## Analisis Unjuk Kerja Protokol (Maria Hilary & Bambang Soelistijanto)

## Analisis Unjuk Kerja Protokol Spray and Focus di Jaringan Opportunistic
Maria Hilary 1 , Bambang Soelistijanto 2
1,2 Universitas Sanata Dharma
1,2 Jl. Paingan 7, No.95, Paingan, Maguwoharjo, Yogyakarta INDONESIA
1 sinyeosidhae@gmail.com, 2 b.soelistijanto@usd.ac.id
Abstract — Delay Tolerant Network (DTN) is a wireless connection which does not need infrastructure in its formation. In this research the writer test the performance of a spray and  focus  routing  protocol  in  opportunistic  network  using  ONE  SIMULATOR. Performance  matrix  used  are  delivery  probability,  overhead,  delay,  and  drop.  Scenario used  in  every  test  are  increasing  the  number  of  nodes,  increasing  the  number  of  copy pesan, additional TTL (time-to-live), and addition of buffer capacity. The test result show that  spray  and  focus  routing  protocol  is  better  in  working  day  movement  when  TTL  is increasing because spray and focus uses transitivity to choise the best relay node so the message can reach its destination in a shorter time even though nodes are often forming a community.  The  delivery  probabilty  reached  99.4%  which  is  mean  in  every  100 messages, 99 messages are sucessfully delivered to destination node.
Keywords — Delay Tolerant Network, spray and focus, node movement, and transitivity.

## I. P ENDAHULUAN
Saat  ini  Internet  telah  menjadi  salah  satu  media  penyaji  dan  pertukaran informasi  yang  banyak  digunakan  oleh  masyarakat  di  dunia.  Di  Internet, terkadang  kita  memiliki  kendala,  kini  kendala  tersebut  dapat  diatasi  dengan memanfaatkan salah satu arsitektur dan protokol jaringan  yang bernama jaringan opportunistic. Jaringan opportunistic merupakan evolusi yang paling menarik dari MANETs. Dalam jaringan opportunistic, mobile node dapat berkomunikas walau pun tidka ada end-to-end path yang menghubungkan source ke destination [2]. Pada  jaringan  opportunistic  terdapat  node  dengan  mobilitas  tinggi,  di  mana setiap  node  menyiapkan  buffer  yang  terbatas,  dengan  bandwidth  yang  terbatas. Ada  beberapa  jenis  protokol  routing  yang  digunakan  diantaranya  skema  single copy  routing  yaitu  hanya  satu  pesan  unik  yang  diteruskan  disepanjang  jalur tunggal. Namun strategi  ini mengurangi kinerja jaringan berupa ratio pengiriman dan  semakin  meningkatnya  delay  jaringan.  Protokol  jenis  routing  lain  yang  bisa digunakan  adalah  routing  multi  copy,  yaitu  routing  yang  meneruskan  tiap  pesan ke setiap node di banyak jalur yang ada.
Penelitian tentang penggunaan protokol routing multi copy telah meningkatkat kinerja  jaringan  opportunistic  karena  dari  sisi  delivery  ratio  maupun  delay  pada routing multi copy lebih baik dibandingkan single copy.
A. Rumusan Masalah
Berdasarkan  latar  belakang,  maka  rumusan  masalah  yang  didapat  adalah melakukan analisis unjuk kerja protokol spray and focus terhadap protokol spray and wait di jaringan opportunistic.
Artikel ini telah dipresentasikan dalam Innovative and Creative Information Technology Conference (ICITech) dengan tema “ E-Transaction and Power Play” yang diselenggarakan oleh Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Kristen Satya Wacana – Salatiga, pada 24 November 2016.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mengetahui  unjuk  kerja  protokol  spray  and focus,  kelebihan,  serta  kekurangannya  di  jaringan  opportunistic,  yang  diukur dengan  parameter  unjuk  kerja,  yaitu  delivery  probability,  overhead,  delay,  drop, dan buffer occupancy.

## II. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Adapun  metodologi  dan  langkah–langkah  yang  digunakan  dalam  pelaksanaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

## A. Studi Literatur
Mencari  dan  mengumpulkan  referensi  serta  mempelajari  teori  yang mendukung tugas akhir ini, seperti:
1. Teori jaringan opportunistic
2. Teori protokol spray and focus
3. Teori protokol spray and wait
4. Teori delivery probability, overhead, delay, drop, dan buffer occupancy.
5. Teori ONE simulator
6. Tahap-tahap dalam membangun simulasi
B. Perancangan
Dalam tahap ini penulis merancang skenario sebagai berikut:
1. Luas jaringan tetap
2. Penambahan jumlah node (density)
3. Penambahan copy pesan (L)
4. Penambahan TTL (time-to-live)
5. Penambahan kapasitas buffer
6. Pergerakan node berdasarkan random waypoint
7. Pergerakan node berdasarkan working day movement

## C. Pembangunan Simulasi dan Pengumpulan Data
Simulasi  jaringan  opportunistic  pada  tugas  akhir  ini  menggunakan  ONE simulator (discrete event-driven simulator) berbasis java.

