OPTIMASI ROUTING PADA JARING DATA MULTI OPTIMASI ROUTING PADA JARING DATA MULTI

JALUR MENGGUNAKAN METODE ANT COLONY JALUR MENGGUNAKAN METODE ANT COLONY

OPTIMIZATION (ACO)OPTIMIZATION (ACO)

NamaNama : : AgusAgus KurniwantoKurniwantoNIMNIM : 2209206803 : 2209206803

PROGRAM STUDI MAGISTERPROGRAM STUDI MAGISTERBIDANG KEAHLIAN TELEMATIKABIDANG KEAHLIAN TELEMATIKAJURUSAN TEKNIK ELEKTROJURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYASURABAYA20122012

Tesis

2

3

Latar Belakang

• Routing pada jaring data adalah sebuah mekanisme penyampaiantrafik data dari sumber ke tujuan. Protokol Routing melakukanpemilihan jalur terbaik antara sumber ke tujuan pada topologi multijalur• Salah satu tantangan yang ada terkait kinerja routing di sebuahtopologi jaring multi jalur adalah pemilihan jalur yang paling optimalsaat proses pengiriman data dari sumber ke tujuan.• Pada tesis ini akan dilakukan penelitian terhadap algoritma routingberbasis Ant Colony, yaitu AntNet yang diterapkan pada sebuah jaringmulti jalur.• Dari penelitian ini diharapkan dapat melihat sampai sejauh manaalgoritma AntNet dapat melakukan pemilihan jalur yang paling optimalbila diterapkan pada jaring multi jalur.

4

Perumusan Masalah

Beberapa masalah yang akan dipecahkan terkait optimasi routing ataudalam hal ini pemilihan jalur terbaik adalah :

1. Bagaimana algoritma routing AntNet dapat mengoptimalkanpemilihan jalur terbaik pada jaring data multi jalur.

2. Akan dilakukan perbandingan kinerja (performansi), yaitu antaraalgoritma AntNet dengan algoritma LinksState untuk mendapatkannilai Throughput dan Packet delay yang terbaik.

5

Tujuan Penelitian

• Sesuai dengan pokok bahasan, pada penelitian ini akandidesain dan dilakukan pengujian penggunaan algoritma routingAntNet pada jaring data multi jalur dengan tujuan untukmendapatkan jalur terbaik paling optimal dalam prosespengiriman data.

•Tercapainya tujuan penelitian ini diharapkan dapat memberikanmanfaat untuk penerapan metoda yang sama pada modeltopologi jaring yang berbeda lainnya.

6

Batasan Masalah

• Untuk proses implementasi, analisa dan perbandingan algoritmarouting AntNet dan algoritma pembanding (LinkState) akandigunakan aplikasi network Simulator NS-2.

•Topologi jaring yang akan digunakan untuk pengujian routingtersebut menggunakan topologi jaring data PT.CPI yangmempunyai 14 node yang saling terhubung multi jalur.

•Parameter-parameter yang mempengaruhi kinerja protokolrouting (bandwith, load, dan jumlah node) juga akan disesuaikandengan kondisi atau status yang ada di PT.CPI dengan disertaibeberapa variasi ukuran.

•Hasil keluaran yang akan diukur dan dianalisa dari implementasiantara lain adalah nilai Throughput dan Packet delay.

7

Penelitian Sebelumnya

Beberapa penelitian sebelumnya yang mencoba menggunakanalgoritma AntNet dan juga membandingkan dengan algortima lainadalah sebagai berikut:

• Distad Chirnanthavat & Takahiro Yakoh, mengunakan algoritmaAnt Colony pada jaring multi jalur, yang memperkenalkanmekanisme pencarian jalur terbaik berdasarkan perhitungan RTT(Round Trip Time) dan pengukuran bandwidth.

• Baran, B., Sosa, yang mencoba membandingkan kinerjaalgoritma AntNet dengan algoritma routing OSPF dan RIP padajaring data multi jalur.Parameter yang diukur adalah nilaiTroughput dan Delay Packet.

8

Jaring Data Multi Jalur

9

Jaring Data Multi Jalur adalah suatu topologi jaring data yangterdiri dari beberapa perangkat router yang antara satu dengansama lain dihubungkan oleh beberapa jalur dan berfungsi sebagaisarana penyaluran trafik data dari sumber ke tujuan.

Kelebihan :1. Tersedia beberapa alternatif jalur untuk komunikasi antar

router atau users tingkat ketersediaan layanannya tinggi.

