ISSN (e): 2459-9638
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network
LEANNA VIDYA YOVITA, JODI NUGROHO RESTU
Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro Email:leanna@telkomuniversity.ac.id

## ABSTRAK
Algoritma routing pada jaringan klasik dapat berjalan jika hubungan end-to-end selalu  ada.  Algoritma  routing  ini  bekerja  dengan  menggunakan  informasi mengenai  seluruh  jalur  yang  tersedia.  Untuk  itu,  pada  jaringan  dengan  kondisi ekstrim seperti ini diperlukan algoritma routing yang sesuai. Salah satu algoritma routing yang dapat dijalankan pada Delay Tolerant Network (DTN) adalah First Contact.  Algoritma  ini  akan  melakukan  penggandaan  pesan  yang  dibawanya untuk kemudian diberikan kepada node lainnya yang pertama kali ditemui. Dalam penelitian  ini  ditambahkan  stationary  relay  node  untuk  meningkatkan  delivery probability.  Dengan  penambahan  stationary  relay  node  diperoleh  peningkatan delivery probability 2 hingga 6% dibandingkan dengan jaringan tanpa stationary relay node. Parameter overhead ratio meningkat  sebesar 7-18% dibandingkan jaringan tanpa Stationary relay node. Algoritma First Contact dengan tambahan Stationary  relay  node  juga  memberikan  tambahan  average  latency,  118  –  171 detik. Nilai ini berbanding lurus dengan jumlah mobile node DTN yang ada pada area tersebut.
Kata kunci : Delay Tolerant Network, first contact, Stationary relay node, routing algorithm, delivery probability, overhead ratio, average latency.

## ABSTRACT
Classical  routing  algorithms  only  works  if  there  is  end  to  end  connection.This algorithms uses the information about every available path, and then choose the best  path  related  to  spesific  metric..  For  the  networks  with  the  extreme condition,  it  is  needed  the  suitable  routing  alorithms.  One  of  the  routing algorithms that is able to be applicated in Delay Tolerant Network (DTN) is First Contact. This algorithm will make a single copy message and then forward it to the  first  encountered  node.  In  this  research,  the  stationaryrelaynodes  were added to improve delivery probability. The effect of adding stationary relay node is increasing the delivery probability about 2-6%, compared to networks without stationary relay node. The overhead ratio increased about  7-18% compared to networks  without  stationary  relay  node.  First  Contact  algorithm  with  stationary relay node gives bigger average latency, 118 – 171 second. This value is directly proportional to the number of mobile DTN nodes that exist in the area.
Keywords : Delay Tolerant Network, first contact, Stationary relay node, routing algorithm, delivery probability, overhead ratio, average latency..

## 1. PENDAHULUAN
Algoritma routing pada jaringan klasik dapat berjalan bila hubungan end to end selalu ada. Algoritma  ini  bekerja  dengan  cara  mengumpulkan  informasi  mengenai  semua  jalur  yang tersedia,  dan  kemudian  memilih  jalur  terbaik  dari  seluruh  pilihan  jalur  yang  sudah  ada tersebut.  Pada  jaringan wireless,  hubungan  end-to-end  ini  tidak  selalu  ada.Untuk  jaringan dengan  kondisi  ekstrim  dimana  hubungan end-to-end  tidak  selalu  ada,  algoritma  routing klasik  tidak  dapat  berjalan  dengan  baik.Diperlukan  algoritma  lainnya  yang  dapat mengakomodasi kondisi tersebut.