## D. Analisis Data Simulasi
Dalam  tahap  ini,  penulis  menganalisis  hasil  pengukuran  yang  diperoleh  pada proses simulasi. Analisis dihasilkan dengan melakukan pengamatan dari beberapa kali pengukuran yang menggunakan parameter simulasi yang berbeda.

## E. Penarikan Kesimpulan
Penarikan  kesimpulan  didasarkan  pada  beberapa  parameter  unjuk  kerja  yang diperoleh pada proses analisis data.

## III. KAJIAN PUSTAKA

## A. Spray and Focus Routing Protocol
Pada  skema  spray  and  focus,  skema  pertama  yang  akan  dihasilkan  sebuah skema  spray  (penyemprotan).  Skema  penyemprotan  menghasilkan  dan mendistribusikan (“spray”) kecil, yaitu sejumlah copy atau “forwarding token” ke sejumlah  relay  node  yang  berbeda.  Kemudian,  masing-masing  relay  akan membawa  copy  tersebut  untuk  bertemu  destination,  proses  membawa  tersebut didasari  pada  sebuah  TTL  (time-to-live)  yang  terdapat  pada  pesan.  Protokol  ini menciptakan strategi  yang cukup untuk  mengeksplorasi  jalan  yang singkat  untuk sampai  ke  destination.  Meskipun  skema  spray  tersebut  telah  terbukti  memiliki kinerja  yang  baik  dalam  beberapa  skenario,  skema  tersebut  juga  membutuhkan mobilitas yang tinggi  untuk mencapai kinerja ini. Namun, dalam banyak situasi, mobilitas  setiap  node  sangat  terbatas  pada  area  yang  kecil  untuk  sebagian  besar waktu [1].
Gambar 1. Spray and Focus
Message  summary  (ringkasan)  vectors:  Setiap  node  mempertahankan  vektor dengan  ID  dari  semua  pesan  yang  telah  disimpan,  dan  yang  bertindak  sebagai relay,  setiap  kali  dua  node  saling  bertemu,  kedua  node  tersebut  akan  bertukar vektor  dan  memeriksa  pesan  keduanya  yang  memiliki  kesamaan.  Setiap  pesan juga  membawa  TTL  (time-to-live),  saat  TTL  tersebut  habis,  maka  pesan  yang dibawa akan dibuang (drop) dan masuk ke dalam vektor ringkasan pesan terhapus [1].
B. Spraying Phase
Ketika  sebuah  new  message  dihasilkan  pada  source  node,  hal  itu  juga  akan menghasilkan  L  “forwarding  tokens”  untuk  pesan  ini.  Forwarding  token menginisialkan  bahwa  node  yang  memiliki  forwarding  token  ini  dapat menduplikatkan  dan  meneruskan  tambahan  copy  dari  pesan  yang  diberikan, menurut aturan berikut:
1. Setiap node mempertahankan “summary vector” dengan ID dari semua message yang telah di simpan, dan yang bertindak sebagai relay; setiap
kali dua node bertemu satu sama lain, mereke akan bertukar vektor dan saling memeriksa kesamaan pesan yang mereka miliki.
2. Jika  sebuah  node  (baik  source  node  atau  pun  relay  node)  membawa forwarding token dan forwarding token = n>1 bertemu node tanpa copy pesan,  maka  node  yang  memiliki  forwarding  token  tetrsebut  akan menyerahkan  n/2  (setengah)  dari  forwarding  token  yang  ia  miliki  dan menjaga n/2 untuk dirinya sendiri.
3. Ketika sebuah node memiliki copy pesan tapi hanya ada satu forwarding token (n=1) untuk pesan ini, maka pesan ini hanya bisa diteruskan lebih lanjut sesuai aturan “focus phase” [1].
Node encounter: Asumsikan bahwa node secara berkala mengirim beacon untuk mengenali kehadiran node satu sama lain. Periode beacon ini memiliki efek pada kinerja  protokol  apabila  tidak  sering  dikirim,  akibatnya  peluang  untuk “forwarding” akan terlewatkan. Idealnya node “encounters” satu sama lain setelah node  tersebut  masuk  dalam  jangkauan  komunikasi.  Selain  itu,  overhead  juga terlibat  dalam  pertukaran  message  summary  (ringkasan  pesan).  Oleh  karena  itu, setiap  ID  dari  pesan  diharapkan  menempati  lokasi  hanya  dalam  beberapa  byte (misalnya  source  ID,  destination  ID,  dan  nomor  urut).  Diharapkan  antrian penyampaian pesan yang masuk ke dalam buffer relatif rendah.
Spraying  mechanism  :  Jumlah  copy  pesan  (forwarding  token)  yang  harus didistribusikan  ke  relay  node  yang  berbeda  memakai  algoritma  binary  spraying. Idealnya,  relay  node  dipilih  berdasarkan  kecenderungannya  yang  lebih  sering bertemu dengan destination.
Number  of  copies:  Secara  umum,  jumlah  copy  yang  seharusnya  adalah  hanya sebagian kecil dari jumlah total node.

