Jaringan Nirkabel Bab 6 MAC Layer Medium Access
Jaringan Nirkabel Bab #6 – MAC Layer
Medium Access Control • Kanal wireless merupakan media bersama dan bandwidth merupakan sumber daya yang mahal • MAC mengontrol transmisi antar user dengan membagi spektrum • Transmisi dari Mobile Station manapun diterima oleh Mobile Station yang lain di daerah sekitarnya
Issues di MAC • Beberapa device harus berbagi kanal secara efisien • Problem interferensi, contention, kontrol akses, kualitas kanal yang bervariasi • Kebutuhan layanan yang berbeda • Voice (real time) • Data (best effort) • Pendekatan yang berbeda • Centralized vs Distributed • Tantangan lain: • Mobilitas • Security • Efisiensi energi • Hidden terminal • Time-varying channel
Centralized vs Distributed • Berdasarkan tipe arsitektur jaringan, Protocol MAC Wireless dibagi menjadi 2: • Distributed wireless networks • Koordinasi kompleks • Tidak memiliki kontrol terpusat, pergerakan dinamis • Contoh: Ad Hoc, Wireless Sensor Network • Centralized wireless networks • Koordinasi mudah • Memiliki controller pada Base Station atau Access Point (broadcast ke downlink, dan BS atau AP mengontrol akses uplink) • Contoh: Last hop, Seluler, Wireless AP
Klasifikasi Protokol MAC • Dibagi menjadi 3 kelompok berdasarkan mode operasi: • Random Access / Contention (Aloha, CSMA, 802. 11 (dibahas di IEEE 802. 11) • Channelization (FDMA, TDMA, CDMA) dibahas di cellular • Round-robin / Contention-less (Polling)
Random Access / Contention Protocol • Menyediakan metode fleksibel dan efisien untuk mengelola akses kanal untuk mengirimkan pesan singkat. • Metode ini memberikan kebebasan untuk tiap pengguna dalam mendapatkan akses ke jaringan ketika penguna memiliki informasi untuk mengirimnya. • Karena kebebasan ini, skema ini mengakibatkan contention (perebutan) antara pengguna yang mengakses jaringan. • Contention menyebabkan collision (tabrakan) dan mengakibatkan retransmisi informasi.
ALOHA • Jaringan ALOHA ini dibagi menjadi 2 (pure dan slotted) • Pure ALOHA: • Dikembangkan pada tahun 1970 di Universitas Hawaii • User akan transmit jika ada data • Transmitter mengetahui apakah transmisi berhasil atau mengalami tabrakan dengan mendengarkan broadcast dari station tujuan • Pengirim mentransmisikan kembali setelah beberapa kali waktu acak jika terjadi tabrakan • Slotted ALOHA: • Perbaikan dari pure ALOHA • Waktu diberikan slot • Paket hanya akan ditransmisikan pada awal satu slot • Dengan demikian mengurangi durasi tabrakan
Collision Pure ALOHA • Ketika frame pertama tiba, segera dikirimkan
Collision Pure ALOHA • Vulnerable period 2 m (m = panjang frame) • Kemungkinan tabrakan meningkat • Frame dikirim pada t 0 bertabrakan dengan frame lain yang dikirim [t 0 -1, t 0+1]
Throughput Pure ALOHA • Throughput maksimal Pure ALOHA S = Ge-2 G G = beban trafik kanal yang diberikan Jadi throughput maksimal terjadi pada load trafik G = ½ dan S = 1/2 e yaitu 0, 184. Oleh karena itu, utilisasi kanal pada Pure ALOHA hanya 18. 4% • Memiliki latency yang rendah di bawah beban yang ringan • Cocok untuk beberapa aplikasi, misalnya trafik interaktif dengan tingkat burst yang tinggi • Tidak sesuai untuk teknologi jaringan yang umum
