Multiple Access

Data link layer dalam jaringan komputer dapat dianggap sebagai gabungan dari 2 sublayer, yaitu sublayer atas yang bertugas untuk kontrol link data dan sublayer dibawahnya yang bertugas untuk menangani masalah akses bersama ke media.
IEEE sendiri sebenarnya telah membuat pembagian dalam data link layer ini, dengan menyebut layer atas sebagai Logical Layer Link Control (LLC), dan layer di bawahnya disebut media access control (MAC) layer yang bertanggung jawab atas penaganan akses multiple.

Ketika jaringan komputer berada dalam media-shared(media yang digunakan bersama), maka akan ada potensi tabrakan dalam transmisi data ketika ada 2 atau lebih terminal mencoba mengirimkan data pada saat yang bersamaan. Analogi sederhana adalah media udara yang mana dipakai secara bersama oleh manusia-manusia dalam melakukan pembicaraan. Ketika 2 orang saling berbicara, maka normalnya adalah salah satu berbicara dan salah satu mendengar, dan kemudian sebaliknya.

Tetapi ketika kedua orang tersebut berbicara ada saat yang bersamaan maka akan terjadi semacam tabrakan penggunaan media udara yang menyebabkan komunikasi menjadi tidak jelas dan terganggu. Demikian juga bila ada 2 orang berbicara bergantian, tetapi kemudian datang orang ke-3 yang langsung ikut menyela pembicaraan sehingga menjadi sebuah gangguan atau collision pada transmisi pembicaraan yang sebelumnya sedang berjalan.

Penyelesaian untuk permasalahan akses media berbagi ini adalah penerapan sejumlah prosedur yang disetujui semua pihak yang terlibat dalam sebuah protokol. Protokol-protokol yang menangani akses bersama ke dalam media disebut sebagai protokol muliple access.

Protokol-protokol Multiple access ini dapat dikategorikan kedalam 3 kategori, yaitu:

1. Random access
Dalam random access atau metode contention, tidak ada terminal yang lebih diprioritaskan daripada yang lain, dan tidak ada yang di tugaskan sebagai pengontrol yang lainnya. Tidak terminal yang dapat melarang atau memberikan ijin untuk terminal lain bila ingin mengirimkan data. Pada setiap kesempatan, sebuah terminal yang memilki data untuk dikirim akan menggunakan prosedur yang sudah didefinisikan sebelumnya dalam sebuah protokol untuk membuat keputusan apakah akan mengirim data atau tidak. Beberapa contoh metode ini diterapkan dalam protokol : ALOHA, Carrier Sense Multiple Access, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

2. Controlled Access
Dalam controlled-access(akses yang terkontrol), setiap terminal harus saling berkonsultasi dengan terminal lainnya untuk memutuskan siapa yang memiliki hak untuk mengiirm pada satu waktu. Sebuah terminal tidak bisa mengirimkan data kecuali bilamana telah di-otorisasi oleh terminal lainnya. Contoh protokol jenis ini adalah Reservation, Polling, dan Token Passing

3. Channelization
Metode channelisasi ini adalah metode multiple-access dimana bandwidth yang tersedia dari sebuah link dibagikan berdasarkan dalam waktu, frekuensi, atau melalui koding, diantara terminal-terminal yang berbeda. Beberapa contoh metode ini: Frequency-Division Multiple Access (FDMA), Time-Division Multiple Access (TDMA), dan Code-Division Multiple Access (CDMA)

ALOHA
ALOHA merupakan teknik multiple access yang dikembangkan oleh Universitas Hawaii pada awal tahun 70an. Teknik ini merupakan teknik random access yang menjadi awal perkembangan dari banyak teknik random access kemudian hari. Teknik ALOHA ini menggunakan prosedur sederhana yang disebut Multiple Access(MA), yang mana kemudian dikembangkan dengan menambah prosedur yang memaksa terminal untuk selalu merasakan/meng-detect(sense) media sebelum melakukan transmisi.

