Modifikasi GPSR-MV dalam Pemilihan Forwarding Node pada Vanet

JURNAL TEKNIK ITS VOL. 4, NO. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 PRINT)

1

Modifikasi Protokol GPSR-MV dalam Pemilihan Forwarding Forwarding Node pada VANET Nabila Tsurayya S. ∗ , Radityo Anggoro † dan Supeno Djanali ‡ Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia ∗ e-mail : [email protected], †[email protected], ‡[email protected]

Abstrak — Vehicular ehicular Ad Hoc Network Network (V (VANET) ANET) adalah adalah teknologi esensial yang memanfaatkan pengembangan Intelligent Transportation System (ITS). System (ITS). Untuk pengiriman pesan yang efisien pada VANET, dibutuhkan protokol routing yang yang stabil dan dapat diandalkan. diandalkan. Namun, Namun, routing routing pada VANET merupakan sebuah tantangan tersendiri karena VANET berbeda dengan routing pada pada jaringan nirkabel ad hoc biasa; hoc biasa; kendaraan bergerak cepat dan topologi jaringan berubah cepat, menyebabkan hubungan konektifitas yang dinamis dan dapat terputus dengan mudah. Dala Dalam m pape paperr ini, ini, GPSR GPSR (Greedy Greedy Perime Perimeter ter Statel Stateless ess Routing ) asli asli pada pada VANET ANET akan akan diperk diperkena enalka lkan. n. Dan, Dan, ber berdadasarkan informasi lokasi, sebuah protokol routing yang routing yang sudah dikembangkan, GPSR-MV yang memperhitungkan pergerakan node yang node yang cepat dan penerusan yang efisien akan dimodifikasi aturannya dan diimplementasikan kemudian dianalisa. Dari uji coba yang dilakukan, GPSR-MV memberikan rata-rata PDR ( Pakcet Delivery Ratio) Ratio) lebih baik dibandingkan GPSR. Kata Kunci —GPSR, GPSR-MV, GPSR-MV, NS-2, VANET

I. PENDAHULU PENDAHULUAN AN EIRING dengan kemajuan teknologi, aspek komunikasi antar antar komput komputer er menjad menjadii semaki semakin n pentin penting. g. Salah Salah satu satu cara komputer komputer dapat dapat berkomunik berkomunikasi asi satu sama lain adalah adalah dengan menggunakan jaringan ad hoc[1]. hoc[1]. Dalam jaringan ad hoc setiap komputer terkoneksi satu sama lain secara langsung tanpa bergantung kepada infrastruktur yang sudah ada seperti router seperti router atau atau access access point . Penentuan node mana node mana yang akan meneruskan data dilakukan secara dinamis berdasarkan konektifitas jaringan. Karena karakteristik tersebut jaringan ad hoc cocok hoc cocok diaplikasikan dimana topologi jaringan mudah berubah. Salah satu sistem yang bergantung pada jaringan ad hoc adalah hoc adalah Intelligent Intelligent Transportation System (ITS)[2] dalam bentuk Vehicular Ad Hoc Network Network (VANET)[3]. Terdapat Terdapat beberapa buah routing protocol protocol yang dapat digunakan gunakan dalam dalam lingkungan lingkungan VANET, ANET, salah satunya satunya adalah adalah GPSR[4]. GPSR adalah salah satu routing protocol pada pada VA NET berbasis posisi geografis. Tidak seperti routing seperti routing protocol berbasis topologi, routing protocol protocol berbasis berbasis geografi geografi tidak membentuk tabel rute, melainkan langsung melempar paket kepada node yang dianggap paling baik untuk meneruskan paket. Banyak optimasi yang dilakukan untuk meningkatkan rea bilitas GPSR, salah satunya dengan memanfaatkan informasi yang di dapatkan dari node yang bergerak atau bisa disebut sebagai sebagai moving vector karena vector karena mempunyai panjang dan arah dan mendapatkan arah serta prediksi posisi node untuk node untuk pemulihan node lihan node terbaik terbaik yang kemudian disebut dengan GPSR-MV (Greedy Perimeter Stateless Routing with Moving Vector )[5]. Vector )[5].

