ANALISIS PENGARUH MAC (MEDIUM ACCESSCONTROL) TERHADAP THROUGHPUT PADAWIRELESS LOCAL AREA NETWORK (IEEE

802.11b) OVER FIBERMeyti Eka Apriyani

Jurusan Teknik InformatikaPoliteknik Negeri Batam

Batam, Indonesiameyti@polibatam.ac.id

Abstract The general WLAN is a office with access point whichplace on strategic area in building around. All access point toconnect together with used cable. WLAN configuration with amedium fiber optic cable called WLAN over fibre. Theconsequence different medium usage cause WLAN have differentcharacter with LAN. So that need the special sublayer MediumAccess Control (MAC) protocol has defines IEEE 802.11Wireless LAN. MAC Wireless LAN, DCF is a fundamental modeto support delivery services in a Basic Service Set (BSS). TheDCF defines a basic access mechanism for packet transmission isCarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance(CSMA/CA) and Request to Send / Clear to Send (RTS/CTS) asoptional mechanism. In this paper, the WLAN over fibrenetwork is designed by using NS-2 (Network Simulator) tosimulate and analyze the throughput. The mechanism is use areDCF basic mechanism and RTS/CTS mechanism. As we can seefrom the result and analyze, the highest throughput is in WLANnetwork with biggest data packet on it, that 6000 byte. Thesmallest throughput of WLAN over fibre network is 0,1509 Mbpsfor fibre length 800 m and also for the smallest data packet. Thethroughput increase when we use the RTS/CTS mechanism forthe biggest data packet. It is higher about 18,5% than thethroughput of basic mechanismKeyword : Basic, MAC, Over fiber, RTS/CTS, Throughput.

I. PENDAHULUANKonfigurasi umum untuk WLAN adalah sebuah ruangan

kantor dengan Access point (tidak bergerak) yang ditempatkanstrategis di sekitar bangunan. Semua Access pointdihubungkan bersama-sama dengan menggunakan kabel.Sedangkan untuk konfigurasi WLAN dengan menggunakankabel serat optik disebut WLAN over fiber. Jaringan WLANover fiber digunakan untuk menghubungkan antar gedungyang berjarak ratusan meter dengan menggunakankarakteristik dari kabel serat optik sendiri. Kabel serat optikmempunyai redaman yang sangat kecil dibandingkan denganmenggunakan kabel koaksial.

Akibat pemakaian media yang berbeda maka WLANmemiliki sifat teknis yang berbeda pula dengan jaringan LAN

konvensional. Sehingga untuk itu diperlukan protokol MediumAccess Control (MAC) sublayer khusus yang telahdidefinisikan oleh IEEE 802.11 Wireless LAN MAC. ProtokolMAC bertanggung jawab untuk kemampuan suatu host yangmenjamin tidak adanya tabrakan dalam satu waktu suatukanal/ saluran saat komunikasi sedang berlangsung. Daya tarikkomersial menggunakan Wireless LAN yaitu untuk layananinteraktif suara atau trafik real time lainnya kurang mendapatperhatian. Ini adalah fakta dimana umumnya implementasi802.11b yang tersedia untuk komersial hanya untukmendukung layanan data, yang disebut DistributedCoordination Function (DCF) dan bukan model 802.11b yangkedua didesain untuk layanan real time yaitu PointCoordination Function (PCF).

DCF berdasarkan pada Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance (CSMA/CA). Dengan DCF, frame datadikirimkan menggunakan dua mekanisme yaitu mekanismeakses dasar dan mekanisme akses Request To Send/Clear ToSend (RTS/CTS).

II. DASAR TEORIA. Radio Over Fiber (Rof)

Teknologi RoF adalah suatu teknologi di mana sinyalgelombang mikro (elektrik) di distribusikan oleh komponenoptik. Sistem RoF terdiri dari Central Site (CU) dan RemoteSite (RS) yang dihubungkan dengan jaringan fiber optik. Jikadi jaringan GSM, CS sama seperti Mobile Switching Centre(MSC) dan RS sama seperti Base Station (BS). TeknologiRadio over Fiber (RoF) memerlukan pemakaian sambunganserat optik untuk mendistribusikan sinyal RF dari suatu lokasipusat (headend) ke Remote Antenna Units (RAU). Di dalamsistem komunikasi narrowband dan WLAN, pengolahan sinyalRF berfungsi seperti modulasi pembawa dan multipleks. RoFmembuat fungsi sinyal prosessing yang terpusat ke dalam satulokasi yang dibagi bersama, dengan menggunakan serat optik(0.3 dB/km untuk 1550 nm, dan 0.5 dB/km untuk 1310 nm)

mendistribusikan sinyal RF ke RAU, seperti ditunjukkan didalam Gambar 2.1

Gambar 2.1 Konsep Sistem Radio Over Fiber [11]

Teknologi RoF digunakan untuk komunikasi satelit,komunikasi mobile radio, akses radio broadband dan jaringanWireless LAN over fiber.

