PENGEMBANGAN MODEM UNTUK SISTEM KOMUNIKASI DATA NIRKABEL AD HOC Yetursance Y. Manafe 1, Achmad Affandi 2 1,2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, ITS, Surabaya 60111 1
[email protected] , 2
[email protected]
Abstrak Modem sebagai salah satu perangkat untuk membangun komunikasi, dalam pemanfaatannya dapat diaplikasikan pada komunikasi data paket radio antar kapal nelayan. Modem MFJ-TNC 2 adalah salah satu jenis modem data controller yang dalam penelitian ini digunakan sebagai media pengiriman data. Sebagai interface yang menghubungkan antara radio dan komputer maka melalui mode KISS yang ada pada modem MFJ-TNC2 ini, dikembangkan suatu frame protokol komunikasi data paket radio yang dikondisikan untuk jaringan ad hoc. Untuk membangun sistem komunikasi paket data ini digunakan kanal frekuensi VHF dengan menerapkan algoritma Ad Hc On Demand Distance Vector (AODV) sebagai mekanisme dalam melakukan peroutingan. Tahapan dalam mendesain frame dasar protokol modem ini adalah membuat main program, membuat on rx timer event untuk memproses data yang masuk setiap 1 detik dan membuat program pengiriman data, dimana fitur frame yang dibentuk adalah
. Dari pembentukan frame protokol modem maka dilakukan pengujian kirim terima data berupa message yang dikirim melalui modem sesuai frame protokol yang telah terbentuk. Kata kunci : modem, komunikasi data, nirkabel, ad hoc 1. Pendahuluan Wilayah Indonesia sebagian besar adalah perairan dan memiliki pontensi yang sangat besar bagi usaha penangkapan ikan. Namun kenyataan yang ada, potensi yang dimiliki ini belum dapat dimanfaatkan secara maksimal terutama oleh nelayan tradisional karena adanya keterbatasan teknologi. Dari kondisi ini maka muncul peluang untuk dibangunnya suatu sistem komunikasi data antar kapal nelayan dimana melalui sistem komunikasi ini dapat menginformasikan berbagai pesan yang dikirimkan ke pusat kendali sehingga membantu nelayan memperoleh informasi dengan biaya yang terjangkau dan dengan sistem yang lebih sederhana. Kapal nelayan yang dilengkapi dengan sistem komunikasi paket data ini dalam pengoperasiannya memanfaatkan perangkat radio. Untuk itu sistem komunikasi ini membutuhkan suatu perangkat yang disebut modem. Modem radio yang akan dipakai dalam penelitian ini adalah MFJ-TNC2 seri 1276 sebagai media pengiriman data dengan frekuensi kerja yang dipilih pada kanal VHF dengan range frekuensi 156 - 174 MHz sesuai range frekuensi maritime untuk VHF (KM, 2001). Agar semua informasi ini dapat berjalan dengan baik maka kondisi yang cukup mempengaruhi penyampaian informasi adalah mobilitas dari kapal nelayan yang bergerak dimana tidak akan berada pada posisi yang sama, selain itu
pada posisi dan jarak tertentu ada kemungkinan bahwa nelayan tersebut tidak dapat mengakses ataupun memberikan informasi karena berada diluar jangkauan, Penggunaan jaringan ad hoc perlu diterapkan dalam penelitian ini oleh karena berdasarkan penelitian yang terdahulu belum dikembangkan sampai dalam bentuk jaringan ad hoc dimana masih berupa hubungan antar modem dengan terminal untuk komunikasi point to point. Dilain pihak sekalipun modem MFJ-TNC2 telah menyediakan fasilitas digipeater sehingga tiap station dapat melakukan peroutingan jika station yang dituju tidak dapat dihubungi, namun station yang ada sudah fix (tidak berpindah lokasi) sementara model jaringan yang akan dibentuk dalam penelitian ini akan diterapkan pada kapal nelayan yang bergerak sehingga perlu menerapkan jaringan ad hoc. Hal lain yang mendasari perlunya jaringan ad hoc adalah tidak membutuhkan dukungan infrastruktur untuk jaringan backbone dan sangat berguna pada saat infrastruktur tidak ada atau rusak. Selain itu infrastruktur mungkin juga tidak dipraktekkan untuk jarak yang sangat dekat sementara pada jaringan ad hoc kondisi ini dapat diterapkan. Untuk itu pada penelitian ini dilakukan pengembangan modem dalam hal mendesain frame protokol dari modem MFJ-TNC2 data controller yang dapat diterapkan pada sistem komunikasi nirkabel ad hoc untuk menjawab kebutuhan nelayan tradisional.
Mobilitas dalam routing dapat ditunjukkan pada gambar 3.