S

Berdasarkan GPSR-MV, GPSR-MV, node yang yang tidak tidak searah searah tidak tidak akan dipertimba dipertimbangkan ngkan sebagai sebagai forwarding forwarding node pada saat greedy forwarding . Hal ini dapat dapat menyebabka menyebabkan n penurunan penurunan Packet Delivery Ratio (PDR) karena ketika tidak ditemukan forwarding node pada saat greedy forwarding , GPSR-M GPSR-MV V akan beralih mode menjadi perimeter forwarding forwarding yang merupakan mode pemilihan dan berdasarkan GPSR, perimeter forwarding seharusn forwarding seharusnya ya hanya hanya dilakukan dilakukan ketika ketika benar-bena benar-benar r tidak ada node yang dapat menjadi menjadi forwarding forwarding node pada saat greedy saat greedy forwarding . Dalam paper ini penulis akan memodifikasi routing protocol tocol GPSR-MV (GPSR(GPSR- Moving Vector ) pada network network simulator mulator NS-2[ NS-2[6]. 6]. Penuli Penuliss akan akan melaku melakukan kan uji coba coba dan membandingakan performa GPSR-MV yang sudah dimodifikasi fikasi pada pada bebera beberapa pa peta peta skenar skenario io yang yang didasa didasarka rkan n pada pada data yang terdapat terdapat pada OpenStreetMap[ OpenStreetMap[7]. 7]. Simulasi Simulasi akan dilakukan pada berbagai ukuran dan banyak node (sehingga kepadatan kepadatan skenario skenario berbeda-be berbeda-beda). da). Dari simulasi simulasi tersebut tersebut akan didapatkan kesimpulan terhadap kemampuan adaptasi protokol GPSR-MV dibandingkan dengan GPSR pada skenario dimana skenario skenario memiliki memiliki kepadatan kepadatan yang berbedaberbeda beda. Hasil dari simulasi ini juga dapat menjadi dasar untuk mengoptimasi protokol GPSR lebih jauh lagi. II. GPSR-MV GPSR-MV Protok Protokol ol GPSR-M GPSR-MV V merupa merupakan kan eksten ekstensi si dari dari protok protokol ol GPSR[4] yang merupakan protokol routing routing berbasis lokasi, node tidak tidak menemu menemukan kan rute rute pengir pengirima iman n paket paket data data sebesebelum mengir mengirimk imkan an data data dan tabel tabel routing routing tidak disimpan. disimpan. Node yang berger bergerak ak membua membuatt keputu keputusan san peneru penerusan san data data berdasarkan dirinya, node tetangga dan lokasi node tujuan paket. Berdasarkan pengetahuan mengenai informasi posisi dan waktu waktu dianta diantara ra waktu waktu sebelu sebelum m dan waktu waktu sekara sekarang ng melalui GPS (Global (Global Positioning System). System). Dan dari informasi ini, node dapat dapat melaku melakukan kan kalkul kalkulasi asi kecepa kecepatan tan dan arah arah pergerakannya. Setiap node, node, saat GPS melakukan pembaruan data, secara simultan akan memperbarui informasi kecepatan dan arah pergerakan juga. Pada GPSR-MV, berdasarkan posisi lokasi yang diberikan oleh GPS, kecepatan dan arah pergerakan node akan dikalkulasi, kulasi, dan informasi lokasi berdasar berdasar GPS akan diperbarui diperbarui sepert sepertii yang yang ditunj ditunjukk ukkan an pada pada Gambar Gambar 1 ( x adalah node asal paket, z paket, z adalah node adalah node tujuan tujuan paket dan secara sederhana, asumsi node x akan selalu bergerak pada arah horizontal). Posisi node a adalah (x (x1 , y1 ) pada waktu t1 , dan posisinya adalah (x (x2 , y2 ) pada waktu t 2 . t 1 dan t dan t 2 adalah waktu ketika GPS memper memperbar barui ui data. data. Nilai Nilai ini dapat dapat diguna digunakan kan untuk untuk mencari kecepatan node a dengan dengan menggunak menggunakan an Rumus Rumus 1 dan arah pergerakan menggunakan Rumus 2.


Gambar 1: Kecepatan dan Arah Pergerakan Node Tetangga[5].

V a =

√

( y2 − y1 )2 + ( x2 − x1 )2 t 2 − t 1

θa = tan (−1)

y2 − y1 x2 − x1

(1) (2)

Oleh karena itu, node x dapat mengaplikasikan rumus 3 dan 4 untuk memperoleh posisi baru node c( x′c , yc′ ) pada waktu t′c dari posisi sebelumnya (xc , yc ) x′c = x c + V c ∗ (t ′c − t c ) ∗ cos(θc )

(3)

y′c = y c + V c ∗ (t ′c − t c ) ∗ sin(θc )

(4)