## 1.1 Delay Tolerant Network (DTN)
Delay  Tolerant  Network  merupakan  jaringan  dimana  hubungan  end-to-endtidak  selalu tersedia (Keranen, 2008) . Pada mulanya konsep DTN ini dikembangkan oleh NASA untuk komunikasi  antar  planet,  dikenal  dengan  nama InterPlanetary  Communication  (IPN) (Ioanis,dkk, 2009) . Namun, konsep DTN dapat dikembangkan untuk komunikasi teresrial lainnya dan dapat dimanfaatkan untuk berbagai kondisi jaringan yang ekstrim, dimana delay pengiriman  paket  dapat  saja  sangat  besar  dan  tidak  ada  infrastruktur  yang  tetap  pada jaringan,  misalkan  pada  daerah  terpencil  yang  tidak  memiliki  infrastruktur  jaringan.  Pada kondisi ini, data dapat dibawa oleh node DTN yang bergerak, untuk kemudian diteruskan ke node DTN lain yang ditemuinya.
Pada  DTN,  pesan  akan  diteruskan  ke node  yang  lainnya  sampai  ke  tujuan  dengan menggunakan  konsep routing yang berbeda dengan routing klasik. Karena hubungan end- to-end  yang  tidak  selalu  ada  ini,  algoritma  routing  tidak  akan  menggunakan  konsep  lama dimana  informasi  mengenai  seluruh  path  yang  tersedia,  akan  dikumpulkan  terlebih  dahulu sebelum  memutuskan  jalur  terbaik  yang  akan  digunakan  untuk  mengirimkan  pesan.  Akan tetapi, nodeakan  memutuskan  untuk  meneruskan  atau  tidak  meneruskan  paket  ke  node lainnya berdasarkan karakteristik algoritma routing itu sendiri.
DTN  memiliki  layer  tambahan,  yaitu bundle  layer.Layer  ini  terletak  di  atas  layer  transport pada internet layer. Bundle layer memungkinkan pesan untuk disimpan dalam node DTN dan dibawa  oleh node,  dan  kemudian  diteruskan  jika  bertemu  dengan  node  lainnya.  Pada jaringan internet, hal ini tidak dapat dilakukan. Pada DTN dilakukan konsep store, carry, and forward.
Aplikasi Aplikasi Bundle Transport Transport Network Network Datalink Datalink Fisik Fisik Layer pada DTN Layer internet
Gambar 1. Layer pada DTN dan internet (Warthman, 2003)
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network

## Gambar 2. Ilustrasi jaringan DTN
Pada ilustrasi di Gambar 2 terlihat bahwa node A dan B adalah node statis dan node X serta Y merupakan node yang bergerak. Misalkan tidak ada jaringan yang menghubungkan node A dan B, namun nodeA membutuhkan untuk mengirim data ke node B. Pada jaringan klasik, hal ini tidak mungkin dilakukan. Pada DTN, pesan dari node A dapat ditumpangkan kenode X yang  berjalan  melewati node  A.  Dalam  perjalanannya,  node  X  bertemu  dengan  node  Y. Karena node X tidak akan berjalan melewati node B, maka node X menumpangkan pesannya ke node  Y  untuk  dibawa.  Pada  t3,  node Y  bergerak menuju  node statis B. Dan pada saat node Y melewati node B, pesan itu dapat disampaikan. Dengan skema ini, paket dari A akan dapat sampai ke B, walaupun waktu yang dibutuhkan untuk pengiriman mungkin saja besar. Pada jaringan klasik, jika delay terlalu besar, paket akandi buang dari jaringan.

## 1.2 Algoritma Routing First Contact
Algoritma routingFirst Contact merupakan algoritma routing yang paling sederhana, sehingga setiap node  DTN  yang  menggunakan  algoritma  ini  tidak  harus  dibekali  kemampuan komputasi  yang  tinggi.  Namun  demikian,  algoritma First  Contact  memberikan  delivery probabilityyang lebih tinggi dibandingkan dengan Direct Delivery (Mangrulkar, 2012) .
Pada  algoritma First  Contact,  setiap  node  akan  menggandakan  (single  copy)  dan meneruskan pesan yang ada padanya ke node lain yang pertama kali ditemui (Mangrulkar, 2012) .  Hal  ini  menyebabkan  kemungkinan  pesan  sampai  ke  tujuan  menjadi  lebih  tinggi, karena makin banyak node yang membawa salinan pesan tersebut. Proses ini diilustrasikan pada  Gambar  3.  Misalkan nodeA  membawa  pesan  pada  waktu  ke  t1.  Pada  waktu  ke  –t2, node  A  bertemu  dengan  node  C.  Node  A  akan  memberikan  salinan  pesan  ke  node  C, sementara pesan yang asli masih dibawa oleh node A. Pada waktu ke-t3, node C bertemu dengan node  D  sebagai  node  tujuan  pengiriman  pesan.  Node  C  akan  mengirimkannya kepada node D.
Gambar 3. Proses pengiriman paket dari node A ke D menggunakan First Contact