B. Arsitektur MACArsitektur MAC dapat diGambarkan dalam Gambar 2.2

yang menyediakan layanan Point Coordination Function(PCF) dari Distributed Coordination Function (DCF). Metodeakses yang utama dari MAC IEEE 802.11 adalah DCF yangdikenal sebagai Carrier-Sense Multiple Access with CollisionAvoidance (CSMA/CA). DCF diterapkan di dalam semuaSTA, untuk digunakan dalam konfigurasi jaringan IBSS daninfrastruktur. MAC IEEE 802.11 juga disertakan satu pilihanmetode akses yang disebut PCF.

Gambar 2.2 Basic DCF CSMA/CA[8]

C. Protokol RTS/CTS dan CSMA/CACSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision

Avoidance) merupakan modifikasi CSMA. CollsionAvoidance digunakan untuk meningkatkan performa dariCSMA. Jika saluran dirasakan sibuk sebelum transmisikemudian transmisi dihentikan untuk interval random. Hal iniakan mengurangi probabilitas collision/tabrakan pada saluran.Akan tetapi CSMA/CA digunakan ketika CSMA/CD tidakdapat diimplementasikan. CSMA/CA digunakan pada 802.11berdasarkan wireless LAN. Salah satu masalah wireless LANadalah tidak dimungkinkan untuk berada dalam modemendengar sementara mengirim. Oleh karena itu collisiondetection tidak mungkin dilakukan. Alasan lain adalah hiddenterminal problem (masalah node tersembunyi).

III. PERHITUNGAN THROUGHPUT 802.11B

Agar dapat menentukan throughput sistem, perlu untukmelihat layer MAC sistem IEEE 802.11b. Paket data terdiridari overhead (preamble dan header) dan bagian data. DIFS,SIFS dan frame ACK dipertimbangkan disini karena perluuntuk memastikan penerimaan paket yang benar. Padaprotokol Stop-And-Wait, jika sebuah paket diterima errormaka receiver tidak mengirim ACK kembali ke pengirim danmenunggu sampai paket dikirim kembali/retransmisi. Denganmenggunakan parameter pembangun WLAN 802.11b, WLANover fiber menggunakan karakteristik serat optik yangmempunyai delay lebih besar untuk panjang fiber yangsemakin panjang. Berikut ini tabel parameter pembangunMAC WLAN over fiber :Tabel 3.1 Parameter Pembangun MAC WLAN over fiber [12]Parameter NilaiSIFS (Short Interframe Space) 10 sDIFS 50 sACK 14 byteOverhead (Preamble + Header) 24 byteMAC_header 34 byteControl Rate 1 MbpsPHY_header 128 bitData Rate 1, 2, 5.5, 11 MbpsSlot Time 20 sRTS 20 byteCTS 14 byteWaktu transmisi tT didefinisikan sebagai interval waktu antaradua pengiriman paket yang berhasil, jadi bukanlah waktupengiriman paket yang sebenarnya. Bisa saja terjadi beberapakali tabrakan dan jedah waktu kosong sebelum suatu transmisiberhasil dan ini semua menambah waktu transmisi dari waktuyang aktual.tT dapat didefinisikan sebagai penjumlahan dari rata-ratajumlah idle time, rata-rata waktu tabrakan dan rata-rata waktusukses.

Dimana :Tc : Waktu rata-rata terjadinya tabrakan.Ts : Waktu rata-rata paket sukses.Untuk mekanisme basic dengan mekanisme RTS/CTS

hanya berbeda berdasarkan nilai Tc dan Ts. Untuk memahaminilai Tc dan Ts definisi paket pada kanal terlihat pada gambar3.2 [8]:

Gambar 3.1 Definisi waktu paket pada kanalDimana :

Probabilitas paket diterima error adalah probabilitas paketerror, dan digantikan oleh p dalam perhitungan selanjutnyauntuk kemudahan/sederhana. Kemudian, waktu rata-rata untuktransmisi benar yang akan diterima adalah:

Ekspresi ini menunjukkan bahwa untuk sampai padapercobaan ulang ke-I, paket harus disampaikan dalam keadaanerror sebanyak I kali. Probabilitas penerimaan pada percobaanulang ke-I sebenarnya adalah (1 p).

Karena rumus untuk waktu rata-rata untuk transmisiyang benar telah didapatkan, maka rumus untuk throughputpun dinyatakan :

Karena rumus umum untuk throughput telah didapat,maka dapat digunakan data (bit/paket) dan probabilitas paketerror ke dalamnya. Probabilitas paket error sistemberhubungan dengan jumlah bit dalam paket, semakin besarukuran paket maka semakin besar pula probabilitas paket errorsistem.