2

pergerakan node d pada poros horizontal berlawanan dengan pergerakan node asal, dan kecenderungan pergerakannya menjauhi node asal. Maka, node d akan di keluarkan dari pilihan forwarding node. • Kedua, node asal menghitung posisinya dan posisi tetangga sesuai rumus 3 dan 4 pada saat waktu penerusan data, dan lokasi informasi kemudian dikonversi menjadi jarak antara node tetangga dengan node tujuan. Kemudian, pilih node yang paling jauh dari node asal (tetapi masih berada pada jangkauan komunikasi node asal) sebagai forwarding node. Pada gambar 2, dapat dihitung bahwa node e adalah node yang lebih jauh dari tujuan daripada node asal. Node e kemudian tidak diperhitungkan sebagain forwarding node. Dan jarak dari a,c ke node asal x kurang lebih sama, dan tidak ada node yang lebih jauh dari node asal x daripada node a dan c. Maka, keduanya bisa dipilih sebagai forwarding node berikutnya. • Terakhir, jika ada node (bisa jadi lebih dari satu) yang jaraknya dari node asal sama, maka kecepatan pergerakan mereka pada sumbu horizontal akan dibandingkan untuk memilih forwarding node. Node dengan kecepatan paling cepat akan dipilih sebagai forwarding node. Jika ada node yang kecepatannya sama, maka pilih node yang memiliki sudut ke sumbu horizontal sebagai forwarding node, karena semakin kecil sudutnya, semakin besar kecepatannya. Maka, dipilihlah node c sebagai forwarding node III. M GPSR-MV

Dalam persamaan 3 dan 4, V c merepresentasikan kece patan terbaru. Node x secara berulang dapat memprediksi pergerakan semua node yang masih berada dalam jangkauan komunikasi dan jarak antara node tetangga dengan x, dan dengan begitu mampu menghasilkan seleksi forwarding node yang lebih terpercaya dan efisien. Berdasarkan gambar 2, aturan pemilihan forwarding node adalah sebagai berikut: •

Pertama, node asal, berdasarkan rumus 1 dan 2, akan menghitung kecepatan dan arah pergerakan dirinya sendiri dan node tetangga dan kemudian memutuskan apakah arah pergerakan node tetangganya sesuai dengan arah dari node asal ke node tujuan. Pada gambar 2,

Berdasarkan penjelasan pada langkah pemilihan forwarding node pada GPSR-MV[5], ketika tidak ada forwarding node yang searah, maka greedy forwarding akan gagal. Kemudian, sesuai dengan algoritma protokol GPSR, paket akan diteruskan menggunakan perimeter mode. Hal ini da pat menyebabkan peningkaatan kegagalan pengiriman paket karena jika masih ada node yang dapat menjadi forwarding node, walau tidak searah, seharusnya tetap diteruskan ke forwarding node walaupun tidak searah karena nantinya paket akan diteruskan lagi. Untuk mencegah peningkatan kegagalan pengiriman paket karena node yang tereliminasi akibat node tersebut tidak searah, akan ditambahkan satu aturan lagi ke GPSR-MV sebagai langkah terakhir. Jika tidak menemukan node yang searah, maka pemilihan forwarding node pada GPSR-MV akan berjalan seperti pemilihan forwarding node pada GPSR, yaitu mengabaikan arah pergerakan dan memilih node yang paling dekat dengan tujuan, sehingga node yang memiliki arah yang sesuai dengan arah dari node asal paket ke node tujuan paket akan memiliki prioritas lebih untuk menjadi forwarding node dan untuk node yang tidak searah tetap bisa menjadi forwarding node apabila sudah benar-benar tidak ada node yang searah yang dapat menjadi forwarding node. Alur pemilihan forwarding node yang telah dimodifikasi dapat dilihat pada pseudocode pada Gambar 3. IV. P A. Skenario Pengujian

Gambar 2: Skema Pemilihan Forwarding Node[5].

Pengujian dilakukan pada dua skenario, yakni skenario grid dan skenario riil. Kedua skenario mempunyai parameter


1: function F N(Neighbor List F ,

Destina-

tion D, Source S ) M ax ← DistanceS −D 2: 3: for every neighbor node i ∈ F do if Directioni−D i n accordance with 4: DirectionS −D then 5: if Distancei−D < M ax then 6: M ax ← Distancei−D 7: ForwardingNode ← i V elo ← V eloi 8: 9: Dir ← Dir i 10: end if 11: if Distancei−D == M ax then 12: if V eloi > V elo then 13: ForwardingNode ← i 14: V elo ← V eloi Dir ← Dir i 15: 16: else if V eloi == V elo then 17: if Dir i == Dir then 18: ForwardingNode ← i 19: Dir ← Dir i 20: end if 21: end if end if 22: 23: else if Directioni−D not in accordance with DirectionS −D then 24: M ax ← Distancei−D 25: ForwardingNode ← i end if 26: 27: end for 28: end function

3

protokol semakin baik dan jika hasil E2E semakin kecil, maka semakin cepat pengiriman paket sehingga performa protokol semakin baik. PDR =

E2E =

received sent

∑recvnum m=1

CBRRecvTimem − CBRSentTimem recvnum

1) Hasil Pengujian Skenario Grid Hasil pengambilan data PDR kecepatan standar 15 m/s, 20 m/s dan 30 m/s masing-masing dapat dilihat pada Gambar 4, 5 dan 6.

