BAB II DASAR TEORI Bab ini berisi tentang dasar teori arsitektur VANET, protokol routing yang digunakan dalam skripsi ini dan network simulator VEINS, OMNET++ dan SUMO. 2.1. Vehicular ad hoc network Vehicular Ad hoc Network (VANET) termasuk dalam jaringan komunikasi wireless dan merupakan turunan dari Mobile Ad hoc Network (MANET). VANET adalah suatu jaringan yang terbentuk dari hadirnya perlengkapan Wireless Access for Vehicular Environment (WAVE) sehingga mobil dan roadside unit (RSU) yang saling terhubung [1]. WAVE adalah standar komunikasi antar kendaraan. Dalam VANET, kendaraan atau user disebut sebagai node. Setiap node dapat saling berkomunikasi dengan node lainnya dan bebas bergerak dalam jaringan. Seperti pada gambar 2.1 terdapat 3 jenis komunikasi dalam VANET yaitu, komunikasi antar kendaraan, komunikasi antara kendaraan dengan roadside unit dan komunikasi antar roadside unit. RSU dalam VANET layaknya base transceiver station (BTS) dalam komunikasi seluler. RSU yang memiliki tugas untuk meneruskan pesan berupa informasi posisi dan letak dari kendaraan yang ada dalam satu jaringan. Agar dapat berkomunikasi dengan kendaraan, setiap kendaraan akan dilengkapi dengan on board unit (OBU). OBU merupakan unit pemroses yang diletakkan dalam kendaraan. Biasanya dalam OBU akan dilengkapi dengan GPS, sensor dan wireless. Oleh karena itu, dengan menggunakan konsep VANET maka setiap kendaraan akan memiliki unit pemroses sendiri yang terhubung dengan wireless dengan kendaraan yang lain. Dengan begitu setiap kendaraan dapat saling bertukar informasi dengan kendaraan lainnya berkaitan dengan situasi lalu lintas dan sekitarnya. Pesan inilah yang akan diolah oleh unit pemroses dan menjadi informasi kepada kendaraan sehingga jika terjadi kemacetan atau kecelakaan dapat langsung diketahui terlebih dahulu dan dapat mencari alternatif jalan yang lain. Tentunya dengan adanya hal ini dapat membantu mengurangi kemacetan dan kecelakaan karena segala informasi tentang jalan raya sudah diketahui oleh pengemudi. Untuk protokol yang digunakan pada VANET adalah IEEE 802.11p/WAVE yang merupakan pengembangan dari IEEE 802.11b. Hadirnya, IEEE 802.11p dikarenakan 5
semakin berkembangnya komunikasi wireless pada kendaraan sehingga perlu sebuah standar khusus yang mendukung komunikasi diantara kendaraan. Sedangkan, untuk RSU biasanya menggunakan WiFi/3G/3.5G/WiMAX Cara kerja dari VANET diilustrasikan melalui gambar 2.1. Terdapat tiga jenis panah yaitu, panah merah untuk komunikasi antar kendaraan, panah biru untuk komunikasi diantara kendaraan dan RSU dan yang terakhir adalah panah hijau untuk komunikasi diantara RSU. Setiap kendaraan (node) akan terhubung dengan RSU yang berada di dekatnya sedangkan RSU terhubung dengan jaringan WiMAX/3G agar dapat saling terhubung dengan yang lainnya. Sedangkan, Global Positioning System (GPS) Satellite bertugas jika terdapat permintaan dari kendaraan untuk mengetahui alternatif rute jika terjadi kemacetan. GPS SATELLITE Gambar 2.1 Arsitektur VANET [1]. Tiga jenis komunikasi dalam VANET memiliki tujuan masing-masing. Komunikasi antar kendaaran pada jaringan VANET memiliki fungsi untuk mengetahui letak dari kendaraan-kendaraan yang berdekatan. Dimaksudkan agar semua kendaraan dapat saling mengetahui posisi masing-masing sehingga bisa meminimalkan terjadinya kecelakaan. Misalnya terdapat dua kendaraan dengan kecepatan tinggi yang bertemu di perempatan jalan, maka sebelum kedua kendaraan itu benar-benar bertemu, akan 6
