling Service), ertPS (Extended Real Time Polling Service) serta Non Real Time Polling Service (nrtPS). Jumlah node pada konfigurasi ini ada 4 buah jadi masingmasing layanan QoS terdapat 1 node untuk membangkitkan trafik layanan. Layanan QoS yang digunakan oleh TCP New reno dan TCP Westwood+ adalah layanan QoS nrtPS. Pada konfigurasi ini akan diuji kinerja TCP jika dihadapkan pada layanan WiMAX lainnya yang memiliki garansi kualitas layanan yang lebih mendapat prioritas. Dari skenario ini diharapkan dapat terlihat bagaimana WiMAX memberikan garansi layanan untuk menjaga QoS yang dapat diandalkan. Untuk melihat kehandalan garansi layanan WiMAX maka pada skenario ini akan menggunakan error rate 0,001 dan 0,02. Konfigurasi skenario 2 ini dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 8. Konfigurasi uji fairness TCP

IV. EVALUASI UNJUK KERJA PROTOKOL TCP 4.1 Evaluasi Skenario 1: Konfigurasi Server Client 4.1.1 Error Rate 0,001 Pada simulasi pertama ini didapatkan hasil berikut ini:

Gambar 7. Konfigurasi antar layanan QoS WiMAX

3.2.3 Skenario 3: Uji Fairness TCP Pada skenario 3 ini digunakan untuk menguji fairness antar protokol TCP dalam satu jaringan. Pada skenario ini menggunakan konfigurasi jaringan bottleneck yang terdiri dari 3 sumber trafik TCP yang berjalan dalam satu jaringan. Jadi dalam skenario ini ada 1 server yang melayani 3 client yang membangkitkan trafik TCP secara bersama-sama. Pada protokol yang memiliki tingkat fairness yang baik maka distribusi lebar pita akan merata antara satu trafik dengan trafik yang lainnya, jadi tidak ada trafik yang lebih mendominasi diantara trafik yang lainnya. Sehingga dalam skenario ini akan diuji tingkat fairness antara TCP New reno dan TCP Westwood+ terhadap protokol yang sejenis. Untuk uji fairness ini akan dilakukan dua jenis skenario. Skenario pertama, ketiga trafik TCP akan dibangkitkan secara bersamaan dari awal mulainya simulasi dan skenario kedua, ketiga trafik TCP tidak dibangkitkan bersamaan namun bertahap dengan selang waktu 30 detik. Trafik TCP pertama dibangkitkan pada detik 0, selanjutnya trafik TCP kedua dibangkitkan pada detik ke-30 dan terakhir trafik TCP ketiga dibangkitkan pada detik ke60. Gambar skenario uji fairness TCP ini dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 9. Congestion window (cwnd) antara TCP New reno dengan TCP Westwood+ e=0,001

Dari gambar 9 di atas terlihat kinerja TCP Westwood+ lebih baik karena cwnd berada di atas TCP New reno. Pada TCP New reno nilai maksimum cwnd mencapai 90, sedangkan pada TCP Westwood+ bisa di atas 120. Tabel 4. Perbandingan Throughput TCP New reno dan Westwood+ e=0,001 TCP New reno

No

6

Waktu (detik)

Jmh paket diterima (Byte)

TCP westwood+ Waktu

Throughput

tunda

(Kbps)

rata-rata (detik)

Jmh paket diterima (Byte)

Waktu Throughput

tunda

(Kbps)

rata-rata (detik)

1.

10

30.193

24,2

0,015294

30.193

24,2

0,015294

2.

20

28.122

22,5

0,015294

41.747

33,4

0,015294

3.

30

28.667

22,9

0,015294

86.001

68,8

0,015294

4.

40

66.163

52,9

0,015294

120.772

96,6

0,015294

5.

50

110.417

88,3

0,015294

175.163

140,1

0,015294

6.

60

136.141

108,9

0,015294

161.974

129,6

0,015294

7.

70

109.981

88,0

0,015294

144.861

115,9

0,015294

8.