Pure ALOHA adalah sebutan untuk protokol awal dari ALOHA. Prosedur multiple access nya sangat sederhana, yaitu mengijinkan semua terminal dapat menggunakan shared media untuk transmisi kapanpun diperlukan. Hal ini menyebabkan terjadinya collision yang banyak. Tatapi dalam prosedur ini disebutkan bahwa si pengirim mengandalkan pada acknowledgement/konfirmasi dari penerima bahwa data telah diterima, dan apabila pengirim tidak mendapatkan konfirmasi maka pengirim akan mengirimkan ulang data dengan menunggu dengan waktu tertentu yang dtetapkan secara random. Dengan ini maka setiap terminal bebas melakukan transmisi dan tabrakan sangat mungkin terjadi, tetapi juga mngandalkan re-transmisi data yang tidak mendapat konfirmasi penerimaan.

Prosedur Pure Aloha
Prosedur Pure Aloha

 

Pure ALOHA mempunyai kelemahan yang disebut vunerable time sebesar 2 x Tfr.  Vunerable Time adalah jangka waktu dimana adanya kemungkinan terjadinya collision, dalam pure ALOHA vunerable time dapat dihitung dengan rumus 2 x Tfr, dengan asumsi terminal mengirimkan data dengan panjang frame yang tetap dan setiap framenya membutuhkan Tfr detik untuk terkirim.

vunerable time dalam protokol aloha
vunerable time dalam protokol aloha

 

Slotted ALOHA

Vunerable time dalam ALOHA terjadi karena tidak adanya aturan yang mengdefinisikan kapan terminal dapat melakukan pengiriman. Sebuah terminal dapat mengirimkan data segera setelah terminal lain memulai pengiriman atau tepat sebelum terminal lain selesai mengirim.

Slotted ALOHA membagi slot waktu Tfr detik dan memaksa termninal untuk megirim hanya pada saat awal slot waktu.

slotted aloha

Slotted ALOHA membagi slot waktu Tfr detik dan memaksa termninal untuk megirim hanya pada saat awal slot waktu. Bila terminal tersebut tidak mengirim atau terlewat mengirim pada waktu awal slot maka terminal tersebut harus menunggu kembali sampai awal slot selanjutnya, yang mana berarti terminal yang mulai mengirim pada slot waktu itu sudah selesai melakukan pengiriman framenya. Potensi collision masih dapat terjadi dimana bisa ada potensi dua terminal mencoba mengirim pada awal slot waktu secara bersamaan. Tetapi vunerable time nya turun menjadi setengah, menjadi Tfr saja.

Mobile Network Layer

IP adalah standar umum untuk komunikasi di Internet dimana merupakan mekanisme pengalamatan di Internet yang digunakan untuk me-route sebuah paket data dari sumber pengirim menuju tujuan yang biasanya melalui perangkat intermediate router. Protokol IP pada awalnya dirancang untuk komputer yang berada pda lokasi yang tetap/fix, sehingga dapat dikatakan bahwa secara implisit alamat internet juga merujuk pada lokasi fisik sebuah komputer.

Secara sederhana, sebuah intermediate router akan menentukan rute selanjutnya yang akan di lalui sebuah paket data dengan bekerjasama/berkomunikasi antara router-router tetangganya, sehingga kemungkinan besar ketika mengiriman sebuah paket data, jalur yang sama akan selalu dipakai kecuali ketika sebuah intermediate router pada jalur tersebut mengalami gangguan semisal congestion atau error lainnya yang mengakibatkan jalur tersebut menjadi bukan pilihan terbaik.