## 1.3 Parameter Evaluasi
Pada  penelitian  ini  dianalisis  beberapa  parameter  performansi,  yaitu delivery  probability, overhead  ratio  dan  average  latency.  Delivery  probability  menunjukkan  prosentase terkirimnya pesan sampai ke tujuan. Nilai parameter diperoleh dari perbandingan antar paket yang berhasil sampai di penerima dengan paket yang diproduksi oleh node. Overhead ratio menunjukkan  jumlah  seluruh  paket  yang  merupakan  salinan  dari  paket  asli  dibandingkan dengan  jumlah  paket  asli  yang  diproduksi.  Parameter average  latency  menunjukkan  delay rata-rata dalam pengiriman paket dari sumber ke tujuan.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, sudah dianalisis perbandingan performansi antara  algoritma Direct  Delivery,  First  Contact,  Epidemic  dan  MaxProp  dengan  berbagai ukuran buffer (Mangrulkar,  2012) .  Kemudian  telah  dianalisis  pula  perbandingan performansi antara Direct Delivery dan First Contact dengan berbagai kondisi kepadatandan kecepatan node (Restu,  J.,  N.,  dkk,  2015) .  Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisis performansi First Contact dengan menambahkan stationary relay node pada area penelitian dan melihat dampaknya berdasarkan jarak dan letak stationary relay node. stationary relay node bertindak sebagai noderelay yang memiliki kemampuan untuk meneruskan pengiriman paket  ke node  lainnya.  Stationary  node  akan  meningkatkan  jaminan  bahwa  sebuah  node akan bertemu dengan node lainnya sebagai relay atau media transfer berikutnya menuju ke tujuan.
Metode penelitian dibagi menjadi beberapa tahap untuk mencapai tujuan penelitian, yaitu:
1. Identifikasi masalah
Pada tahap ini dilakukan identifikasi masalah, dengan membaca literature dan paper penelitian terkait yang sudah dilakukan sebelumnya. Berdasarkan hasil dari proses ini diperoleh  bahwa  DTN  memerlukan  skema  routing  yang  sangat  berbeda  dengan jaringan  klasik.  Dari  banyak  algoritma  routing  untuk  DTN  yang  telah  diteliti sebelumnya, First Contact memiliki keunggulan dari sisi kesederhanaannya. Namun, perlu  diteliti  lebih  lanjut  modifikasi  baik  dari  sisi  internal  algoritma  maupun  dari
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network
modifikasi  infrastruktur  jaringannya  untuk  meningkatkan  performansi  algoritma ini.Pada  penelitian  ini  dimaksudkan  untuk  meneliti  modifikasi  yang  dapat  dilakukan dari  sisi  infrastruktur  jaringan  untuk  meningkatkan  performansi  algoritma First Contact.
2. Desain model
Berdasarkan hasil identifikasi masalah dari tahap 1, dilakukan desain model penelitian untuk memecahkan masalah. Adapun model penelitian ini adalah sesuai gambar 4.

## Gambar 4. Model Penelitian
3. Desain pemecahan masalah dan evaluasi
Untuk  meningkatkan  performansi First  Contact,  dilakukan  pemodelan  jaringan  dengan menambahkan stationary  relay  node.  Pemodelan  dilakukan  dengan  area  simulasi  jalan tol,  mulai  dari  gerbang  tol  Buah  Batu  sampai  ke  gerbang  tol  Cileunyi.  Kemudian dilakukan  pengubahan  jarak  letak stationary relay node dan menganalisis pengaruhnya terhadap performansi jaringan secara keseluruhan. Performansi jaringan akan dianalisis berdasarkan parameter delivery probability, overhead ratio dan average latency.