## C. Focus Phase
Ketika  sebuah  relay  node  yang  mendapat  pesan  hanya  memiliki  satu forwarding  token,  maka  dalam  kondisi  inilah  kita  akan  beralih  ke  “fase  focus”. Pada  fase  ini,  pesan  daspat  diteruskan  ke  relay  yang  berbeda  sesuai  dengan kriteria  forwarding  yang  diberikan.  Secara  khusus,  keputusan  forwarding  ini diambil  berdasarkan  satu  set  timer  yang  merekam  waktu  saat  dua  node  terakhir bertemu.
Age  of  last  encouter  timers  with  transitivity:  Informasi  mengenai  node  yang berbeda akan langsung masuk pada timer pertemuan terakhir dan akan disebarkan melalui  proses  mobilitas  (pergerakan)  node  lain.  Oleh  karena  itu,  kita  dapat mendefinisikan fungsi utilitas berdasarkan timer tersebut yang akan menunjukkan bagaimana “usefull” sebuah node dalam memberikan pesan ke node lain.
D. Rancangan Simulasi
T ABEL I P ARAMETER S IMULASI Parameter Simulasi Skenario mobility Random Waypoint Working Day Movement Waktu simulasi 259200s 259200s Interval generasi pesan 1200,1250 s Messagesize 10kB Luas area 4500m x 4000m Transmission range 10m Protokol routing Spray and Focus Spray and Wait IV. HASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Random Waypoint
Dalam  teori  pergerakan  mobile  node,  model  pergerakan  random  waypoint adalah  sebuah  gerakan  pada  node  dimana  kecepatan,  akselerasi  dan  arah  gerak berubah seiring dengan  berjalannya  waktu.  Pergerakan  random  waypoint banyak digunakan  untuk  mensimulasikan  pergerakan  mobile  node  pada  Mobile  Ad-hoc Networks  (MANET)  dan  jaringan  opportunistic  karena  dianggap  memiliki kompleksitas yang rendah tetapi tetap efektif [8].
Dalam  simulasi  yang  berbasis  pergerakan  random,  setiap  node  bergerak  tanpa batasan.  Lebih  jelasnya,  tujuan, kecepatan, dan arah semuanya ditentukan secara random tanpa pengaruh dari node lainnya.
a) Delivery Probability

## If node A encounters node B:
 𝑇 (𝑎,𝑏) = 𝑇 (𝑏,𝑎) = 0
 𝑖𝑓 𝑇 𝑏,𝑐 <   𝑇 𝑎,𝑐 – 𝑇 𝑚 (𝑑 𝑎,𝑏 )  𝑠𝑒𝑡 𝑇 (𝑎,𝑐) = 𝑇 (𝑏,𝑐) + 𝑇 𝑚 (𝑑 𝑎,𝑏 )
b) Delay c) Buffer Occupancy TTL 24 jam
d) Buffer Occupancy TTL 44 jam
e)
Grafik  4.3  (a)  menunjukkan  bahwa  penambahan  TTL  (time-to-live)  pada awalnya memberi kinerja yang baik pada protokol SnF dan menunjukkan hal yang sebaliknya  pada  protokol  SnW.  Mengingat  probabilitas  suatu  node  bertemu dengan  node  lain  adalah  sama  pada  pergerakan  random  waypoint,  maka  TTL (time-to-live)  yang  semakin  panjang  menyebabkan  buffer  semakin  penuh  oleh pesan  yang  berisi  TTL  yang  terlalu  lama.  Sementara  itu,  penambahan  TTL  pada titik tertentu sebaliknya memberi unjuk kerja  yang baik pada protokol SnW. Hal ini  terjadi  karena  relay  node  yang  bertugas  untuk  mengantarkan  pesan  memiliki cukup waktu untuk menunggu dan bertemu dengan destination.
Pada grafik 4.3 (b), menunjukkan bahwa selain delivery probability, delay pada jaringan  juga  sangat  berpengaruh  pada  skenario  penambahan  TTL.  Buffer  yang terlalu  penuh  pada  protokol  SnF  dan  SnW  menyebabkan  beban  jaringan  yang kemudian berakibatkan pada peningkatan delay [4][6].