80

85.238

68,2

0,015294

105.621

84,5

0,015294

9.

90

97.337

77,9

0,015294

111.180

88,9

0,015294

10.

100

91.778

73,4

0,015294

111.180

88,9

0,015294

11.

110

138.321

110,7

0,015294

105.621

84,5

0,015294

12

120

Total/Rata2

161.974

129,6

0,015294

100.934

80,7

0,015294

1.084.332

72,3

0,015294

1.295.247

86,4

0,015294

4.1.2

Error Rate 0,01 Pada simulasi kedua ini menghasilkan data sebagai berikut:

Gambar 10. Throughput TCP New reno dan Westwood+ e=0,001

Nilai throughput TCP berbanding lurus dengan ukuran window-nya karena menunjukkan jumlah Byte yang dikirimkan untuk tiap 1 MSS (Maximum Segment Size, semakin tinggi ukuran window-nya maka jumlah Byte yang dikirimkan semakin besar sehingga throughput juga menjadi besar. Dari tabel 4 dapat terlihat perbandingan throughput antara TCP New reno terhadap TCP Westwood+, dari tabel tersebut terlihat bahwa throughput TCP Westwood+ lebih tinggi dibandingkan TCP New reno. Pada 10 detik awal simulasi terlihat ukuran cwnd dari kedua TCP sama sehingga throughput dari kedua TCP juga sama sekitar 24,2 Kbps dan jumlah paket yang diterima 30.193 Byte. Namun untuk detik-detik berikutnya kinerja dari TCP Westwood+ lebih baik dibandingkan dengan TCP New reno. Hal tersebut bisa dilihat pada gambar 10 bahwa throughput TCP Westwood+ berada di atas garis throughput TCP New reno walaupun di detik akhir simulasi TCP New reno bisa di atas TCP Westwood+. Klo dilihat secara total selama 120 detik simulasi, jumlah paket yang diterima oleh TCP New reno berjumlah 1.084.332 Byte, sedangkan jumlah paket yang diterima TCP Westwood+ berjumlah 1.295.247 Byte. Jadi kinerja TCP Westwood+ lebih baik karena jumlah paket yang diterima lebih tinggi 19,45% dibandingkan jumlah paket yang diterima TCP New reno. Rata-rata throughput TCP Westwood+ yaitu 86,4 Kbps juga lebih tinggi dari rata-rata throughput TCP New reno pada nilai 72,3 Kbps. Untuk waktu tunda rata-rata kedua TCP sama pada nilai 0,015294 detik.

Gambar 11. Congestion window (cwnd) antara TCP New reno dengan TCP Westwood+ e=0,01

Dari gambar 11 terlihat bahwa congestion window dari TCP Westwood+ lebih baik dibandingkan congestion window dari TCP New reno. Nilai maksimum dari congestion window TCP Westwood+ mencapai sekitar 70-an sedangkan nilai maksimum congestion window TCP New reno hanya mencapai 20-an. Tabel 5. Perbandingan throughput TCP New reno dan Westwood+ e=0,01 TCP New reno Jmh No

Waktu

paket

Throughput

(detik)

diterima

(Kbps)

(Byte)

7

TCP westwood+ Waktu tunda ratarata (detik)

Jmh paket

Throughput

diterima

(Kbps)

(Byte)

Waktu tunda ratarata (detik)

1.

10

28.122

22,5

0,015294

29.975

24,0

0,015294

2.

20

27.686

22,1

0,015294

40.439

32,4

0,015294

3.

30

20.274

16,2

0,015294

58.642

46,9

0,015294

4.

40

9.374

7,5

0,015294

70.959

56,8

0,015294

5.

50

27.468

22,0

0,015294

42.728

34,2

0,015294

6.

60

11.118

8,9

0,015294

41.420

33,1

0,015294

7.

70

23.108

18,5

0,015294

46.652

37,3

0,015294

8.

80

27.359

21,9

0,015294

22.563

18,1

0,015294

9.

