PENGEMBANGAN TEKNIK MULTIPLE ACCES PADA GATEWAY MULTI TERMINAL

Prosiding SENTIA 2009 – Politeknik Negeri Malang

PENGEMBANGAN TEKNIK MULTIPLE ACCES PADA GATEWAY MULTI TERMINAL H. Lami 1), A. Affandi 2) 1) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email : [email protected] 2) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email : [email protected] ABSTRAK Dalam sistem komunikasi radio kanal transmisi digunakan secara bersama-sama . Sistem komunikasi ini rentan terjadinya tabrakan data saat lebih dari dua terminal mengirimkan data dalam waktu yang bersamaan. Proses deteksi tabrakan akan terjadi pada layer Medium access control (MAC). MAC dalam komunikasi packet radio telah dikenal seperti CSMA dan Etehernet. Pada penelitian ini, penulis melakukan pengujian deteksi tabrakan data (collision detection) pada empat buah terminal yang difungsikan sebagai client/server berbasis CSMA. Implementasi jaringan pada band VHF (156-174MHz) dan protokol kirim terima adalah pada mode KISS. Pembangkitan paket dan proses pengiriman dilakukan sebanyak dua puluh empat kali percobaan dimana waktu mengirimkan data antara tiga client dan satu server dilakukan secara acak. Hasilnya dapat dilihat pada log database GUI dengan delay minimum yang terjadi saat pengiriman adalah 1000msec. Kata Kunci : csma, vhf, packet radio. kiss menyebabkan kemungkinan terjadinya delay dan membuat troughput jaringan menurun juga memberi dampak pada kinerja jaringan. Pada penelitian ini akan dimodelkan suatu jaringan komunikasi radio VHF band dengan mode protokol akses radionya adalah KISS (keep it simple stupid) dan medium access control yang digunakan adalah CSMA. Pemilihan panjang frame paket maksimum untuk skenario CSMA yang dikembangkan pada model ini diharapkan mampu melihat karakteristik kirim terima, waktu pendudukan kanal frekuensi dan delay yang terjadi.

1. PENDAHULUAN Komunikasi radio amatir dalam daerah frekuensi VHF dikembangkan kearah komunikasi maritim. Untuk merealisasikannya, sejak tahun 1952 Federal communication commission (FCC) resmi mengumumkan aturan dan regulasi penggunaan frekuensi[1]. Aturan ini telah diimplementasikan pada beberapa fasilitas pelayaran komersil seperti vessel monitoring sistem[2]. Peralatan komunikasi untuk mendukung komunikasi maritim multi terminal juga telah tersedia banyak dipasaran. Akan tetapi komunikasi multi terminal ini masih mengalami banyak kelemahan[3]. Oleh karena itu penggunaan kanal frekuensi secara bersama-sama saat komunikasi masih menjadi kendala. Banyak informasi yang tertunda sampai ketujuan karena mekanisme akses pada komunikasi radio tidak membolehkan dua terminal mengirimkan informasi dalam waktu yang bersamaan. Aturan ini dibuat untuk mencegah terjadinya tabrakan data antara terminal. Salah satu protokol yang mengatur mekanisme ini dikenal dengan carrier sense multiple access (CSMA). CSMA merupakan medium access control untuk jaringan LAN yang membolehkan komunikasi multi terminal dan mampu menyediakan layanan komunikasi suara dan data. Untuk komunikasi dengan dengan karakteristik tidak padat, CSMA terbukti lebih baik dibandingkan multiple access control lainnya seperti token ring, pooling, dan time division multiple access[4]. Satu kekurangan dari CSMA adalah kemungkinan meningkatnya collision yang terjadi saat pengiriman data seiring dengan bertambahnya jumlah terminal yang tidak dapat ditangani untuk melakukan transmisi data dalam jaringan[5]. Kondisi trafik ini

