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 2m (m = panjang frame) Kemungkinan tabrakan meningkat Frame dikirim pada t0 bertabrakan dengan frame lain yang dikirim [t0-1, t0+1]

Throughput Pure ALOHA Throughput maksimal Pure ALOHA S = Ge-2G G = beban trafik kanal yang diberikan Jadi throughput maksimal terjadi pada load trafik G = ½ dan S = 1/2e 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 Pros: Satu node yang aktif dapat terus transmit full rate pada kanal Highly decentralized, hanya slot di node harus disinkronisasi Sederhana Success (S), Collision (C), Empty (E) slots Cons: Jika terjadi tabrakan, menghabiskan slot 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 !