## 4. Pengumpulan data
Data diperoleh dari hasil simulasi menggunakan tools simulasi DTN, yaitu ONEsim 1.5.0 RC2. Nodeakan  dimodelkan  untuk  bergerak  berdasarkan  jalur  tertentu  pada  peta.  Peta yang  digunakan  adalah  peta  ruas  jalan  tol  mulai  dari  Gerbang  Tol  Buah  Batu  sampai gerbang  Tol  Cileunyi. Mobile  node  DTN  diatur  untuk  bergerak  mengikuti  ruas  jalan tersebut.Untuk  mengintegrasikan  peta  ke  dalam  simulator  digunakan  Open  Street  Map dan  OpenJUMP  1.8.0.  Data  yang  diperoleh  dari  simulasi  tersebut  kemudian  akan dianalisis  berdasarkan  parameter delivery  probability,  overhead  ratio,  dan  average latency.
5. Penarikan kesimpulan
Berdasarkan  evaluasi  data  yang  tersedia,  akan  ditarik  kesimpulan  terkait  dengan performansi First Contact berdasarkan berbagai kondisi pengujian.
Jaringan ekstrim seperti DTN membutuhkan algoritma routing yang berbeda dari routing pada jaringan klasik. Algoritma routing First Contact dapat digunakan pada jaringan DTN, dengan keunggulan dari sisi kesederhanaan aplikasinya, namun perlu diteliti lebih lanjut untuk meningkatkan delivery probabilitynya Dilakukan penelitian untuk meningkatkan delivery probability pada  jaringan dengan First Contact dan menguji performansinya.

## 3. HASIL DAN DISKUSI
Pada  penelitian  ini  ditentukan  terlebih  dahulu  parameter  inisialisasi  yang  digunakan,  dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter Simulasi Parameter Skenario Lokasi Penelitian Ruas Tol Buahbatu-Cileunyi Panjang Rute 14.140 Km Kepadatan kendaraan 5 dan 25 node Jarak Stationarynode Tanpa stationary relay node, 5 km, 6 km, 7 km Ukuran Buffer 10 MB Ukuran Paket 500 KB Kecepatan kendaraan 19.44-23.6 m/s Waktu Simulasi 3600 detik Kecepatan pengiriman data 1.125 MBps Antarmuka Wifi 802.11p Pola pancar Omnidirectional Cakupan area 300 m Protokol Routing First Contact Interval Bundle 10-20 detik Model Mobilitas Map based movement , Stationary movement
Pengujian dilakukan dengan beberapa skenario dengan parameter umum sesuai Tabel 1, dan tambahan kondisi pengujian berdasarkan skenario 1 sampai 4 sesuai dengan Tabel 2.
Tabel 2. Skenario simulasi No Skenario Penjelasan 1 Skenario 1 Disimulasikan jaringan tanpa stationary relay node 2 Skenario 2 Disimulasikan jaringan dengan stationary relay node dengan jarak tiap stationarynode= 5 km 3 Skenario 3 Disimulasikan jaringan dengan stationarynode  dengan jarak tiap stationarynode= 6 km 4 Skenario 4 Disimulasikan jaringan dengan stationarynode  dengan jarak tiap stationarynode= 7 km
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network
Gambar 5. Jalur pergerakan node
Gambar  5  menunjukkan  peta  yang  digunakan  dalam  simulasi. Mobile  node  akan  bergerak mengikuti jalur jalan tol pada peta, sedangkan stationary relay node diletakkan statis di ruas jalan sesuai dengan skenario jarak peletakan. Mobile node akan bergerak dari gerbang Buah Batu menuju ke gerbang Cileunyi. Bentuk lingkaran pada gambar menunjukkan node beserta area cakupan sinyalnya.