Slotted ALOHA • Semua frame berukuran sama • Waktu dibagi dalam ukuran slot yang sama • Node mulai transmit frame hanya pada awal slot • Node akan disinkronkan • Jika ada 2 atau lebih node transmit pada slot, maka semua node mendeteksi tabrakan • Operasi: • Ketika node mendapatkan frame terbaru, akan ditransmisikan pada slot berikutnya • Ketika tidak terjadi tabrakan, node dapat mengirimkan frame baru pada slot berikutnya • Ketika terjadi tabrakan, node retransmit di setiap slot berikutnya sampai sukses
Slotted ALOHA Success (S), Collision (C), Empty (E) slots • Pros: • Cons: • Satu node yang aktif dapat terus transmit • Jika terjadi tabrakan, menghabiskan slot full rate pada kanal • Highly decentralized, hanya slot di node harus disinkronisasi • Sederhana • Idle slot • Node mungkin dapat mendeteksi tabrakan kurang dari waktu untuk mengirimkan paket • Clock sync
Collision Slotted ALOHA • Vulnerable period m (m = panjang frame)
Throughput Slotted ALOHA • Throughput maksimal Slotted ALOHA S = Ge-G G = beban trafik kanal yang diberikan Jadi throughput maksimal terjadi pada load trafik G = 1 dan S = 1/e yaitu 0, 368. Oleh karena itu, utilisasi kanal pada Slotted ALOHA 36, 8% • Slotted ALOHA memiliki nilai performansi dua kalinya dari Pure ALOHA, tetapi tetap dikatakan jelek. • Desain Slotted ALOHA tidak efisien ketika membawa ukuran paket yang berubah-ubah • Delaynya sedikit lebih lama dibandingkan Pure ALOHA
Perbandingan Throughput Pure dan Slotted ALOHA
Carrier Sense Multiple Access (CSMA) • Mengapa CSMA? • Throughput maksimal yang dicapai Slotted ALOHA sebesar 0, 368 • CSMA memberikan peningkatan throughput dibandingkan ALOHA • CSMA mendengarkan kanal terlebih dahulu sebelum transmit paket (menghindari tabrakan) • Skema ini sering disebut listen-before-talk
Collision di CSMA • Tabrakan dapat tetap terjadi jika propagation delay yang berarti ada 2 node yang tidak dapat mendengar transmisinya dengan yang lain • Peran dari jarak dan propagation delay yang menentukan probabilitas tabrakan
Klasifikasi CSMA
Nonpersistent CSMA • Step 1: Jika media idle, segera dikirim • Step 2: Jika media sibuk, menunggu waktu secara acak dan ulangi step 1 • Random backoff akan mengurangi kemungkinan tabrakan • Membuang waktu idle jika waktu backoff terlalu panjang
Throughput Nonpersistent CSMA • Throughput unslotted nonpersistent CSMA: • Throughput slotted nonpersistent CSMA: Dengan:
p-persistent CSMA • Step 1: Jika media idle, transmit dengan probabilitas p, dan delay untuk kasus terburuk delay propagasi untuk satu paket dengan probabilitas (1 -p) • Step 2: Jika media sibuk, terus mendengarkan sampai media menjadi idle, kemudian ke step 1 • Step 3: Jika transmisi terkena delay oleh satu slot waktu, lanjutkan ke step 1
1 -persistent CSMA • Bentuk sederhana dari p-persistent CSMA • Step 1: Jika media idle, segera dikirim • Step 2: Jika media sibuk, terus mendengarkan sampai media menjadi idle, segera dikirim • Akan selalu ada tabrakan jika ada 2 node yang ingin retransmit
Throughput 1 -persistent CSMA • Throughput unslotted 1 -persistent CSMA: • Throughput slotted 1 -persistent CSMA: Dengan:
Throughput ALOHA dan CSMA
Contoh Soal CSMA Soal: Pada sebuah instalasi WLAN, terdapat delay propagasi maksimum 0, 4 detik. WLAN ini beroperasi pada data rate 10 Mbps dan besar paket 400 bits. Hitung throughput normal pada: a) slotted nonpersistent, b) unslotted nonpersistent, dan c) slotted 1 -persistent !
- Slides: 25