## B. Working Daya Movement
Kegiatan  utama  node  pada  pergerakan  ini  adalah  di  rumah,  bekerja,  dan aktivitas bersama teman-teman di malam hari. Hal seperti ini akan diulang setiap
harinya hingga simulasi berakhir. Hubungan sosial akan terbentuk ketika beberapa node  melakukan  kegiatan  yang  sama.  Misalnya  node  dengan  lokasi  kantor  yang sama adalah rekan-rekan kerja [7].
a) Delivery Probability
b) Delay
c) Buffer Occupancy TTL 34 jam
d) Buffer Occupancy 44 jam
Grafik 4.7(a) menunjukkan  penambahan TTL memberi kinerja yang baik bagi protokol  spray  and  focus  namun  tidak  begitu  baik  untuk  spray  and  wait.  Hal  ini terjadi  karena  pada  pergerakan  ini  komunitas  yang  dibentuk  menjadi  salah  satu penghambat  pengiriman  pesan,  terutama  pada  spray  and  wait.  Relay  node  terus memegangi copy pesan untuk bertemu dengan destination  sebelum TTL berakhir dan  apabila  TTL  diperpanjang,  maka  buffer  akan  penuh  kemudian  menurunkan unjuk  kerja  jaringan.  Turunnya  unjuk  kerja  ini  ditunjukkan  dengan  menurun delivery probability serta meningkatnya delay yang ditunjukkan oleh grafik 4.7(b).

## V. K ESIMPULAN
Protokol  spray  and  focus  membutuhkan  buffer  yang  lebih  besar  dipergerakan random  waypoint  pada  skenario  penambahan  TTL  (time-to-live),  karena pergerakan  random  waypoint  menjadikan  probabilitas  pertemuan  semua  node  di dalam  jaringan  menjadi  sama.  Walau  pun  demikian,  dipergerakan  working  day movement  meskipun  setiap  node  membentuk  kelompok,  spray  and  focus memberikan  unjuk  kerja  yang  baik  karena  melakukan  forwarding  pesan  melalui transitivity.
Pada  pergerakan  working  day  movement,  protokol  spray  and  focus  memberi kinerja  yang  baik  di  setiap  skenario,  termasuk  di  skenario  penambahan  TTL. Namun  pada  spray  and  wait,  skenario  penambahan  TTL  baik  dipergerakan random  waypoint  maupun  working  day  movement  penambahan  TTL  sangat berpengaruh  terhadap  buffer  yang  menyebabkan  overhead  meningkat  dan mengakibatkan drop pesan oleh karena buffer dan berakhirnya TTL.

## R EFERENSI
[1] Psounis,  Konstantinos  and  Cauligi  S.  Raghavendra.  Spray  and  Focus: Effiecient  Mobility-Assisted  Routing  for  Heterogeneous  and  Correlated Mobility. PerCom Workshops, Fifth Annual  IEEE Int ernational Conference on, 2007.
[2] Dr. Mazlan Abbas. Trends and Challenges in Delay Tolerant Network (DTN) or Mobile Opportunistic Network (OppNet), UTHM 2 April 2014.
[3] A.  Keranen,  J.  Ott,  T.  Karkkainen,  “The  ONE  Simulator  for  DTN  Protocol Evaluation”, SIMUTools 2009, Rome, Italy, 2009.
[4] Yulianti Deni, Satria Mandala, Dewi Nasien, Asri Ngadi, Yahaya Coulibaly, “Performance Comparison Of Epidemic, PRoPHET, Spray and Wait, Binary Spray and Wait, and PRoPHETv2”, Universitas Teknologi Malaysia.
[5] Liu  Yao,  Jianxin  Wang,  Hongjing  Zhou,  Hiawei  Huang,  “Node  Density- based Adaptive Spray and Focus Routing in Opportunistic Networks”, IEEE International Conference on High Performance Computing and Communicatios, 2013.
[6] Kanmani.G,  M.Ramya,  S.M.C  Subashini,  “Reducing  Delay  in  WSN  Using Spray and Focus Algorithm”, ICCTET, 2014.
[7] Ekman  Frans,  Ari  Keranen,  Jouni  Karvo  and  Jorg  Ott,  “Working  Day Movement Model” Helsinki University of Technology TKK.
[8] Yoon  Jengkeun,  Mingyan  Liu  and  Brian  Noble,  “Random  Waypoint Considered Harmful” IEEE, 2003.
[9] Keranen,  Ari,  “Opportunistic  Network  Environment  simulator”,  Helsinki University of Technology, May 29, 2008.