diberikan sebuah alarm sebagai tanda untuk berhati-hati dan untuk mengurangi kecepatan kendaraan. Komunikasi diantara kendaraan dan RSU adalah untuk pengecekkan kondisi jalanan yang akan dilalui. Jika terdapat permintaan dari salah satu kendaraan, misalkan kendaraan A ingin mengetahui kondisi jalan B atau mungkin ingin mencari alternatif jalan ketika terjadi kemacetan, maka GPS satellite bertugas untuk mencari alternatif jalan lalu RSU menginformasikan pada kendaraan A. Sedangkan, untuk komunikasi diantara RSU adalah untuk melakukan proses handover. Sama halnya, dengan komunikasi seluler, jika sebuah kendaraan sudah mencapai batas ambang dari suatu RSU maka akan terjadi perpindahan antara RSU yang sebelumnya ke RSU selanjutnya, sehingga komunikasi diantara RSU harus terus dijaga agar tidak adanya komunikasi yang putus walaupun terjadi perpindahan RSU. Proses inilah, yang disebut dengan proses handover. Pembahasan mengenai VANET memang sangat luas, karena itu pada skripsi ini pembahasan mengenai VANET hanya dibatasi mengenai pengenalan akan jaringan VANET dan proses pengiriman pesan diantara satu kendaraan (node) dengan yang kendaraan yang lainnya. 2.2. Protokol Routing Protokol adalah seperangkat aturan yang mengatur setiap komputer untuk saling bertukar informasi melalui media jaringan, sedangkan routing adalah proses memindahkan informasi dari pengirim ke penerima melalui sebuah jaringan [2]. Dalam jaringan ad hoc, tidak diperlukan infrastruktur seperti base station atau access point maupun sarana pendukung transmisi data. Tiap perangkat pada jaringan ini disebut node dan setiap node yang berada dalam jaringan ad hoc akan saling berkomunikasi. Membangun routing dalam jaringan ad hoc memiliki tantangan sendiri, hal ini karena node dalam jaringan ad hoc bergerak tidak teratur sehingga dibutuhkan protokol routing yang cepat beradaptasi dengan perubahan topologi dari jaringan. Pada umumnya, jaringan ad hoc memiliki 2 jenis protokol routing yaitu proaktif dan reaktif. 7
2.2.1. Protokol Routing Proaktif Protokol routing proaktif adalah protokol routing yang selalu memperbaharui informasi node yang berada dalam jaringan secara kontinu. Contoh dari routing protokol proaktif yang dirancang untuk mobile ad hoc network adalah Optimized Link State (OLSR). 2.2.1.1 OLSR OLSR adalah merupakan pengoptimalan dari protokol link state. OLSR menggunakan konsep multipoint relays (MPR) untuk menyebarkan dan memperbaharui informasi kepada node. Di dalam OLSR hanya node yang dipilih sebagai node MPR saja yang dapat meneruskan pesan yang diterima sehingga dapat mempercepat waktu pengiriman informasi dan mengurangi kemungkinan node yang sama menerima pesan yang sama juga. Dua pesan dalam routing OLSR adalah hello dan topology control (TC). Pesan hello bertugas untuk menemukan informasi kondisi link dan node tetangga. Pesan hello juga akan memilih MPR selector set yang bertugas untuk memilih node tetangga yang bertindak sebagai node MPR. Melalui pesan hello ini, node pengirim dapat menentukan node MPR-nya. Pesan hello hanya dikirim sejauh 1 hop, sedangkan pesan TC dikirim secara broadcast ke seluruh jaringan. Manfaat dari pesan TC yaitu untuk menyebarkan informasi tentang node tetangga yang telah ditetapkan sebagai MPR tak terkecuali MPR selector. TC disebarkan secara periodik dan hanya node MPR yang dapat meneruskan pesan TC [3][4]. Gambar 2.2 Flooding biasa vs Flooding MPR. Pada gambar 2.2 digambarkan perbedaan mendasar dari flooding biasa dan flooding MPR. Pada flooding biasa semua node (ditandai dengan warna oranye) akan 8