90

20.165

16,1

0,015294

23.762

19,0

0,015294

10.

100

30.411

24,3

0,015294

42.837

34,3

0,015294

11.

110

23.435

18,7

0,015294

76.954

61,6

0,015294

12

120

23.871

19,1

0,015294

67.362

53,9

0,015294

Total/Rata2

272.391

18,2

0,015294

564.293

37,6

0,015294

Gambar 13. Congestion window (cwnd) antara TCP New reno dengan TCP Westwood+ e=0,1

Gambar 12. Throughput TCP New reno dan Westwood+ e=0,01

Dari gambar 12 di atas terlihat bahwa throughput TCP Westwood+ masih berada di atas TCP New reno. Secara keseluruhan berdasarkan tabel 5, selama simulasi rata-rata throughput dari TCP Westwood+ sekitar 37,6 Kbps, nilai itu sekitar dua kali lipat dari throughput dari TCP New reno yang hanya berkisar pada 18,2 Kbps. Klo dilihat dari total paket yang diterima, pada TCP Westwood+ dapat mengirimkan paket sejmlah 564.293 Byte dan TCP New reno dapat mengirimkan paket sejumlah 272.391 Byte. Jadi paket yang dapat dikirimkan TCP Westwood+ lebih tinggi 107% dibandingkan pada TCP New reno. Perbedaan yang cukup jauh tersebut membuktikan bahwa kinerja dari TCP Westwood+ lebih baik dalam kondisi jaringan yang agak buruk tersebut. Untuk waktu tunda rata-rata masih sama untuk masing-masing TCP dan tidak terjadi kenaikan dibandingkan pada kondisi jaringan dengan error rate sebelumnya yaitu pada 0,015294 detik.

Dari gambar 13 di atas terlihat pada error rate 0,1 terjadi kongesti yang cukup besar selama simulasi hal ini ditandai dengan nilai cwnd yang jatuh ke nilai awal slow start berulang-ulang. Namun jika dibandingkan antara TCP Westwood+ dan TCP New reno maka masih terlihat kinerja yang lebih baik pada TCP Westwood+ namun tidak terlalu jauh. Nilai maksimum dari TCP Westwood+ lebih tinggi pada nilai 12 sedangkan TCP New reno pada nilai 9. Dari gambar tersebut jg dilihat bahwa nilai minimum TCP Westwood+ adalah 2 sedangkan pada TCP New reno adalah 1. Tabel 6. Perbandingan kinerja TCP New reno dan TCP Westwood+ pada e=0,1 TCP New reno Jmh No

Waktu

paket

Throughput

tunda

(detik)

diterima

(Kbps)

rata-rata

(Byte)

4.1.3

Error Rate 0,1 Pada simulasi ketiga ini menghasilkan data sebagai berikut:

8

TCP westwood+ Waktu

(detik)

Jmh paket diterima (Byte)

Throughput (Kbps)

Waktu tunda ratarata (detik)

1.

10

1.199

1,0

0,015294

2.398

1,9

0,015294

2.

20

3.815

3,1

0,015294

3.597

2,9

0,015294

3.

30

7.085

5,7

0,015294

8.611

6,9

0,015294

4.

40

8.284

6,6

0,015294

6.540

5,2

0,015294

5.

50

5.014

4,0

0,015294

6.540

5,2

0,015294

6.

60

5.777

4,6

0,015294

8.502

6,8

0,015294

7.

70

5.777

4,6

0,015294

6.976

5,6

0,015294

8.

80

4.905

3,9

0,015294

6.104

4,9

0,015294

9.

90

5.341

4,3

0,015294

7.521

6,0

0,015294

10.

100

4.033

3,2

0,015294

5.123

4,1

0,015294

11.