Tantangan:1. Kinerja routing yang efektif dan optimal sehingga dapat :

• Dapat melayani lalu-lintas data setiap saat dengan efisiendan optimal (waktu cepat, no delay, no error)

• Dengan sendirinya dapat memilih jalur yang terbaik danoptimal

• Kemampuan recovery yang cepat saat terjadi gangguan

10

Protokol Routing

Routing adalah inti dari semua kontrol jaring, yaitumekanisme yang digunakan untuk mengirimkan paket sertamengarahkan dan menentukan jalur yang akan dilewatipaket dari sumber ke tujuan. Inti dari fungsi routing adalah

Fungsi protokol routing adalah:• Diistribusi informasi lalu lintas pemakai dan status kondisijaring.• Penggunaan informasi tersebut untuk membangkitkankemungkinan rute – rute yang paling optimal untuk dilewati.• Meneruskan lalu lintas trafik data pengguna ke rute – ruteoptimal tersebut.

11

Protokol Routing

Routing adalah inti dari semua kontrol jaring, yaitumekanisme yang digunakan untuk mengirimkan paket sertamengarahkan dan menentukan jalur yang akan dilewatipaket dari sumber ke tujuan. Inti dari fungsi routing adalah

Fungsi protokol routing adalah:• Diistribusi informasi lalu lintas pemakai dan status kondisijaring.• Penggunaan informasi tersebut untuk membangkitkankemungkinan rute – rute yang paling optimal untuk dilewati.• Meneruskan lalu lintas trafik data pengguna ke rute – ruteoptimal tersebut.

12

Protokol Routing (cont)

Elemen penting dari routing terbagi sebagai berikut :

• Algoritma, sebagai penentu cara kerja routing, dimana setiapalgoritma memiliki karakteristik yang berbeda sehinggapenerapannya dapat kita sesuaikan dengan kondisi jaring datayang kita miliki.

•Database (Tabel Routing), dalam hal ini adalah database daritable routing yang ada pada router sebagai pedoman untuk routertersebut dalam meneruskan paket data yang akan dikirimkan.

•Protokol, dalam hal ini adalah sebuah cara berkomunikasi antarrouter untuk saling mengumpulkan, mendistribusikan, danmemperbaharui informasi routing masing-masing.

13

Routing LinkState

• Protokol routing LinkState didasarkan pada algoritma Shortest PathFirst (SPF) untuk menemukan jalur terbaik ke tujuan. Algoritma ShortestPath First (SPF) algoritma ini juga dikenal sebagai algoritma Dijkstra.

• Dalam algoritma Shortest Path First (SPF), setiap kali ada perubahankondisi sebuah link, router akan mengirim paket update routing yangdisebut Link-State Advertisement (LSA) dan kemudian dipertukarkanantara router.

• Paket LSA routing update digunakan untuk menghitung ulang jalanterpendek ke arah tujuan. Setiap router akan selalu membangun petajaring atau tabel routing yang lengkap, terutama setelah ada perubahankondisi link.•• Contoh dari protokol Link State adalah OSPF (Open Shortest PathFirst)

14

Routing LinkState (cont)

Algoritma Routing LinkState :

• Router berusaha mencari dan mempelajari alamat semua routertetangga dalam area jaring yang sama

• Router kemudian mengukur nilai (cost) yang dibutuhkan kesemua tetangga router tersebut.

• Hasil pengukuran disimpan dalam sebuah paket yang kemudiandi kirim kembali ke semua router tetangga (LSA)

•Router akan selalu membangun peta jaring atau tabel routingyang lengkap, terutama setelah ada perubahan kondisi link.

15

Routing LinkState (cont)

Keuntungan :• Waktu convergence lebih cepat karena update diforward segera• Tidak rentan terhadap routing loops• Tidak rentan terhadap informasi yang salah karena hanyainformasi tangan pertama saja yang di broadcast

Kelemahan :• Algoritma Link State memerlukan power CPU dan memory yang tinggi untuk melakukan kalkulasi topology jaringan dan memilihroute• Menaikkan traffic jika terjadi perubahan topology

16

Ant Colony

Ant Colony Optimization (ACO) merupakan suatu metodologiyang dikemukakan pada tahun 1991 oleh Marco Dorigo.

ACO telah diterapkan di banyak permasalahan optimisasiseperti: traveling salesman problem, job-scheduling, vehiclerouting, network routing dan lainnya

17

Ant Colony (cont.)

Probabilitas langkah semut untuk bergerak ke node berikutnya :

Dimana :

r

AntNet

18

AntNet adalah algoritma routing berbasis Ant Colony.

AntNet terbagi menjadi dua agen mobile disebut denganforward ant dan backward ant.

Tugas dari setiap forward ants adalah untuk mencari jalurdengan delay minimum antara titik sumber dan tujuan.