melakukan broadcast keseluruhan jaringan sehingga memungkinkan node yang sama menerima pesan yang sama lebih dari satu kali sedangkan flooding MPR akan memilih node MPR (ditandai dengan warna ungu) yang bertugas untuk meneruskan pesan ke node yang lain (ditandai dengan warna oranye) sedangkan node yang bukan merupakan node MPR tidak akan meneruskan pesan ke jaringan yang lain. Sehingga, meminimalkan kemungkinan node yang sama mendapatkan pesan yang sama berulang kali. Berdasarkan hal tersebut, OLSR disebut sebagai pembaharuan dari versi link state. 2.2.2. Protokol Routing Reaktif Protokol routing reaktif adalah protokol routing yang akan terbentuk jika terdapat permintaan informasi dari node. Protokol routing reaktif bekerja dengan cara membentuk tabel routing jika ada permintaan pembuatan rute baru. Contoh dari protokol routing proaktif yang dirancang untuk mobile ad hoc network adalah Ad hoc on Demand Distance Vector Routing (AODV) dan Dynamic Manet on Demand (DYMO). 2.2.2.1 AODV AODV adalah protokol routing yang membangun rute antara node pengirim dan node. AODV dapat digunakan pada multicast atau unicast routing. Multicast routing adalah pengiriman pesan dari satu jaringan ke lebih dari satu penerima sedangkan unicast routing adalah pengiriman pesan dari satu jaringan ke satu penerima saja. Pesan-pesan yang digunakan dalam AODV adalah route request (RREQ), route reply (RREP) dan route error (RERR). Pesan-pesan tersebut dikirim menggunakan pengalamatan IP. Dalam pengalamatan IP, pesan tersebut ditambahkan header yang berfungsi untuk menentukan alamat yang akan dituju. Setelah sampai di penerima, IP header tersebut akan dipecah untuk mengetahui isi pesan yang dikirim. Pesan yang dikirim memiliki time to live yang dibawa oleh header pada IP. Selama koneksi dari pengirim ke penerima benar, algoritma AODV tidak akan melakukan pencarian rute lagi. Sebaliknya, ketika diperlukan rute ke penerima yang baru, maka pengirim akan menyebarkan pesan route request (RREQ) secara broadcast ke semua node tetangga seperti pada gambar 2.3. Pada gambar 2.3 a,b dan c, pengirim atau sumber disimbolkan dengan huruf S (sender) dan penerima atau tujuan disimbolkan dengan huruf D (destination). 9
Gambar 2.3a merupakan proses dari pencarian rute pengiriman yaitu dengan mengirimkan pesan RREQ ke semua node yang ada di sekitarnya, yang disimbolkan dengan tanda panah yang ditujukan ke arah semua node. Node tetangga yang menerima RREQ akan mengirim pesan balasan kepada sumber berupa RREP jika node tersebut adalah penerima atau memiliki rute ke penerima seperti pada gambar 2.3b. Node yang mengetahui rute ke penerima disebut node penghubung. Baik node penghubung dan penerima akan menyimpan informasi baru yang dibawa oleh RREQ, kemudian mengirim RREP ke pengirim. Setiap node yang dilewati RREP akan membentuk suatu rute sendiri menuju pengirim. Jadi melalui pesan RREP inilah rute end to end antara pengirim ke penerima terbentuk. Pengirim akan menerima pesan RREP yang berisi informasi tentang alamat pengirim, alamat penerima, nomor urutan dari penerima, hop count dan waktu hidup pesan. Sumber akan mengganti rute apabila rute yang baru memiliki nomor urutan yang lebih besar dan hop count yang lebih sedikit dari rute yang ada saat ini, karena metode yang digunakan dalam AODV adalah pengiriman hop by hop sehingga jumlah hop yang paling sedikitlah yang akan digunakan. Selama rute terbentuk, setiap node dalam jaringan memantau kondisi link di depannya untuk mengantisipasi adanya kerusakan. Apabila sebuah rute mengalami kerusakan atau terputus, maka node yang terhubung pada link tersebut akan memberitahukan ke seluruh node bahwa rute tersebut rusak seperti pada gambar 2.3c. Kemudian node yang bersangkutan akan menyebarkan RERR ke seluruh node tetangga hingga ke pengirim. RERR mengindikasikan bahwa penerima tidak dapat dicapai melalui rute yang rusak. Oleh karena itu pengirim harus menyebarkan RREQ kembali[3][5]. node Gambar 2.3 Algoritma AODV. (a) RREQ Broadcast. (b) RREP Propagation. (c) RERR Message. 10