2. Karakteristik Modem Untuk membangun komunikasi data antar kapal nelayan maka digunakan MFJ-TNC2 sebagai interface (modem) yang menghubungkan komputer dengan radio. Agar komunikasi menggunakan MFJ-TNC2 dapat diterapkan untuk kondisi ad hoc maka MFJ-TNC2 disetting pada mode KISS (Keep It Simple Stupid) interface. KISS membolehkan MFJ-TNC2 bertindak sebagai modem untuk hubungan antar komputer dimana dengan menghidupkan KISS ON maka MFJ-TNC2 dapat menjalankan program pada TCP/IP dan juga program yang menggunakan Serial Link Interface Protocol (SLIP). Untuk serial portnya digunakan RS-232. Parameter yang disetting untuk program terminal adalah : Worth length 8 bits, full duplex, stop bits 1, baud rates 9600. (MFJ Instruction Manual, 1994) Untuk sistem modulasi yang digunakan pada modem MFJ adalah modulasi FSK dimana Coding relatif sederhana dan mudah, FSK pada dasarnya adalah sistem modulasi FM dimana penerima dapat memperkuat sinyal tanpa AGC (Automatic Gain Control), Pada frequency shift keying modem, terdapat hubungan antara output frekuensi analog dengan digital input yaitu frekuensi f1 untuk bit 0 dan frekuensi f2 untuk bit 1. Bentuk sinyal output pada FSK ditunjukkan pada gambar 1 (Dananjaya, 2001). 1
Data Biner
Output FSK Modem
f2
Gambar 1. Sinyal output FSK
3. Routing Pada Jaringan Ad Hoc Jaringan ad hoc dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang mengatur sendiri komunikasi tanpa membutuhkan suatu infrastruktur dan dapat pula berlaku sebagai router yang terkoneksi oleh wireless link sebagai kesatuan yang membentuk model jaringan komunikasi. Dalam pengoperasian pada dasarnya berbentuk peer-to-peer multi hop mobile wireless network dimana paket informasi dikirimkan dari sumber ke tujuan melalui intermediate node seperti pada gambar 2. B
B D
C
Asymmetric link G
E
Symmetric link
A
Gambar 3. a) Inisial posisi , b) Posisi setelah berpindah
Sesuai gambar 3, Jika Node A ingin mengirim pesan ke node B, maka node A dapat melalui node C apabila node B telah berubah posisi akibat pergerakan node. Dalam jaringan ad hoc setiap node memiliki pola mobilitas yang berbeda sehingga menjadi sulit untuk memprediksi pergerakan node dan pola dari pergerakan (Duggirala, 2000) dimana link connectivity berubah terhadap waktu seperti yang terlihat pada gambar 4. arah dan kecepatan
Input FSK Modem
Sinyal Analog f1
(b)
Jarak
1 0
f2
(a)
F
Gambar 2. Model jaringan ad hoc
Gambar 4. Link connectivity yang berubah terhadap waktu.
Hal yang diperhatikan dalam mendisain suatu jaringan ad-hoc yang stabil salah satunya adalah routing protokol. Routing adalah suatu proses untuk menemukan jalan alternatif dari sumber ke tujuan dalam suatu jaringan. Tiap titik (node) dapat menjadi router untuk melanjutkan pesan. Routing protokol dalam unicast routing terbagi menjadi dua bagian besar yaitu pendekatan proactive routing dan reactive routing (Cordeiro,2007). Yang akan dibahas selanjutnya dalam tulisan ini adalah pendekatan reactive routing yang salah satunya adalah Ad hoc On-demand Distance Vector routing (AODV) dimana prinsipnya hampir sama dengan Dynamic Source Routing (DSR) namun dalam AODV berusaha untuk mengimprovisasi DSR dengan cara mempertahankan tabel routing pada node, sehingga paket data tidak harus mengandung rute dimana rute yang dijaga hanya antara node yang membutuhkan komunikasi. Dalam AODV terdapat Route. Request (RREQ), Route Replay (RREP) dan route error (RERR) yang masing-masing dapat dilihat pada gambar 5, 6, dan 7 (Perkins, 1999).
Route Request Broadcast (S--->D)
Flooding adalah suatu teknik dalam menyampaikan pesan (A message delivery technique) yang digunakan pada pemancaran sinyal. Sedangkan Flooding rate: adalah suatu ukuran efisiensi dari routing (a measurement of routing efficiency). Flooding rate dan delivery rate digunakan untuk membandingkan efisiensi dari routing protocol Flooding Rate (Gunaris, 2004): FR = # Actual Transmissi on 1
(1)
# Minimum Transmissi on
Reverse Route setelah Broadcast
Gambar 5. Route Request (RREQ) dalam AODV Pada gambar 5, ketika node S memancarkan Route Request (RREQ) ke D maka node ini diatur dengan arah kebalikan menuju ke arah sumber (S) dimana diasumsikan AODV menggunakan link simetrik (bi-directional).