2. PROTOKOL MULTIPLE ACCESS Suatu multiple access protocol mengijinkan penggunaan kanal komunikasi secara bersama-sama oleh beberapa terminal dalam suatu jaringan komunikasi. Penggunaan access point untuk setiap terminal dalam suatu jaringan komunikasi nirkabel mengartikan bahwa terdapat beberapa lintasan komunikasi point to point dengan media komunikasi berbeda [6]. 2.1 Kalsifikasi protokol multiple akses Pengontrolan ini berhubungan dengan alokasi kanal komunikasi ke pelanggan. Protokol harus menjamin alokasi kanal yang akan digunakan sebagai media komunikasi antara terminal. Throughput dan delay transmisi dalam suatu jaringan komunikasi merupakan parameter yang menentukan efisiensi penggunaan media komunikasi. Alokasi kanal ke setiap terminal harus adil dan fleksibel terhadap perbedaan jenis trafik. Hubungan antara terminal dalam multiple acess identik dengan suatu matriks dan topologi jaringan yang mungkin dimana topologi yang

J-1

Prosiding SENTIA 2009 – Politeknik Negeri Malang

diberikan dalam teknik ini adalah bus, star, ring, dan tree. Fungsi pengontrolan dalam jaringan komunikasi ini dilakukan oleh base station. Protokol multiple access yang ditunjukan oleh gambar diklasifikasikan atas contentionless protocol (scheduling), dan contention protocol (random access) yang masingmasing terbagi atas beberapa bagian.

Jika ada lebih dari dua terminal yang akan melakukan transmisi paket maka ketika kanal frekuensi dalam keadaan idle, terminal yang akan mengirimkan data tidak boleh menduduki kanal tersebut tetapi menduduki kanal setelah kanal idle[7]. Throughput yang dihasilkan oleh jaringan berbasis CSMA ini adalah U S (1) B I Dimana S adalah throughput sistem, I adalah kanal idle, dan U adalah waktu pendudukan kanal frekuensi. 3. Metodologi perancangan Pada tahapan ini akan dilakukan pemodelan sistem kirim terima jaringan berbasis CSMA. Untuk merealisasikan pemodelan ini maka dilakukan beberapa tahapan sebagai berikut : 1. Instalasi dan konfigurasi. Menghubungkan modem, Mixer dan PC 2. Desain format protokol. Pada tahapan ini dilakukan desain format protokol komunikasi. 3. Desain GUI. Membuat GUI dengan software Borland Delphi 3.0. 4. Penerapan CSMA pada kirim terima pesan dengan memanfaatkan fasilitas modem MFJ1276. Sebelum mengirimkan data, modem harus terlebih dahulu di atur dalam mode KISS. Tujuannya adalah komunikasi dapat terjadi untuk multi terminal.

Gambar 1. Klasifikasi protokol multiple akses

2.2 Penggunaan kanal dalam fungsi waktu Hal penting dalam komunikasi paket radio adalah mengefisiensikan penggunaan kanal Radio Frekuensi (RF) untuk mendapatkan throughput maksimum dan interferensi minimum. Dasar multiplexing dalam domain waktu adalah CSMA-CD dan CSMA-CA. Skenario kirim terima protokol CSMA untuk multi terminal secara sederhana dapat didefinisikan yaitu Tidak ada terminal yang akan melakukan transmisi jika kanal frekuensi sedang digunakan. Terminal lain akan memonitor (listening) keadaan kanal frekuensi yang diduduki tersebut dan akan melakukan transmit jika pada kanal frekuensi dalam kondisi idle. Model pendudukan kanal frekuensi pada sistem CSMA digambarkan oleh gambar 2.

FORMAT PROTOCOL

DESAIN GUI KIRIM TERIMA PESAN

INSTALASI DAN KONFIGURASI

PENERAPAN CSMA

SIMULASI KIRIM DAN TERIMA PESAN

Gambar 3. Tahapan pemodelan simulasi

Berdasarkan alur tahapan kerja maka salah satu faktor yang menentukan dalam pemodelan ini adalah desain format frame paket yang akan dikirimkan.

Gambar 2. Proses pendudukan kanal CSMA

J-2

Prosiding SENTIA 2009 – Politeknik Negeri Malang

Tujuannya adalah agar format paket pesan yang dikirimkan sama antara terminal dan server.