2.2.2.2. DYMO DYMO merupakan protokol routing yang bekerja di multi hop wireless networks. Multi hop wireless networks adalah pengiriman pesan lebih dari satu hop. Dalam hal ini, yang dimaksud dengan hop adalah node yang ada dalam jaringan. DYMO merupakan penerus dari AODV atau bisa dikatakan sebagai pembaharuan dari routing AODV. DYMO memiliki desain yang sederhana serta gampang diimplementasikan. Operasi dasar dari DYMO adalah route discovery dan route maintance. Cara kerja dari DYMO hampir sama dengan AODV yaitu, jika terdapat permintaan pengiriman pesan maka, untuk mengetahui rute ke node yang dituju akan diinisialisasi operasi route discovery dan sebuah pesan RREQ dikirimkan ke jaringan. Tiap node yang berpartisipasi dalam penyebaran pesan dan menyimpan sumber rute, sama halnya dengan AODV. Ketika node penerima sudah menerima RREQ maka node tersebut akan mengirimkan RREP ke node pengirim sebagai tanda bahwa pesan yang dikirimkan telah diterima. Setiap node yang menerima RREP akan membuat rute ke node pengirim sampai RREP diterima di node pengirim [5]. Secara umum, proses pengiriman sampai ditemukannya rute dari pengirim ke penerima antara AODV dan DYMO hampir sama. Hanya saja, terdapat perbedaan penggunaan istilah yang digunakan antara DYMO dan AODV tapi, jenis pesan yang digunakan sama yaitu RREQ, RREP, RERR. Pada saat ada permintaan pengiriman, DYMO akan menyebutnya sebagai proses route discovery sedangkan pada AODV tidak terdapat istilah seperti itu. AODV hanya akan langsung melakukan proses pengiriman RREQ. Jika terjadi permasalahan atau kegagalan dalam pencarian rute maka baik DYMO maupun AODV akan mengirimkan pesan RERR sehingga akan dilakukan pencarian rute kembali. Proses ini didalam DYMO disebut route maintance. Perbedaan terbesar pada DYMO dan AODV adalah yang ditampilkan pada gambar 2.4. Jika AODV dalam pengiriman pesannya yang akan disimpan hanyalah alamat dari source node. Sehingga, bisa dilihat pada gambar 2.4 mulai dari node A sampai dengan node D sebagai tujuan, node yang berpartisipasi akan mengabaikan node apa saja yang ikut serta dalam pengiriman pesan tersebut dan hanya menyimpan source node yang dalam gambar 2.4 adalah node A. Rute end to end diantara pengirim dan penerima terbentuk setelah adanya RREP dari destination node. 11
Berbeda dengan AODV, dalam DYMO ketika proses pencarian rute dilakukan, node yang berpartisipasi dalam meneruskan pesan dari source node akan menyimpan node apa saja yang ikut berpartisipasi dalam pengiriman. Pada gambar 2.4 di bagian DYMO dapat dilihat ketika node A sebagai source node mengirimkan pesan ke node B maka akan disimpan A sebagai node sebelumnya yang mengirimkan pesan, dan selanjutnya ketika node B meneruskan pesan ke node C maka yang disimpan tidak saja A sebagai source node tapi juga node sebelumnya yaitu B, sehingga ketika sampai di node C yang tersimpan adalah A,B. Proses akan berlangsung seperti itu terus sampai pesan yang dikirimkan sampai ke tujuan. Proses rute end to end antara pengirim dan penerima akan langsung terbentuk ketika pesan sampai pada penerima bukan ketika dikirimkan pesan RREP dari penerima. Hal ini, membuat DYMO dianggap lebih baik daripada AODV karena ketika terjadi kegagalan dalam pengiriman pesan, maka rute yang gagal tersebut langsung tidak akan digunakan lagi dan tentunya ketika proses pencarian rute kembali dengan mengirimkan pesan RREQ, node yang berada dalam rute yang sebelumnya gagal, tidak akan menerima pesan RREQ. Cara ini, dapat mempercepat proses pengiriman pesan dan membantu dalam menentukan rute yang benar. Gambar 2.4 AODV vs DYMO. 12