110

5.232

4,2

0,015294

5.450

4,4

0,015294

12

120

4.142

3,3

0,015294

5.668

4,5

0,015294

Total/Rata2

60.604

4,0

0,015294

73.030

4,9

0,015294

4.2 Skenario 2: Konfigurasi Jaringan Antar Layanan QoS WiMAX 4.2.1 Error Rate 0,001 Pada simulasi keempat ini menghasilkan data sebagai berikut:

Gambar 14. Throughput TCP New reno dan Westwood+ e=0,1

Dari gambar 14 di atas terlihat bahwa throughput TCP Westwood+ masih berada di atas TCP New reno. Secara keseluruhan berdasarkan tabel 6, selama simulasi rata-rata throughput dari TCP Westwood+ sekitr 4,9 Kbps, tidak terpaut jauh dari throughput dari TCP New reno yang berkisar pada 4,0 Kbps. Klo dilihat dari total paket yang diterima, pada TCP Westwood+ dapat mengirimkan paket sejumlah 73.030 Byte dan TCP New reno dapat mengirimkan paket sejumlah 60.604 Byte. Jadi paket yang dapat dikirimkan TCP Westwood+ lebih tinggi 20,5% dibandingkan pada TCP New reno. Perbedaan yang tidak terlampau jauh tersebut masih dapat membuktikan bahwa kinerja dari TCP Westwood+ lebih baik dalam kondisi jaringan yang sangat buruk tersebut. Untuk waktu tunda rata-rata masih sama untuk masing-masing TCP dan tidak terjadi kenaikan dibandingkan pada kondisi jaringan dengan error rate sebelumnya yaitu pada 0,015294 detik.

Gambar 16. Congestion window (cwnd) antara TCP New reno dengan TCP Westwood+ e=0,001

Dari gambar 16 di atas dapat dilihat kinerja TCP Westwood+ saat diuji pada jaringan yang ada trafik lain masih menunjukkan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan TCP New reno. Nilai maksimum cwnd TCP Westwood+ mampu mencapai di atas 170 sedangkan pada TCP New reno hanya 40. Throughput secara keseluruhan antar layanan QoS dapat dilihat pada tabel dan gambar berikut. Tabel 7. Perbandingan kinerja TCP New reno dan TCP Westwood+ e=0,001 TCP New reno Layanan QoS

Perbandingan Jumlah Paket diterima

TCP Westwood+

Paket diterima (Byte)

Throughput rata-rata

(Kbps)

delay rata-rata (detik)

Paket diterima (Byte)

Throughput rata-rata (Kbps)

delay rata-rata (detik)

UGS

521.783

34,79

0,004835

521.347

34,76

0,004835

ertPS

469.790

31,32

0,006752

469.681

31,31

0,006752

rtPS

2.769.690

184,65

0,005514

2.762.605

184,17

0,005514

nrtPS

553.175

36,88

0,003028

1.271.812

84,79

0,003028

Jmh Byte

2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 0.001

0.01

0.1

error rate

TCP Newreno

TCP Westwood+

Gambar 15. Perbandingan jumlah paket yang diterima TCP dengan variasi error rate

Gambar 17. Throughput TCP New reno dan Westwood+

9

Dari data di atas dapat dilihat kinerja masingmasing TCP berdasarkan nilai throughput rata-rata pada jaringan dengan trafik jamak. Throughput TCP New reno adalah throughput dari layanan nrtPS mengalami fluktuasi anatar 30 Kbps sampai dengan 60 Kbps dengan nilai throughput rata-rata 36,88 Kbps. Nilai throughput layanan QoS UGS, ertPS dan rtPS dilihat dari tabel 7 dengan throughput rata-rata sekitar 34,79 Kbps, 31,32 Kbps dan 184,65 Kbps. Sedangkan waktu tunda rata-rata UGS, ertPS, rtPS dan nrtPS yaitu berturut-turut 0,004835 detik, 0,006752 detik, 0,005514 detik dan 0,003028 detik. Jumlah paket yang diterima pada TCP New reno berjumlah 553.175 Byte. Pada TCP Westwood+ ini memiliki nilai throughput rata-rata sebesar 84,79 Kbps, lebih tinggi dari TCP New reno. Perbandingan throughput antara TCP New reno dan TCP Westwood+ dapat dilihat pada gambar 17. Jumlah paket yang diterima pada TCP Westwood+ terjadi kenaikan sebesar 130% menjadi 1.271.812 Byte. Jumlah paket untuk layanan QoS lainnya dapat dilihat di tabel 7, dengan jumlah paket terbesar yang terkirim adalah pada layanan rtPS. Untuk waktu tunda tidak mengalami perubahan dan masih sama baik pada simulasi menggunakan TCP Newereno dan TCP Westwood+. Dari data simulasi tersebut dapat disimpulkan bahwa kinerja TCP Westwood+ pada jaringan trafik jamak lebih baik dibandingkan TCP New reno.