Delivery rate adalah ukuran berapa banyak pesan yang diterima sampai ke tujuan, dirumuskan sbb : DR = # Re ceived Message 1 # Send Message Jika diasumsikan (i , j) adalah jalur antara penerima pada node j dan pengirim node i, maka SNR (i , j) pada penerima j dinyatakan sebagai : SNR
---> Route balasan
(2)
(i, j )
P (i ) L ( i , j ) . Nr ( j )
(3)
Dengan : P (i) adalah daya pancar, L (i,j) adalah loss yang terjadi antara pengirim dan penerima dan Nr adalah noise pada penerima. 4. Open System Interconnection (OSI)
---> Route setelah Route Replay
Gambar 6. Route Replay (RREP) dalam AODV Sesuai gambar 6, ketika tujuan yang dimaksud menerima RREQ, maka ia akan membalas dengan mengirimkan RREP yang akan bergerak sepanjang jalur balik yang telah diatur ketika RREQ bergerak ke arah maju.
Routes sebelum gagal / terputus Jalur yang terputus
Routes setelah gagal / terputus
Gambar 7. Route Error (RERR) dalam AODV
Model referensi OSI secara konseptual terbagi ke dalam 7 lapisan dimana masing-masing lapisan memiliki fungsi jaringan yang spesifik, dimana bagian atas dari layernya (layer 7, 6, dan 5) difokuskan untuk bentuk pelayanan dari suatu aplikasi. Untuk layer bagian bawahnya (layer 4, 3, 2 dan 1) berorientasikan tentang aliran data dari ujung satu ke ujung yang lainnya. Untuk penelitian ini akan di fokuskan pada lapisan bawah dari layer OSI yaitu : layer network, layer data link dan layer physical, masing-masing akan dijelaskan sebagai berikut : a. Layer Network Fungsi utama dari layer network adalah pengalamatan dan routing. Pengalamatan pada layer network merupakan pengalamatan secara logical. b. Layer Data Link Fungsi yang diberikan pada layer data link antara lain : arbitration yaitu pemilihan media fisik, addressing, dan pengalamatan fisik, error detection yaitu menentukan apakah data telah berhasil terkirim, Identify Data Encapsulation yaitu menentukan pola header pada suatu data. c. Layer Fisik Pada layer ini yang dibahas adalah perangkat Hardware yang digunakan untuk komunikasi dalam jaringan termasuk didalamnya adalah modem (Bingham, 1991).
Network Data Link Phsycal
Network
Network
Data Link
Data Link
Phsycal
Radio Link
Radio Link Phsycal
Gambar 8. Arsitektur jaringan ad hoc pada OSI layer
5. Konfigurasi dan Desain Frame Protokol Untuk Integrasi Antar Modem Untuk simulasi data antar modem pada gambar 9 maka sistem diset pada mode KISS (Keep It Simple Stupid) dari modem MFJ TNC 2 dan dihubungkan dengan perangkat at keras berupa : PC, modem MFJ-TNC 2, serial port RS--232, radio icom. Sedangkan software yang digunakan dalam menjalankan sistem komunikasi ini adalah Borland Delphi 7.0 dan Hyperterminal.
Gambar 9. Simulasi sistem antar modem
Dari konfigurasi yang ditunjukkan pada gambar 9 jika dikondisikan pada kondisi kon ad hoc maka sesuai gambar 10,, jika node 1 akan menghubungi node 3 yang tidak dalam jangkauan pancaran A, maka A menggunakan B untuk menghubungi node 3, sehingga dalam hal ini tiap node difungsikan sebagai router. Agar kondisi seperti gambar 10 dapat terlaksana maka langkah awal yang dilakukan adalah membentuk frame protokol MFJ TNC 2 yang dapat diterapkan pada kondisi ad hoc.
Adapun tahapan yang dilakukan dalam pengintegrasian modem pada PC adalah sebagai berikut : 1. Menginstall Hyperterminal dan Borland Delphi pada PC. 2. Menghubungkan modem MFJ dengan PC menggunakan serial port RS 232 untuk koneksi antara modem dan PC. 3. Melakukan pembuatann GUI untuk koneksi antar modem. 4. Pembuatan frame dasar untuk komunikasi modem point to point dan point to multi point Tabel 1. Frame dasar protokol komunikasi data ID User
SRC
DST
Via
Flag
Data
Checksum
Keterangan : ID User untuk memberikan identitas bagi tiap user dengan kapasitas 1 byte. Source (SRC) dengan kapasitas 1 byte dan Destination (DST) dengan kapasitas 1 byte Via adalah terminal yang dilalui untuk node node-node yang saling terhubung dengan kapasitas untuk fitur via 1 byte . Flag adalah urutan bit yang unik (01111110) digunakan untuk mendeteksi ba batas dari frame dengan kapasitas 1 byte dan yang termasuk di dalamnya adalah TTL dan delivery report. Data memuat aktual informasi yang akan dikirimkan, untuk desain frame ini digunakan 512 bit termasukk didalamnya adalah pilot size. Checksum yaitu pendeteksian 8 bit error dengan kapasitas yang disediakan dalam desain fitur ini 1 byte. End off frame untuk mengakhiri frame frame. Untuk membentuk frame dasar yang terdapat dalam layer data link maka langkah langkah-langkah yang dilakukan adalah : 1. Membuat main program yang digambarkan dalam diagram alir gambar 11 11.