## 3.1 Hasil pengujian
Pada  simulasi  digunakan  jalur  peta  mulai  dari  gerbang  tol  Buah  Batu  sampai  gerbang  tol Cileunyi dengan panjang jalur total 14,140 km. Di sepanjang jalur ini node akan bergerak. Simulasi dilakukan dengan menjalankan First Contact sebagai algoritma routing bagi node- node DTN tersebut dan mengatur kondisi sesuai  parameter umum dan skenario pengujian pada Tabel 1 dan Tabel 2. Hasil performansinya dijelaskan berikut ini.

## 3.1.1 Delivery probability
Delivery  probability  menunjukkan  probabilitas  pesan  sampai  ke  tujuan.  Parameter  ini diperoleh dari formula :
Delivery probability = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑠𝑢𝑘𝑠𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎 𝑜𝑙𝑒ℎ 𝑛𝑜𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑗𝑢𝑎𝑛 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 (1)
Dari hasil simulasi terlihat bahwa terdapat peningkatan delivery probability saat ditambahkan stationary relay node. Perubahan jumlah mobile nodeDTN yang ada pada area tersebut juga mempengaruhi delivery probability.
Tabel 3. Delivery probability
Keterangan 5 Node  25 Node Jarak SN 5 km 0,276 0,341 Jarak SN 6 km 0,2601 0,335 Jarak SN 7 km 0,2469 0,3224 Without Stationary Node 0,229 0,28
Gambar 6. Grafik Delivery probability
Dari  grafik  pada  Gambar  6  terlihat  bahwa  pertambahan  jumlah node  DTN  dalam  area meningkatkan nilai delivery probability. Jumlah node yang lebih banyak menyebabkan pesan dapat diantarkan melalui lebih banyak pilihan jalur sehingga delivery probability meningkat2- 6%  daripada  tanpa stationary  relay  node.  Jaringan  dengan  tambahan  stationary  relay nodeakan  meningkatkan  pula  nilaidelivery  probability.  Ketika  node  DTN  mobile  bertemu dengan stationary relay node pada jalur yang dilaluinya sebagai node pertama, maka node tersebut  akan  mengirimkan  pesannya  ke stationary  relay  node.  Hal  ini  menyebabkanDTN mobilenode  memperoleh  kepastian  bahwa  selalu  ada  noderelay  yang  bisa  dimanfaatkan sebagai perantara menuju ke destinasi.

## 3.1.2 Overhead ratio
Overhead  ratio  merupakan  parameter  performansi  yang  perlu  dianalisis  terkait  dengan penambahan beban jaringan. Pada penambahan stationary relay node, overhead ratioakan meningkat pula 7-18% karena ada tambahan node yang mungkin oleh mobile node DTN dan berakibat ada tambahan salinan pesan yang akan dibuat oleh node dalam jaringan tersebut.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 5 Node 25 Node D e liv e ry Pr o b ab ili ty Delivery Probability Jarak SN 5 km
Jarak SN 6 km Jarak SN 7 km Without Stationary Node
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network
Tabel 4. Overhead ratio (%) Keterangan 5 Node  25 Node Jarak SN 5 km 20,4587  50,6475 Jarak SN 6 km 25,3293  46,0226 Jarak SN 7 km 15,5612  45,2891 Without StationaryNode 7,6813 36,9699
Perubahan  jumlah mobilenode  DTN  juga  mempengaruhi  parameter  ini.  Hal  ini  disebabkan karena jumlah hop yang dilalui oleh pesan sampai ke node tujuan akan bertambah. Jumlah salinan pesan yang beredar di jaringan juga akan makin banyak.Pertambahan jumlah mobile node  dari  5  node  menjadi  25  node  meningkatkan  overhead  ratio  20  –  30%,  seperti diperlihatkan oleh grafik pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik Overhead ratio