error rate menjadi 0,02, TCP Westwood+ masih lebih baik dalam menangani error jaringan.

4.2.2 Error Rate 0,02 Pada simulasi kelima ini menghasilkan data sebagai berikut:

Gambar 19. Throughput TCP New reno dan Westwood+

Tabel 8. Perbandingan kinerja TCP New reno dan Westwood+ TCP New reno Layanan QoS

TCP Westwood+

Paket diterima (Byte)

Throughput rata-rata (Kbps)

delay ratarata (detik)

Paket diterima (Byte)

Throughput rata-rata

(Kbps)

delay ratarata (detik)

UGS

502.381

33,50

0,004835

500.419

33,36

0,004835

ertPS

451.478

30,10

0,006752

452.677

30,18

0,006752

rtPS

2.664.287

177,62

0,005514

2.650.880

176,73

0,005514

nrtPS

126.113

8,41

0,003028

192.603

12,84

0,003028

Dari data di atas dapat dilihat kinerja masingmasing TCP berdasarkan nilai throughput rata-rata pada jaringan dengan trafik jamak. Throughput TCP New reno adalah throughput dari layanan nrtPS mengalami fluktuasi antara 2 Kbps sampai dengan 17 Kbps dengan nilai throughput rata-rata 8,41 Kbps. Nilai throughput layanan QoS UGS, ertPS dan rtPS dilihat dari tabel 8 memiliki throughput rata-rata sekitar 33,50 Kbps, 30,10 Kbps dan 177,62 Kbps. Sedangkan waktu tunda rata-rata UGS, ertPS, rtPS dan nrtPS yaitu berturut-turut 0,004835 detik, 0,006752 detik, 0,005514 detik dan 0,003028 detik. Jumlah paket yang diterima pada TCP New reno berjumlah 126.113 Byte. Pada TCP Westwood+ memiliki nilai throughput rata-rata sebesar 12,84 Kbps, lebih tinggi dari TCP New reno. Perbandingan throughput antara TCP New reno dan TCP Westwood+ dapat dilihat pada gambar 19. Jumlah paket yang diterima pada TCP Westwood+ terjadi kenaikan sebesar 53% menjadi 192.603 Byte. Jumlah paket yang terkirim untuk layanan QoS lainnya dapat dilihat di tabel 8, dengan jumlah paket terbesar yang terkirim adalah pada layanan rtPS. Untuk waktu tunda tidak mengalami perubahan dan masih sama baik pada simulasi menggunakan TCP Newereno dan TCP

Gambar 18. Congestion window (cwnd) antara TCP New reno dengan TCP Westwood+ e=0,02

Dari gambar 18 di atas dapat dilihat bahwa nilai cwnd dari TCP Westwood+ rata-rata masih berada di atas cwnd TCP New reno. Nilai maksimum cwnd TCP Westwood+ bisa sampai nilai 28 sedangkan nilai maksimum cwnd TCP New reno hanya 17. Hal itu menunjukkan dengan kenaikan