Start
Init serial port Rx. timer start
Stop Gambar 10.. Metode pencarian node
End of frame
Gambar 11.. Diagram alir main program
2. Membuat On Rx timer event dimana akan memproses data yang masuk setiap 1 detik, dapat dilihat pada gambar 12. Start
Ada data
Baca serial Simpan ke FIFO buffer
T
End of frame Y Ambil frame dari FIFO buffer Urai frame ke data (source, destination, via, flag, data) Tampil ke layar
Stop
Gambar 12. Diagram alir On Rx timer event
Gambar 15. Tampilan kirim data
6.
Analisa data hasil Pengukuran dan Pembahasan
Setelah pembentukan frame protokol dasar maka dilakukan pengiriman karakter dimana message yang dikirim 8 bit/karakter dengan baud rate 9600 untuk kecepatan antar PC dan modem sedangkan untuk kecepatan pengiriman antar modem melalui media radio dengan kecepatan 1200 baud untuk frekuensi VHF. Pengukuran data dilakukan dengan mengirimkan karakter yang bervariasi dari 8 hingga maksimal 256 karakter dapat dilihat pada tabel 2. Tabel 2. Pengiriman panjang message terhadap waktu
panjang message (karakter ) 8 16 32 64 128 256
Waktu Kirim (detik) 1,921 2,078 2,375 3,0 4,218 6,656
Gambar 13. Tampilan penerima (Rx timer event)
3. Membuat program pengiriman data yang dapat dilihat pada gambar 14.
Start
Ambil data dari GUI Bentuk frame dan hitung checksum Kirim ke modem
Gambar 16. Grafik pengiriman message Stop
Gambar 14. Diagram alir kirim data
Dari hasil pengukuran data yang dilakukan terlihat bahwa semakin panjang jumlah karakter dibutuhkan waktu yang semakin panjang dan hal ini
akan mempengaruhi pengiriman paket data untuk kondisi ad hoc dimana untuk flooding paket, delivery paket, route request dan route replay tentu membutuhkan waktu yang cukup lama sehingga protokol modem yang ada dapat dioptimalkan untuk kondisi tersebut. Untuk kondisi ad hoc digunakan algoritma AODV yang terdiri dari : path discovery : < source addr; source sequence #; broadcast id; dest addr; dest sequence #; hop cnt >, Route request (RREQ ): < source addr; broadcast id > Route replay (RREP) : < source addr; dest addr; dest sequence #; hop cnt; lifetime >. 7. Kesimpulan dan Saran Dari pembentukan frame yang ada maka dapat dilakukan pengiriman massage dimana message dikirim secara bervariasi dalam jumlah karakternya. Dari hasil diperoleh semakin panjang message semakin lama pula waktu yang diperlukan untuk pengiriman data. Hasil yang diperoleh ini masih untuk koneksi modem point to point dan point to multi point. Pekerjaan selanjutnya adalah mengkondisikan koneksi modem dalam jaringan ad hoc berdasarkan tabel routing yang yang akan dibangun sesuai algoritma AODV. Daftar Pustaka : Bingham J.A.C, (1991 ) : The Theory and Practice of Modem Design, John Wiley dan Sons, Palo Alto, California. Cordeiro C.M., Agrawal D.P., (2007) : Mobile Ad Hoc Networking, OBR Research Center for Distributed and Mobile Computing, University of Cincinnati – USA. Dananjaja W., Yosef I., (2001) : Sistem Transmisi, Diktat Kuliah, JTE – ITB. Duggirala R., (2000) : A Novel Route Maintenance Technicque for Ad Hoc Network Routing Protocol. M.S. Thesis, University of Cincinnati. Gunaris D., Svensson A., Hane B., (2004) : Ad Hoc Networking A Narrow Bandwidth Approach, Master Of Science Thesis, Performed at Saab Training Systems AB, Chalmers University of Technology, Huskvarna. Keputusan Menteri Perhubungan Nomor : KM.5 tahun 2001 Tentang Penyempurnaan Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia. MFJ-1276 TNC 2 Data Controller, (1994),: Instruction Manual, MFJ Interprises,Inc.
Perkins Charles E. and Royer Elizabeth M., (1999) : Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing." Proceedings of the 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, New Orleans, LA, pp. 90-100.