Kondisi lain yang dapat terjadi saat proses pengiriman data dari terminal ke modem adalah ketika buffer modem padat maka CTS berada dalam kondisi negatif yang menandakan proses pengiriman data dihentikan. Modem MFJ-1276 akan kembali mengirimkan CTS apabila modem sudah dapat lagi menerima pengiriman paket dari terminal.

Tabel 1. Format frame paket ID User/ group

SRC DST

GW

Flag

Data

Check Sequence

Endof frame

Bentuk desain frame paket adalah terdiri dari : 1. ID USER (1 byte) : memberikan identitas terminal dalam suatu gateway berfungsi pada saat melakukan koneksi gateway. 2. Adress yang merupakan alamat tujuan, terdiri dari : Source/SRC (1 byte) dan destination/DST (1 byte) 3. Gateway /GW (1 byte) merupakan frame informasi terminal yang berfungsi sebagai server yang dilalui sebelum menuju ke terminal lain. 4. Flag (1 byte) digunakan untuk mendeteksi batas antara address dan data dari frame. 5. Data (64 byte) merupakan pesan actual yang akan dikirimkan oleh terminal. 6. Check sequence (1 byte) berfungsi untuk mendeteksi 16 bit error sehingga terjadi transmisi yang efisien. 7. Endof frame (1 byte) merupakan batas akhir dari frame. Ide desain frame paket ini didasarkan pada frame protocol AX.25 dan juga kecepatan modem MFJ-1276. Modem ini memiliki kecepatan transmit 1200 bit/detik pada kondisi VHF band dan terminal mampu menerima paket 128 byte[8]. Untuk optimasi kinerja maka frame paket yang didisain tidak boleh lebih dari 128 byte. Berdasarkan format frame paket, jumlah byte dari frame yang telah didesain berjumlah 128 byte atau masih dalam batas normal. Sehingga kegagalan pengiriman paket karena terlalu panjangnya karakter dapat dihindari. Selain format frame paket data, tahapan desain GUI kirim terima pesan menjadi salah satu faktor penting yang akan mendukung proses kirim terima data dapat berlangsung. Pada tahapan ini perlu diperhitungkan inputan format paket, koneksi serialparalel antara modem dan komputer yang dihubungkan oleh RS-232. Analogi keberhasilan koneksi pembuatan gui adalah ditampilkan pada gambar 5 didasari oleh konsep handshacking protocol. Clear to send, data terminal ready, dan Data set ready dari RS-232 digunakan untuk koneksi antara terminal (DTE) dan Modem MFJ-1276 (DCE). Terminal memberikan informasi data terminal ready yang menyatakan siap menerima data dari modem. Apabila modem mengirimkan indikasi clear to send maka terminal tersebut akan mulai mengirimkan paket.

Client connect To Server

Server Listening

Server Connect to Client

Pengiriman Text Pesan Client Connect to Server

Client Disconncet

Gambar 4. Alur Desain koneksi RS232 dan Modem MFJ1276

Setelah didapatkan model proses koneksi maka dapat dilakukan pembuatan program GUI berbasis Borland Delphi. Flow chart pembuatan GUI terdiri atas 3 tahapan yaitu : 1.

Flow chart main program Start

Init serial port Rx. timer start

Stop

Gambar 5. Flow chart main program

2.

J-3

Flow Chart terima data untuk tiap detik

Prosiding SENTIA 2009 – Politeknik Negeri Malang

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)

Gambar 9. GUI kirim data Tampil ke layar

Setelah dihasilkan GUI kirim terima data tersebut maka kegitan selanjutnya adalah mengimplementasikan antara GUI yang dihasilkan dan konfigurasi peralatan untuk membangun skenario CSMA menurut konfigurasi pada gambar 10.

Stop

Gambar 6. Flow chart terima data tiap detik

3.