Tugas backward ants adalah memperbaharui informasirouting pada setiap node, yaitu diantaranya informasimengenai: waktu perjalanan, table pheromone, dan tablerouting.

Algoritma AntNet1. Forward Ant, dinotasikan Fsd , dimana akan berjalan dari sumber s menuju tujuan

d.2. Kemudian forward ant akan memilih rute berdasarkan probabilitas, P’nd,

sebanding dengan table probabilitas routing dan banyaknya hubungan yang bersesuaian, ln.

19

Dengan :

P’nd adalah probabilitas pemilihan node sebagai rute yang berikutnya.

α adalah suatu bobot yang diberikan panjangnya antrian.

Ln adalah sebanding kepada kebalikan panjangnya antrian pada tujuan d yang dinormalisir kepada interval unit.

Nk adalah banyaknya node k

3. Selama perjalanan, agen Forward ants mengumpulkan informasi besar nya waktuyang dijalani mulai dari awal bergerak dari node sumber, status kongesti atau loopdari jalur-jalur yang dilewati dan identifikasi node pada jalur yang telah dilewati.

4. Setelah agen Forward Ant sampai ke tujuan d, kemudian memindahkan memorytentang perjalanan ke Backward Ant.

5. Agen Backward Ant dinotasikan Bds adalah agen yang dibangkitkan oleh forwardant setelah sampat ke tujuan d. Backward ant akan kembali ke sumber node smengikuti jalur yang dilewati oleh forward ant dengan tujuan mengupdate tablerouting

20

AntNet

21

Model perjalanan agen ant :

Diagram Alir Algoritma AntNet

22

Node Sumber Node TujuanNode TengahMulai

Inisialisasi parameter

Bagkitkan Agen FA

Kirim FA

Terima FA

Pilih node

Sumber ≠ tujuan ?

Eliminasi FA

SelesaiBaca dan tulistabel routing dan informasi

trafik

Ant

Diagram Alir Algoritma AntNet

23

Node Sumber Node TujuanNode Tengah

Terima BA

Simpan

Kirim FA berdasarkanFeromone

Sumber ≠ tujuan ?

Eliminasi FA

Selesai

Terima BA

Ant Terima FA

Bangkitan agen FA

Kirim memory FA -> BA

Eliminasi FA

Kirim BA ke jalurkebalikan dari FA

Update Tabel Node

Kirim BA

Update Tabel Node

Eliminasi BA

Selesai

24

Skema Penelitian

25

Mulai

Studi Literatur :• Sistem jaring Data CPI• Algoritma routing AntNet• Riset terkait

Simulasi Algoritma Routing Linkstatepada NS2 dengan topologi PT. CPI

Membangun Algoritma pemilihan jalurberbasis AntColony (AntNet)

Simulasi Algoritma AntNet pada NS2 dengan topologi PT. CPI

Pengukuran dan Pengambilan Data

Perbandingan dan Analisa Data(Throughput, Delay, Jitter dan

Konvergensi)

Kesimpulan

Selesai

Trafik Data : UDP, TCP, RTP

Pengukuran dan Pengambilan Data

Topologi Jaring Data

26

Topologi yang digunakan pada pemodelan simulasi adalahmenggunakan topologi jaring multi jalur di PT. CPI

Router A(node 0)

I

Router N(node 13)

Router B(node 1) Router D

(node 3)

Router G(node 6)

Router F(node 5)

Router J(node 9)

Router L(node 11)

Router K(node 10)

Router M(node 12)

Router C(node 2)

Router E(node 4)

Router H(node 7) Router I

(node 8)

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps1 Gbps

1 Gbps1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps

1 Gbps1 Gbps 1 Gbps 1 Gbps

Skenario Proses Pengujian danSimulasi

• Simulasi menggunakan simulator NS2.34 pada Sistem Operasi Ubuntu10.04

• Variasi besar ukuran paket adalah antara 128KBps s/d 2048KBps dansimulasikan pengiriman paket dari Router A ke Router N

• Variasi ukuran bandwidth link yang digunakan adalah 128Kbps dan512Kbps

• Waktu yang digunakan untuk pengujian dan simulasi algoritma adalah 100 detik

• Pegiriman paket setiap 0.01 detik, sehingga total paket yang dikirim10.000 paket

• Pada skenario link drop, dilakukan pada detik ke 50.

27

28

Simulasi dengan NS-2

29

NS-2 TCL sample script

30

Inisiailiasi awal : Jumlah node, tampilannode, & file output

Membuat jalur antar node

NS-2 TCL sample script

31

Membuat dan mengaktifkan agen semut

Generator paket sebesar 1024

Parameter proses simulasi AntNet

Hasil Trace file dari NS-2

32

Contoh hasil keluaran dari simulasi N2-2 yang masih berupa raw data.