2.3 VEINS Vehicle in Network Simulation (VEINS) adalah sebuah open source Vehicle in Network Simulation open source framework . VEINS dibangun oleh 2 simulator yaitu untuk mensimulasikan vehicular network. VEINS dibangun oleh 2 simulator yaitu untuk mensimulasikan VEINS merupakan simulator yang mensimulasikan VANET OMNET++ dan SUMO. VEINS merupakan simulator yang mensimulasikan VANET OMNET++ dan SUMO. untuk komunikasi diantara kendaraan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5. k komunikasi diantara kendaraan[6] seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5 Gambar 2.5 Tampilan VEINS[2]. 2.3.1. OMNET++ OMNET++ adalah sebuah event-based network simulator. OMNET++ OMNET++ adalah sebuah OMNET++ dibuat oleh Varga Andras Varga Andras Varga Andras dari dari dari Technical University Technical University Technical University of Budapest, Departement of Budapest, Departement Budapest, Departement of of Telecommunication (BME (BME-HIT). OMNET++ didesain untuk komunikasi wireless yang menggunakan pendekatan didesain untuk komunikasi wireless yang menggunakan pendekatan menggunakan bahasa pemrograman C++ serta Tcl/Tk arsitektur berbasis komponen dan menggunakan bahasa pemrograman C++ serta Tcl/Tk arsitektur berbasis komponen dan untuk implementasi model dan simulasi mplementasi model dan simulasi[7]. Gambar 2.6 Tampilan OMNET++. 13
Bahasa pemrograman simulasi untuk OMNET++ memanfaatkan bahasa NED, yaitu bahasa pemrograman tingkat tinggi yang digunakan untuk mendeskripsikan topologi jaringan. Dengan menggunakan NED, deskripsi jaringan dapat berisi deskripsi komponen penyusun jaringan yang bersifat moduler. Untuk pengembangan model dilakukan dengan objek dan bahasa pemrograman C++. Pada simulator ini dimungkinkan pula penggunaan Java, namun untuk ini harus menggunakan komponen tambahan. Pemrograman antarmuka OMNET++ cukup mudah karena menggunakan Eclipse. OMNET++ juga menyediakan contoh algoritma tertentu untuk pengiriman data antar node. Gambar 2.6 menunjukkan tampilan dari OMNET++. Pada bagian kiri dari gambar 2.6 merupakan folder dari project atau file yang ingin digunakan. Seperti yang terlihat pada gambar terdapat beberapa project dan juga terdapat contoh-contoh jaringan sederhana yang dapat disimulasikan pada OMNET++. 2.3.2. SUMO SUMO adalah road traffic simulator[8] yang mulai diimplementasikan sejak tahun 2001 dan pertama kali merilis open source pada tahun 2002. Untuk mendapatkan tampilan seperti pada gambar 2.7 dilakukan dengan cara mengeksport peta dari web site dan menggantinya ke dalam bentuk xml. Peta bisa diambil dari dan akan terlihat seperti pada gambar 2.7. Gambar 2.7 Tampilan SUMO. 14
2.4 Quality of Service Quality of Service (QoS) adalah standart kualitas dari suatu layanan jaringan. Pada skripsi ini, digunakan tiga parameter QoS yaitu delay, throughput dan packet delivery ratio untuk mengukur dan membandingkan performa dari protokol routing OLSR, AODV dan DYMO Delay adalah waktu yang diperlukan suatu paket data dari source node hingga destination node[2]. Rumus untuk mencari delay adalah sebagai berikut, =	−	(2,1) Throughput adalah kecepatan sebenarnya dari pengiriman data sampai ditujuan[2]. Rumus untuk mencari throughput adalah sebagai berikut, Throughput =
(2,2) Packet delivery ratio (PDR) adalah perbandingan antara data yang diterima dan dikirim. Rumus untuk mencari PDR adalah sebagai berikut, Packet	delivery	ratio =
× 100% (2,3)