Dengan berkembangnya perangkat seperti notebook dan laptop yang memungkinkan pengguna memiliki mobilitas tinggi pada saat bersamaan perlu untuk tetap terkoneksi ke jaringan menunjukkan bahwa protokol IP tidak mampu mendukung mobilitas tanpa batas/berkelanjutan(seamless mobility). Alamat IP tidak dapat lagi secara implisit menunjukkan lokasi sebuah node. Oleh karenanya, IP perlu dikembangkan lebih jauh lagi untuk dapat mendukung mobilitas berkelanjutan ini dengan baik, dengan dasar pemikiran ini dihasilkanlah sebuah spesifikasi Mobile IP.

Mobile Node

Sebuah node bisa jadi sebuah host atau sebuah router, sebuah mobile node adalah node yang dapat berubah titik koneksinya dari sebuah sub-network ke sub-network lainnya tanpa merubah alamat IP nya.

Node koresponden (correspondent node) adalah sebuah node mobile atau node statis yang sedang melakukan komunikasi dengan mobile node. Sebuah mobile node diasosiasikan dengan sebuah home network, dimana memiliki subnet prefix yang sesuai dengan alamat home mobile node tersebut. Alamat home merupakan sebuah IP address yang di berikan kepada sebuah mobile node untuk periode waktu tertentu. Alamat home ini tidak berubah terlepas dari apakah mobile node ini terhubung ke internet atau tidak.

Home agent adalah sebuah router pada jaringan home sebuah mobile node  yang mengirimkan datagram ke mobile node di jaringan foreign. Home Agent memelihara informasi lokasi saat ini dari setiap node mobile.

Foreign Agent adalah sebuah router di jaringan foreign yang dikunjungi oleh mobile node yang bekerja sama dengan home agent untuk melengkapi pengiriman datagram ke node mobile.

Mobility Agent bisa jadi adalah home agent atau foreign agent.

Visited network adalah jaringan selain jaringan home sebuah mobile node yang mana saat ini sedang terhubung dengan mobile node.

Requirement untuk Mobile IPv4 (RFC 3344, 3220, 2002 , updated by: 4721)

Transparansi

  • End-system mobile mempertahankan alamat IP mereka
  • Memungkinkan untuk keberlanjutan komunikasi setelah gangguan koneksi
  • Titik koneksi ke jaringan yang fix, bisa diubah

Kompabilitas

  • Mendukung protokol layer 2 yang sama seperti IP
  • Tidak diperlukan adanya perubahan pada end-sistem dan router
  • End-sistem mobile dapat berkomunikasi dengan sistem yang fix

Keamanan

  • Autentikasi semua pesan registrasi

Efisiensi dan skalabilitas

  • Hanya membutuhkan tambahan sedikit data pesan kepada sistem mobile (karena biasanya koneksi melalui link radio dengan bandwidth rendah)
  • Dukungan global dari sejumlah besar sistem mobile di seluruh Internet

TERMINOLOGI

Mobile Node (MN)

  • Sistem (node) yang bisa mengubah titik koneksi ke jaringan tanpa mengubah alamat IP-nya

Home Agent (HA)

  • Sistem di jaringan home MN, biasanya router
  • Register lokasi MN, meng-tunnel IP datagram ke COA

Foreign Agent (FA)

  • Sistem di jaringan foreign pada saat itu dari MN, biasanya router
    meneruskan datagram terowongan ke MN, biasanya juga router default untuk MN

Care-of Address (COA)

  • alamat titik akhir terowongan saat ini untuk MN (di FA atau MN)
  • lokasi sebenarnya MN dari sudut pandang IP dapat dipilih, mis., melalui DHCP

Correspondent Node (CN)

  • Partner komunikasi yang sedang melakukan komunikasi dengan mobile node

Sumber:

  1. Othman, M., Principles of Mobile Computing and Communications (Auerbach Publications, 2008); Ch 7
  2. Schiller, Jochen, Mobile Communications : Second Edition (Pearson Education, 2000); Ch 8

Routing in Adhoc Network

MANET environment berkarakterisik: node yang terbatas daya power nya, terkendala bandwidth, kapasitas wireles link yang bervariasi dan topologi yang dinamis, menyebabkan perubahan konektivitas yang sering berubah dan sulit di prediksi.