Gambar 4: Grafik PDR Terhadap Banyak Node pada Kecepatan Standar 15 m/s.


Tabel I: Parameter Lingkungan Simulasi dengan Skenario. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Parameter Spesifikasi Network simulator NS-2, 2.35 Routing protocol GPSR dan GPSR-MV Waktu simulasi 200 detik Area simulasi 1000 m x 1000 m Banyak kendaraan 40, 60, 80, 100 Radius transmisi 250 m Agen pengirim Constant Bit Rate (CBR) Source / Destination Statis Packet Rate 2 kB Ukuran paket 512 byte Protokol MAC IEEE 802.11p Propagasi sinyal Two-ray ground Tipe kanal Wireless channel

(6)

B. Hasil Pengujian

Gambar 3: Pseudocode Pemilihan Node pada GPSR-MV yang Sudah Dimodifikasi.

lingkungan simulasi yang sama, yang dapat dilihat pada Tabel I. Pengujian pada skenario grid mempunyai 3 jenis kecepatan standar, yaitu 15 m/s, 20 m/s dan 30 m/s sedangkan untuk pengujian pada skenario riil, kecepatan standar bergantung pada jenis jalan. Penulis menggunakan aturan default tipe jalan yang tertera pada halaman resmi SUMO[8]. Parameter pengujian yang digunakan adalah Packet Delivery Ratio (PDR) yang dapat dihitung dengan Rumus 5 dan End-to-End Delay (E2E) yang dapat dihitung dengan Rumus 6. Jika hasil PDR semakin tinggi, maka semakin berhasil pengiriman paket yang dilakukan sehingga performa

(5)



4

Tabel II: Cuplikan Hasil Pengujian PDR GPSR-MV yang Mengalami Penurunan. No. 1 2

GPSR 98 32% 97 67% ,

,

PDR GPSR-MV 90 78% 91 41%

Total Transmisi Paket GPSR GPSR-MV

,

1467

2103

,

1748

2589

Berdasarkan grafik pada Gambar 4, 5 dan 6, dapat dilihat bahwa GPSR-MV memiliki rata-rata PDR yang lebih tinggi dibandingkan dengan GPSR. Namun, jika melihat satu-satu dari 10 data yang diambil untuk hasil pengujian seperti yang dapat dilihat pada tabel II yang merupakan cuplikan hasil pengujian pada kecepatan standar 15 m/s dan jumlah node 80, PDR GPSR-MV tidak selalu lebih baik daripada GPSR. Ada 4 jenis alasan mengapa paket di- drop, yaitu NRTE ( No Route Entry), TTL (Time To Live), dan CBK (kegagalan pengiriman paket di layer MAC). Setelah dilakukan analisa terhadap penyebab turunnya PDR pada protokol GPSR-MV, penuhnya send buffer menjadi salah satu alasan seperti yang dapat dilihat pada grafik pada Gambar 7 dan 8. Penuhnya send buffer disebabkan karena total transmisi paket dalam jaringan terlalu banyak. Transmisi paket dalam jaringan yang terlalu banyak dapat menyebabkan membuat overhead pada network semakin besar, sedangkan buffer pada node ukurannya tetap, sehingga ukuran traffic yang dapat dilayani oleh GPSR-MV terbatas dan ketika send buffer sudah penuh, paket akan di-drop. Dapat dilihat pada tabel II, data kedua dan ketiga yang mengalami penurunan signifikan mempunyai selisih total transmisi paket yang besar. Banyaknya total transmisi paket menjadi faktor penuhnya send buffer sehingga kemungkinan terjadi drop karena send buffer penuh akan semakin besar.

Gambar 8: Grafik Perbandingan Penyebab Di- drop-nya Paket pada Data Kedua di Tabel II.

Gambar 9: Grafik end-to-end delay Terhadap banyak node pada kecepatan standar 15 m/s.