Flow Chart kirim data Start

MIXER 8-CH EURORACK UB222FX-Pro

Client 1 RS-232

Ambil data dari GUI

Radio port kabel with connector

Bentuk frame dan hitung checksum

MFJ-1276 Client 2

RS-232

Radio port kabel with connector

MFJ-1276

Stop

Radio port kabel with connector

Kirim ke modem

MFJ-1276 RS-232

Gambar 7. Flow chart kirim data

Client 3

Hasil tampilan desain GUI dapat dilihat pada gambar 8 dan gambar 9 Yang terdiri atas form source menyatakan terminal pengirim, destination menyatakan terminal tujuan dan via menunjukan gateway yang dilalui.

SERVER

RS-232 MFJ-1276

Gambar 10. Konfigurasi jaringan simulasi berbasis CSMA

Empat buah komputer terhubung ke modem MFJ-1276 melalui RS-232. Keluaran dari modem akan dihubungkan ke MIXER 8-channel melalui radio port with connector 5-pin. Mixer dalam pemodelan ini akan difungsikan sementara sebagai kanal radio sebelum diimplementasikan ke kanal radio yang sesungguhnya. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan konfigurasi dan pembuatan GUI maka kegiatan selanjutnya adalah melakukan proses kirim terima data. Hasil proses kirim terima data disimpan dalam bentuk log file pada database

Gambar 8. GUI kirim terima data

J-4

Prosiding SENTIA 2009 – Politeknik Negeri Malang

Usage Alternatives and Trends”, IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, VOL.OE-2, NO. 3, JULY 1977. [4] P. Wang dkk, “Collission Awarnes Multiple Access networks Performance Optimization”, Winter Simulation Conference ed. S. Andradottir, dkk Proceedings Of the 1997. [5] J. Charles dkk, “A Carrier sense multiple access protocol With Power Backoff (CSMA/PB)”, Elsevier Science Publishers B. V. Amsterdam, The Netherlands, VOL.5, ISSUE 8, 2007. [6] Harada & Prasad, simulating and software Radio for mobile communication, Artech House. 2002. [7] H. Takagi dkk, “Throughput Analysis For Persistent CSMA System, IEEE Transaction On Vehicular Technology, Vol.COM-25, No.7, July 1985. [8] MFJ-127B/1274 TNC 2 Packet Radio Owner’s Manual, MFJ Enterprises. INC, 1986.

SQL server. Time stamp yang ditampilkan menyatakan waktu saat pesan terkirim oleh terminal 13 menuju server. Dapat dilihat pada time stamp terjadi 24 kali percobaan kirim terima pesan dalam waktu kirim yang acak. Disain panjang frame paket sebesar 128 byte menyebabkan delay yang disebabkan mencapai 1000msec dimana kondisi ini masih normal untuk ambang delay yang diberikan modem MFJ1276 sebesar 10sec.

Gambar 11. Data Log Percobaan Kirim Terima Pesan

5. KESIMPULAN Jaringan yang disimulasikan ini dimodelkan dengan konfigurasi tiga buah terminal dan satu server. Modem yang digunakan adalah MFJ-1276 dalam mode VHF. Saat melakukan transmisi data, protokol akses yang digunakan adalah KISS mode. Koneksi antara modem dan terminal menggunakan RS-232. Untuk proses Handshacking protocol antara clientserver terjadi pada GUI yang di install pada client. Skenario saat pengiriman data antara terminal dan server dilakukan secara acak. Hasilnya, Frame paket yang didisain masih layak untuk digunakan sebagai format paket komunikasi antara multi terminal karena delay yang terjadi adalah 1000ms dimana jauh dari ambang delay yang ditawarkan modem sebesar 10sec. DAFTAR PUSTAKA [1] J. Renner, “VHF Maritime Mobile Communication : A System Approach to Serving User Requirements”, IEEE Transaction On Vehicular Technology, Vol.VT-25, No.4 August 1977. [2] M. Tello dkk, “Automatic Vessel Monitoring with Single and Multidimensional SAR Images in the Wavelet Domain, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 61 hal 260278, Elsevier B.V., 2006. [3] J. Parker, “European View of Automated VHF/UHF Radio System –Marine Spectrum J-5