A. Perhitungan Throughput WLAN over fiberSebelum melakukan penghitungan nilai throughput padaWLAN over fiber hendaknya melihat konfigurasi definisiwaktu paket pada kanal yaitu [16] :

Gambar 3.2 Definisi waktu paket pada kanal WLAN overfiber

B. Konfigurasi jaringanKonfigurasi jaringan yang akan digunakan dalam simulasi iniadalah sebagai berikut:

Gambar 3.3 Skema Jaringan [13]

Teknologi penggabungan radio over fiber dengansistem wireless dapat digunakan untuk WLAN dan Wimaxyang menyediakan solusi untuk jaringan akses broadbandindoor dan outdoor. RoF menggunakan serat optik sebagailink dengan menyediakan redaman yang rendah danbandwidth tinggi untuk mendistribusikan sinyal Radiofrequency (RF) dari main unit yang disebut Central Site (CS)ke (Remote Access Unit) RAU di sisi user.

IV. ANALISIS THROUGHPUT 802.11BA. Analisis perbandingan throughput mekanisme basic pada

WLAN dan WLAN over fiber (Skenario I).Penggunaan jaringan WLAN over fiber dengan menggunakanpanjang serat optik 200m untuk fiber propagation delay nyaadalah 0,002 ms terlihat bahwa pada data 2000 byte nilaiwaktu rata-rata selesainya pengiriman paket adalah 2,680 mslebih besar 0,419 ms daripada waktu nilai rata-rata selesainyapengiriman paket pada jaringan WLAN, begitupun yangterjadi pada data yang berbeda. Semakin besar data yangdikirimkan maka semakin besar pula jumlah waktu rata-rataselesainya paket. Hal yang menyebabkan nilai jumlah wakturata-rata selesainya paket pada jaringan WLAN over fiberlebih besar adalah penambahan fiber propagation delay yangterjadi karena indeks bias yang digunakan lebih besar daripadaindeks bias di udara.

Gambar 4.1 Throughput jaringan mekanisme basicBerdasarkan gambar 4.1 diatas throughput jaringanmekanisme basic pada jaringan WLAN lebih besardibandingkan dengan jaringan WLAN over fiber. Pada data2000 byte throughput jaringan WLAN adalah 4,485 Mbpssedangkan untuk jaringan WLAN over fiber adalah 4,435Mbps.Dari hasil penggunaan mekanisme basic dapat dianalisa bahwapenggunaan media serat optik dapat mempengaruhi penurunannilai throughput karena adanya penambahan delay pada mediaserat optik. Hal yang menyebabkan penambahan delay padamedia serat optik adalah penggunaan nilai indeks bias yangditimbulkan oleh serat optik yang lebih besar dibandingkandengan nilai indeks bias udara.

B. Analisis perbandingan throughput mekanisme RTS/CTSpada WLAN dan WLAN over fiber (Skenario II).

Skenario II bertujuan untuk mengetahui performansi frameRTS/CTS. Mekanisme RTS/CTS sangat diperlukan dalampengaturan jaringan agar tidak terlalu sering tabrakan paketyang berakibat menurunkan throughput. Pada jaringan WLANover fiber panjang kabel serat optik yang digunakan yaitu 200meter. Kasus kedua dengan penggunaan panjang serat optikyang berbeda yaitu 600 meter dan 800 meter nilai throughputnya tergambar dalam grafik sebagai berikut :

Gambar 4.2 Throughput jaringan WLAN over fibermekanisme RTS/CTS

Berdasarkan gambar 4.2 terlihat throughput jaringan WLANover fiber dengan panjang kabel serat optik yang berbeda.

Dari gambar diatas dapat dianalisis bahwa semakin panjangserat optik yang digunakan maka semakin kecil pulathroughput yang ada, hal ini disebabkan penambahan fiberpropagation delay yang semakin besar karena penggunaanserat optik yang semakin panjang.Pada kasus ketiga pada skenario II ini digunakan untukmengetahui perbandingan nilai throughput dengan mekanismebasic dan mekanisme RTS/CTS adalah sebagai berikut :

Gambar 4.3 Throughput jaringan mekanisme basic danmekanisme RTS/CTS

Dari gambar 4.3 terlihat untuk warna merah menunjukkannilai throughput dengan menggunakan mekanisme RTS/CTSdan warna biru menunjukkan mekanisme basic. Nilaithroughput mekanisme RTS/CTS lebih besar dibandingkandengan mekanisme basic, sebagai contoh untuk mekanismebasic throughput yang terjadi untuk data 2000 byte adalah4,48 Mbps. Sedangkan untuk mekanisme RTS/CTSthroughput yang terjadi lebih besar yaitu 7,41 Mbps.Sama halnya dengan jaringan WLAN over fiber throughputakan menurun saat menggunakan mekanisme basic dan akannaik saat penggunaan mekanisme RTS/CTS. Dari hasilsimulasi dapat dibuat analisis bahwa untuk kedua jaringantersebut mekanisme yang cocok digunakan adalah mekanismeRTS/CTS karena selain meningkatkan nilai throughput,peluang tejadinya tabrakan antar paket sedikit lebih kecil.