Tabel Routing dari Algoritma AntNet

33

Routing table at node 0 Routing table at node 1 Routing table at node 2

dest next phvalue dest next phvalue dest next phvalue

1 2 0.080099 0 3 0.000068 0 4 0.000008

1 1 0.919901 0 2 0.129352 0 1 0.000235

2 2 0.8148 0 0 0.87058 0 0 0.999758

2 1 0.1852 2 3 0.000009 1 4 0.000007

3 2 0.1023 2 2 0.759219 1 1 0.842453

3 1 0.8977 2 0 0.240771 1 0 0.15754

4 2 0.650283 3 3 0.973257 3 4 0.221466

4 1 0.349717 3 2 0.026717 3 1 0.605897

5 2 0.214137 3 0 0.000026 3 0 0.172637

5 1 0.785863 4 3 0.307791 4 4 0.998934

6 2 0.438736 4 2 0.592377 4 1 0.001066

6 1 0.561264 4 0 0.099831 4 0 0

7 2 0.714951 5 3 0.959484 5 4 0.391565

7 1 0.285049 5 2 0.0344 5 1 0.410278

8 2 0.501675 5 0 0.006116 5 0 0.198157

8 1 0.498325 6 3 0.755782 6 4 0.886846

9 2 0.306593 6 2 0.182634 6 1 0.106498

9 1 0.693407 6 0 0.061584 6 0 0.006656

10 2 0.370146 7 3 0.353052 7 4 0.982667

Perbandingan Hasil Simulasi

34

Skenario Protocol Tipe Data Packet Size (KBytes

Bandwidth (Kbps)

Throughput (Kbps)

Packet Delivery Ratio (%)

No link drop

Antnet

CBR

1024 128 49.09 99.97

1280 128 51.46 99.36

1536 128 53.28 99.23

1792 128 56.82 98.78

LinkState

1024 128 51.59 99.94

1280 128 52.38 99.59

1536 128 54.91 99.61

1792 128 57.23 99.43

Tabel Hasil simulasi dengan skenario tidak ada link drop

Perbandingan Hasil Simulasi

35

Grafik Hasil simulasi dengan skenario tidak ada link drop

Perbandingan Hasil Simulasi

36

Tabel Hasil simulasi dengan skenario dengan ada link drop

Skenario Protocol Tipe Data Packet Size (KBytes

Bandwidth (Kbps)

Throughput (Kbps)

Packet Delivery Ratio (%)

Link drop

Antnet

CBR

1024 128 35.18 99.35

1280 128 37.55 99.71

1536 128 38.47 98.97

1792 128 41.86 98.81

LinkState

1024 128 34.68 99.11

1280 128 35.29 99.03

1536 128 37.82 99.79

1792 128 39.77 98.49

Perbandingan Hasil Simulasi

37

Grafik Hasil simulasi dengan skenario dengan ada link drop

Kesimpulan dan Saran

38

Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan dan analisa data hasil penelitian, maka sebagai hasil penelitian ini dapat dibuat beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Dari nilai throughput paket dan delay paket dan dibandingkan kinerjanya dengan algoritma konvensional LinkState, Algortima AntNet yang berbasis metaheuristic dapat digunakan sebagai protokol routing pada jaring data multi jalur.

2. Hasil dari pengujian dengan simulasi untuk kedua algoritma memberikan hasilbahwa dari sisi throughput, LinkState lebih baik dari AntNet dengan selisihsebesar 2,6% pada scenario jalur normal. Sedangkan pada scenario jalurterputus, AntNet lebih baik dari linkstate dengan selisih 3,5%.

3. Pengujian pada waktu delay paket, hasinya menunjukkan bahwa algoitmaLinksState lebih baik disbanding algoritma AntNet dengan perbedaaan sebesar26,3%.

4. Pengujian lain berupa routing overhead menunjukkan perbedaan cukupsignificant yaitu sebesar 96% dengan algoritma LinkState yang lebih baikdibanding AntNet.

Kesimpulan dan Saran

39

Saran

Berdasarkan hasil penelitian dan kesimpulan, maka saran akhirdari penelitian ini adalah :

1. Disarankan untuk mengembangkan penelitian terkaitalgoritma routing AntNet ini lebih lanjut, terutama pengujianuntuk melihat kemampuannya dalam proses pembaharuanatau pemulihan ulang routing saat terjadi kegagalan jalurutama.

2. Selanjutnya disarankan pula mencoba algoritma routingAntNet ini pada kondisi jaring sebenarnya denganmengimplementasikan langsung pada perangkat keras router