10

Westwood+. Dari data simulasi tersebut dapat disimpulkan bahwa kinerja TCP Westwood+ pada jaringan trafik jamak lebih baik dibandingkan TCP New reno. Satu hal yang mungkin bisa kita ketahui dengan membandingkan tabel 7 dan tabel 8, kita bisa melihat bahwa throughput rata-rata dari UGS, ertPS dan rtPS cenderung stabil dan tidak berubah banyak dibandingkan nrtPS meskipun terjadi perubahan error rate dari 0,001 menjadi 0,02 (20 kali lipat). WiMAX masih memberikan rata-rata throughput relatif sama yaitu UGS dikisaran 33 Kbps, ertPS dikisaran 30 Kbps dan rtPS dikisaran 177-184 Kbps.Hal ini sesuai dengan garansi dari WiMAX yang menjaga QoS dan memberikan jaminan alokasi lebar pita sesuai yang dibutuhkan dari ketiga QoS.

Dari gambar di atas dapat dilihat cwnd dari ketiga TCP Westwood+ yang dibangkitkan. Dari gambar tersebut terlihat bahwa dalam pembagian lebar pita masih adil karena tidak ada TCP yang terlalu mendominasi dari yang lainnya. 4.3.2 Waktu Pembangkitan Trafik Berbeda Hasil simulasi ke tujuh dilakukan dengan membangkitkan 3 trafik TCP dengan jeda 30 detik.

4.3 Uji Fairness TCP 4.3.1 Waktu Pembangkitan Trafik Bersamaan Hasil simulasi keenam hanya menghasilkan data grafik congestion window dari ketiga TCP yang dibangkitkan. Saat ketiga TCP dibangkitkan secara bersamaan memiliki grafik berikut:

Gambar 22. Cwnd TCP New reno 1, New reno 2, dan New reno 3 yang dibangkitkan dengan jeda 30 detik

Dari gambar di atas, walaupun pembangkitan trafik dilaksanakan secara bertahap dengan selang waktu 30 detik masih menunjukkan bahwa pembagian lebar pita masih relatif adil dengan tidak adanya TCP yang terlalu mendominasi dengan mengambil resource lebih banyak dibandingkan dengan TCP lainnya.

Gambar 20. Cwnd TCP New reno 1, New reno 2, dan New reno 3 yang dibangkitkan bersamaan

Dari gambar di atas dapat dilihat cwnd dari ketiga TCP New reno yang dibangkitkan. Dari gambar tersebut terlihat bahwa dalam pembagian lebar pita masih relatif adil karena tidak ada TCP yang terlalu mendominasi walaupun TCP 1 memiliki cwnd yang lebih tinggi dari yang lainnya.

Gambar 22. Cwnd TCP Westwood+ 1, Westwood+ 2 dan Westwood+ 3 yang dibangkitkan dengan jeda 30 detik

Pada TCP Westwood+ yang dibangkitkan secara bertahap memperlihatkan pembagian lebar pita yang adil antar TCP meskipun psampai detik ke-70 memperlihatkan TCP 1 mendominasi jaringan. Setelah detik ke-70 mulai terjadi pembagian lebar pita yang cukup adil. Dari skenario 3 dapat disimpulkan bahwa pembagian lebar pita (fairness) antar TCP relatif masih adil karena tidak adanya TCP yang mengambil resource lebih banyak dari pada TCP yang lainnya dilihat dari congestion window tiap TCP. Gambar 21. Cwnd TCP Westwood+ 1, Westwood+ 2 dan Westwood+ 3 yang dibangkitkan secara bersamaan

11

[11]

V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Cara kerja AIAD (Additive Increse, Adaptive Decrease) TCP Westwood+ pada fase Congestion Avoidance memiliki kinerja yang lebih baik dari pada AIMD (Additive Increse, Multiplicative decrease ) TCP New reno. 2. Kenaikan jumlah Byte yang diterima antara TCP Westwood+ dibandingkan TCP New reno bervariasi tergantung konfigurasi yang diterapkan. Pada konfigurasi server client menghasilkan kenaikan sebesar 19,45% (e=0,001), 107% (e=0,01) dan 20,5% (e=0,1). Pada konfigurasi jaringan trafik jamak menghasilkan kenaikan sebesar 130% (e=0,001) dan 53% (e=0,02). 3. Rata-rata waktu tunda TCP baik TCP New reno dan TCP Westwood+ tidak berubah pada konfigurasi berbeda. 4. Throughput dari layanan QoS UGS, ertPS dan rtPS dari jaringan WiMAX mendapat garansi dan relatif stabil pada variasi error rate dan konfigurasi yang berbeda. 5. TCP New reno dan TCP Westwood+ pada uji fairness, antar protokol TCP cukup fair karena tidak adanya TCP yang mendominasi dibandingkan lainnya dan terjadi pembagian lebar pita yang cukup adil.