Hasil pengambilan data end-to-end delay pada kecepatan standar 15 m/s, 20 m/s dan 30 m/s masing-masing dapat dilihat pada gambar 9, 10 dan 11. Berdasarkan grafik 9, 10 dan 11, end-to-end delay antara GPSR dan GPSR-MV tidak selalu lebih kecil dan tidak selalu lebih besar. 2) Hasil Uji Coba Skenario Riil Hasil pengambilan data PDR dan end-to-end delay pada peta daerah perumahan (tidak ada traffic light ) masingmasing dapat dilihat pada gambar 12 dan 13.

Gambar 7: Grafik Perbandingan Penyebab Di- drop-nya Paket pada Data Pertama di Tabel II.


Gambar 12: Grafik PDR Terhadap Banyak Node pada Peta Daerah Perumahan.



5

Gambar 15: Grafik End-to-End Delay Terhadap Banyak Node pada Peta Daerah Perkotaan. Berdasarkan grafik pada gambar 14, performa GPSR-MV lebih baik dibandingkan dengan GPSR. Namun, banyaknya node tidak menjamin peningkatan PDR dalam studi kasus peta riil (non- grid ). Hal ini disebabkan karena tidak meratanya persebaran node. Dapat dilihat juga pada grafik endto-end delay pada grafik di gambar 15 bahwa delay seiring bertambahnya jumlah node, delay juga meningkat. V. K

Packet delivery ratio dari GPSR dan GPSR-MV akan meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah node dalam jaringan pada skenario grid dan PDR GPSR-MV lebih tinggi daripada GPSR. Namun, pada skenario real , PDR dari GPSR Gambar 13: Grafik End-to-End Delay Terhadap Banyak dan GPSR-MV tidak selalu meningkat bahkan bisa semakin Node pada Peta Daerah Perumahan. turun ketika jumlah node dalam jaringan meningkat. Faktor yang mempengaruhi naik turunnya PDR adalah Berdasarkan gambar 12, performa GPSR-MV masih lebih kepadatan node dan kecepatan node bukan menjadi faktor baik dibandingkan dengan performa GPSR. Namun, terjadi yang berpengaruh pada peningkatan PDR GPSR-MV terhaanomali PDR pada jumlah node 100 yang seharusnya sedap GPSR. makin banyak node dalam jaringan semakin baik PDR-nya, End-to-end delay GPSR-MV tidak selalu lebih kecil dari justru pada peta ini PDR turun. Hal ini disebabkan tidak meratanya persebaran kendaraan akibat adanya kemacetan pada GPSR dan GPSR tidak selalu lebih kecil dari pada pada satu titik. Sehingga, mengurangi jumlah node pada jalur GPSR. End-to-end delay pada GPSR akan meningkat ketika transmisi paket antara node asal dengan node tujuan. Kema- kepadatan jaringan tidak merata. cetan ini juga tercerminkan pada gambar 13 yang ketika pada jumlah node 100, semua end-to-end delay meningkat tajam. DAFTAR PUSTAKA Hasil pengambilan data PDR dan end-to-end delay pada [1] C.K. Toh. Ad Hoc Mobile Wireless Networks: Proto peta daerah perkotaan (terdapat traffic light ) masing-masing cols and Systems. Prentice Hall PTR, 2002. ISBN dapat dilihat pada gambar 14 dan 15. 9780130078179. [2] Council of European Union. Directive 2010/40/eu of the european parliament and of the council of 7 july 2010, 2010. http://http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ.do?uri=OJ:L:2010:207:0001:0013:EN:PDF. [3] Christoph Sommer and Falko Dressler. Vehicular Networking . Cambridge University Press, 2015. ISBN 1107046718. [4] Brad Karp and H. T. Kung. GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless networks. In Proceedings of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking , MobiCom ’00, pages 243– 254, New York, NY, USA, 2000. ACM. ISBN 1-58113197-6. doi: 10.1145/345910.345953. URL http://doi. acm.org/10.1145/345910.345953. Gambar 14: Grafik PDR Terhadap Banyak Node pada Peta [5] H. Tu, L. Peng, H. Li, and F. Liu. GSPR-MV: A Daerah Perkotaan. routing protocol based on motion vector for VANET.


In 2014 12th International Conference on Signal Prodoi: cessing (ICSP), pages 2354–2359, Oct 2014. 10.1109/ICOSP.2014.7015415. [6] Steven McCanne and Sally Floyd. Ns Network Simulator. http://www.isi.edu/nsnam/ns/. [7] OpenStreetMap. https://www.openstreetmap.org/. Accessed: 2016-04-28. [8] W. Bamberger. Osm-urban-de.typ.xml. .

6

Modifikasi GPSR-MV dalam Pemilihan Forwarding Node pada Vanet

Recommend Documents