C. Hidden node (Skenario III).Problem yang terjadi karena station A tidak mengetahuikeberadaan C dan sebaliknya, sedangkan B mengetahuikeberadaan A dan C. Sehingga tabrakan akan terjadi jika Adan C mengirim paket ke B secara bersamaan. Sehinggadikatakan A tersembunyi dari C dan sebaliknya C tersembunyidari A. Fenomena hidden node ini dapat menyebabkan adanyapenurunan nilai throughput dalam jaringan WLAN. Berikut inihasil perbandingan throughput WLAN tanpa hidden nodedengan WLAN dengan adanya hidden node :

Gambar 4.4 Throughput jaringan tanpa dan dengan adanyaefek hidden node

IEEE 802.11 mempunyai beberapa mekanisme untukhandshaking antara workstation / node dengan BTS-nya. Salahsatunya adalah dengan menggunakan paket Request To Send(RTS) untuk meminta slot dari akses point untuk mengirimkanpaket. Jika akses point mengirimkan paket Clear To Send(CTS) maka node yang menerima CTS dapat mengirimkanpaket. Salah satu keuntungan adanya fasilitas RTS/CTS initerutama untuk mengatasi hidden transmitter problem.

V. KESIMPULANBerdasarkan simulasi dan analisis yang telah dilakukan, dapatdiambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Penggunaan media transmisi serat optikmengakibatkan penurunan throughput pada jaringanWLAN dengan menggunakan mekanisme basic.Pada saat data 4000 byte throughput jaringan WLANdan WLAN over fiber adalah 4,181 Mbps dan 4,040Mbps serta menjadi turun sebesar 3,673 Mbps dan3,65 Mbps saat data ditambah menjadi 6000 byte.Akan tetapi saat data 2000 byte throughputmengalami kenaikan menjadi 4,48 Mbps dan 4,43Mbps.

2. Penggunaan mekanisme RTS/CTS dapatmeningkatkan nilai throughput jaringan baik padajaringan WLAN maupun jaringan WLAN over fiber.

3. Adanya pengaruh efek hidden node yang terjadisangat mempengaruhi nilai throughput jaringan.Throughput saat tidak ada hidden node adalah 4,48Mbps, 4,18 Mbps dan 3,657 Mbps sedangkan saatadanya efek hidden node adalah 2,19 Mbps, 1,201Mbps dan 1,150 Mbps. Untuk mengatasi masalahadanya hidden node adalah dengan menggunakanmekanisme RTS/CTS.

REFERENCES[1] WLANA, 1996.Introduction to Wireless LANs.[2] Edi S. Mulyana, 2004. Pengenalan Protokol Jaringan Wireless

Komputer, Andi.[3] Abualreesh, Mohammad, 2004. 802.11b/ISM PHY, Helsinky

University of Technology, Spring.[4] R. Prasad. WLANs and WPANs toward 4G wireless, Artech House

Boston, London.[5] HandBook, 2007. IEEE Standard for Information technology

Telecommunications and information exchange between system Localand metropolitan area network Specific requirements Part 11: WirelessLAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications.

[6] H. Shahab, 2005 Analisa Performansi MAC berbasis ProtokolCSMA/CA pada Mobile Sensor Network, Tugas Akhir STTTelkom.

[7] Muh.Robby, 2006. Pengaruh Interferensi Bluetooth Terhadap KinerjaWLAN IEEE 802.11b Pada Frekuensi 2,4 Ghz.

[8] G. Bianchi, 2000 Performance Analysis of the IEEE 802.11 DistributedCoordination Function, IEEE J.Sel Areas Commun., vol. 18, pp.535-547.

[9] HandBook. 2007 IEEE 802 Wireless Systems. January.[10] Http://Linux Wireless LAN Howto - jt@hpl.hp.com.[11] A.Ngoma, 2005 Radio-over-Fibre Technology for Broadband Wireless

Communication Systems..[12] Y. Shao,et.al 2004 The Impact of RTS Threshold on Capacity of IEEE

802.11 DCF, Journal of Electronic Science and Technology of China,Des.