Karenanya routing tradisional seperti algoritma routing link state dan distance vector yang dirancang dan berjalan baik pada jaringan kabel dan nirkabel sangatlah tidak efektif digunakan dalam lingkungan MANET.

Salah satu tantangan besar dari rancangan protokol routing untuk MANET adalah bahwa sebuah node aling tidak harus mengetahui informasi keterjangkauan ke node tetangganya untuk dapat menentukan rute sebuah paket, pada saat sementara topologi jaringan dapat berubah-rubah cukup sering pada MANET.

Ketika jumlah node dalam jaringan bertambah banyak, menemukan rute ke sebuah node tujuan membutuhkan pertukaran informasi routing protokol yang cukup sering antar nodes. Oleh karenanya, jumlah informasi update dapat menjadi cukup besar, dan bahkan dapat lebih besar lagi ketika hadir node yang mobilitynya meningkat.

Routing protokol tradisional bersifat proaktif, yang mana mempunyai karakteristik:

  • routing tabel sudah di buat sebelum paket dikirimkan (table-routing driven)
  • setiap bode mengetahui rute-rute menuju semua node dalam jaringan

Topology-based Routing Protocol

a.      Proactive Routing

Algoritma ini akan mengelola daftar tujuan dan rute terbaru masing-masing dengan cara mendistribusikan routing table ke seluruh jaringan, sehingga jalur lalu lintas (traffic) akan sering dilalui oleh  routing table tersebut. Hal ini akan memperlambat aliran data jika terjadi restrukturisasi routing table.

Beberapa contoh algoritma proactive routing adalah :

  • Babel
  • B.A.T.M.A.N – Better Approach to Mobile Ad hoc Network
  • DSDV – Highly Dynamic Destination Sequenced Distance Vector routing protocol
  • HSR – Hierarchial State Routing Protocol
  • IARP – Intrazone Routing Protocol
  • LCA – Linked Cluster Architecture
  • WAR – Witness Aided Routing
  • OLSR – Optimized Link State Routing Protocol

b.      Reactive Routing

Tipe ini akan mencari rute (on demand) dengan cara membanjiri jaringan dengan paket router request. Sehingga dapat menyebabkan jaringan akan penuh (clogging).

Beberapa contoh algoritma reactive routing adalah :

  • SENCAST
  • Reliable Ad Hoh On Demand Distance Vector Routing Protocol
  • Ant-Based Routing Algorithm for Mobile Ad Hoc Network
  • Admission Control Enabled On Demand Routing (ACOR)
  • Ariadne
  • Associativity Based Routing
  • Ad Hoc On Demand Distance Vector (AODV)
  • Ad Hoc On Demand Multipath Distance Vector
  • Backup Source Routing
  • Dynamic Source Routing (DSR)
  • Flow State in the Dynamic Source Routing
  • Dynamic MANET On Demand Routing (DYMO)

c.       Flow Oriented Routing

Tipe protokol ini mencari rute dengan mengikuti aliran yang disediakan. Salah satu pilihan adalah dengan unicast secara terus-menerus ketika meneruskan data saat mempromosikan link baru. Beberapa kekurangan tipe protokol ini adalah membutuhkan waktu yang lama untuk mencari rute yang baru. Beberapa protokol yang memiliki tipe ini adalah :

  • Interzone Routing Protocol (IERP)
  • Lightweight Underlay Network Ad Hoc Routing (LUNAR)
  • Signal Stability Routing (SSR)

d.      Hybrid Routing

Tipe protokol ini menggabungkan antara proactive routing dengan reactive routing. Protokol untuk tipe ini adalah :

  • Hybrid Routing Protocol for Large Scale MANET (HRPLS)
  • Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP)
  • Zone Routing Protocol (ZRP)