[12]

[13] [14] [15]

[16] [17] [18] [19]

Rakiminputra, P.P., Analisa Perbandingan Performansi TCP Cubic dan TCP Westwood+ pada Jaringan IEEE 802.11S, Laporan Tugas Akhir S1, ITT, Bandung, 2011. Siyamta, Sistem Keamanan Pada Wireless Interoperability for Microwave Access(WiMAX), Tesis S2, ITB, Bandung, 2004. Sukiswo, TCP Westwood+ Enhancement, Tesis S2, ITB, Bandung, 2007. Standard for Local and metropolitan area network, IEEE Standard 802.16, 2004. TCP Westwood-modules for NS2, http://www.cs.ucla.edu/NRL/hpi/tcpw/tcpw_ns2/tcpwestwood.htm, November 2009. Vaidya, N.H., TCP for Wireless and Mobile Host (MobiComm’99 Tutorial), Texas A&M University, 1999. Varadhan, K., dan Fall, K.. The ns manual (formerly ns note and documentation), 2008. Westwood+ TCP, http://www-ictserv.poliba.it/mascolo/ tcp%20westwood/home.htm, Januari 2010. WiMAX v2.03, http://ndsl.csie.cgu.edu.tw/download.php, Maret 2009.

Toni Rachmanto (L2F307047) Lahir di Grobogan, 8 April 1985. Menyelesaikan pendidikan Diploma 3 di Politeknik Negeri Semarang. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 di jurusan Teknik Elektro bidang Konsentrasi Teknik Elektronika Telekomunikasi Universitas Dipenegoro. Email : [email protected]

5.2

Saran Untuk penelitian selanjutnya perlu diuji kinerja TCP Westwood+ pada hand over jaringan mobile WiMAX 802.16e.

Menyetujui dan Mengesahkan Pembimbing I

DAFTAR PUSTAKA [1] [2]

[3] [4]

[5]

[6] [7]

[8]

[9] [10]

Allman, M. TCP Congestion Control RFC2581, ietf.org/rfc/rfc2581.txt, 1999. Amanda, D., Simulasi PemodelanKanal IEEE 802.16d dengan Menggunakan SUI Model, Laporan Tugas Akhir S1, ITB, Bandung, 2007. Bilich, C.G., TCP Over WiMAX Networks. Hedi, I.S., Algoritma Scheduling Weighted Round Robin dan Deficit Round Robin pada Jaringan WiMAX, Tesis S2, ITB, Bandung, 2007. Indarto, E., dan Wirawan, A.B., Mudah Membangun Simulasi dengan Network Simulator-2, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004. Jiménez, T., dan Altman, E., NS Simulator for beginners, 2003. Marieska, M.D., Analisis Algoritma Penjadwalan Berbasis Quality of Service, Laporan Tugas Akhir S1, ITB,Bandung, 2008. Mascolo, S., dan Grieco, L.A., Performance Comparison of Reno, Vegas and Westwood+ congestion Control, Tech Rep N. 07/03/S. NS2 Simulator, http://www.isi.edu/nsnam/ns Nishida, Y., TCP and Congestion Control (Day 2), Materi Presentasi, Sony Computer Science Lab Inc.

Sukiswo, S.T., M.T. NIP. 19690714 199702 1001 Tanggal……………………

Pembimbing II

Ajub Ajulian Zahra, S.T., MT. NIP. 19710719 199802 2001 Tanggal……………………….

12