## 3.1.3 Average latency
Average latency dihitung mulai dari paket dikirim sampai paket tersebut diterima oleh node tujuan. Average latency meningkat sebanding dengan jumlah mobile node DTN, disebabkan karena semakin banyak node akan makin banyak menyumbang delay proses di dalam node itu  sendiri. Delay  juga  meningkat  jika  dibandingkan  antara  jaringan  tanpa  stationary  relay node  dengan  jaringan  yang  diberi  stationary  relay  node,  sebagai  akibat  bahwa  stationary relay  nodeakan  menyumbangkan  delay  proses  juga  sebelum  meneruskan  paket  ke  node lainnya yang dikenali pertama kali.
0 10 20 30 40 50 60 5 Node 25 Node Ov e rh e ad R atio (% ) Overhead Ratio Jarak SN 5 km Jarak SN 6 km Jarak SN 7 km Without Stationary
Node
Tabel 5. Average latency Keterangan 5 Node 25 Node Jarak SN 5 km 439,6927  489,2328 Jarak SN 6 km 435,2366  480,4532 Jarak SN 7 km 387,3051  471,3216 Without Stationary Node  268,5549  456,8796
Pada  jumlah mobile  node  yang  kecil  (5  node),  kenaikan  average  latency  cukup  jika dibandingkan  antara  jaringan  tanpa stationary  relay  node  dengan  jaringan  yang  memiliki stationary  relay  node,  yaitu  118  detik  –  171  detik.  Dengan  naiknya  jumlah  mobilenode menjadi 25 node, average latency naik dalam jumlah yang lebih kecil, yaitu 14 detik – 32 detik,  jika dibandingkan  antara  jaringan  tanpa stationary relay node dengan jaringan yang memiliki stationary relay node. Kondisi ini dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Average latency

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Algoritma First  Contact  dengan  tambahan  stationary  relay  nodeakan  meningkatkan probability delivery 2-6 %.
2. Algoritma First  Contact  dengan  tambahan  stationary  relay  node  memberikan peningkatan  pula  terhadap  beban  jaringan  dimana  nilai overhead  ratiomeningkat sebesar 7-18% dibandingkan jaringan tanpa stationary relay node.
3. Algoritma First  Contact  dengan  tambahan  stationary  relay  nodememberikan tambahan average latency 118 – 171 detik. Average nilai ini berbanding lurus dengan jumlah mobilenode DTN yang ada pada area tersebut.
0 100 200 300 400 500 600 5 Node 25 Node A ve rag e Late n cy ( s) Average Latency Jarak SN 5 km Jarak SN 6 km Jarak SN 7 km Without Stationary
Node
Analisis Performansi Algoritma Routing First Contact dengan Stationary Relay Node pada Delay Tolerant Network

## DAFTAR RUJUKAN
Keranen,  A.  (2008).  Special  Assignment  :  Opportunistic  Network    Environment  Simulator. Finlandia : Helsinki University of Technology.
Psaras, I., Wood, L., Taffazolli, L. (2009). Delay Disruption Tolerant Networking State of the art and Future Challenges. Center of Communication Systems Research (CCSR) Elsifier.
Warthman,  F.  (2003). Delay  Tolerant  Networks  (DTNs)  :  A  Tutorial  Based  on  DTN Architecture DTN Research Group Internet Draft. USA : Warthman Associates.
Mangrulkar,  R.,  S.,  Atique,  M.    (2012).  Performance  Evaluation  of Delay  Tolerant  Routing Protocol by Variation in Buffer Size. IEEE Conf. Publication (pp. 674–678).
Restu, J., N., Yovita, L., V., Doan P. (2015). Analisis Performansi Vehicular Ad Hoc Network Menggunakan Protokol Routing DTN Direct Delivery dan First Contact. Seminar Nasional Universitas PGRI Yogyakarta.
Rodrigues, J.,J., P.,C.  (2014). Advanced  in  Delay-tolerant  Networks(DTNs)  1 st Edition. Woodhead Publishing.
Doering,  M.,    Pögel,  T.,  and  Wolf,  L.    (2010).  DTN Routing  in  Urban  Public  Transport Systems Categories and Subject Descriptors (pp. 55–62).