Inilah Pengertian dan Jenis-jenis Protokol Multiple Access Control

Assalamu‘alaikum wr. wb.

Hello guys! Jika sebelumnya sudah membahas tentang apa itu Jaringan Sensor Nirkabel atau Wireless Sensor Network (WSN), sekarang kita akan membahas tentang Pengertian hingga Jenis-jenis Protokol dari Multiple Access Control dalam Medium Access Control (MAC) yang digunakan dalam Jaringan WSN.

Sumber Artikel Materi : Geeksforgeeks.org, Javatpoint.com, dan Scaler.com (Topics)

Data Link Layer

Layer Penghubung Data atau atau Link Layer dimanipulasi dalam jaringan komputer untuk mentransmisikan informasi antara 2 perangkat atau node. Ini membagi lapisan menjadi komponen seperti pengendalian tautan data dan protokol akses multipel. Lapisan atas bertanggung jawab atas pengelolaan aliran dan pengelolaan kesalahan dalam lapisan penghubung data; oleh karena itu, itu dikenal sebagai pengendalian tautan data logis. Pada saat yang sama, lapisan bawah dimanipulasi untuk menangani dan mengurangi tabrakan atau akses multipel pada saluran. Oleh karena itu, itu disebut pengendalian akses media atau resolusi akses multipel.

MAC pada Data Link Layer

Multiple Access Protocol

Tujuan dari protokol akses multipel adalah optimasi waktu global, mengurangi tabrakan, dan menghindari kondisi serba memberi dan menerima.

Mari kita anggap, ada sebuah ruang kelas yang dipenuhi oleh anak-anak. Ketika seorang pendidik mengajukan sebuah pertanyaan, semua anak (saluran kecil) di dalam ruang kelas mulai menjawab pertanyaan tersebut pada waktu yang sama (mentransmisikan informasi secara bersamaan). Semua anak menjawab pada waktu yang sama karena adanya tumpang tindih informasi/data atau kehilangan data. Oleh karena itu, tanggung jawab seorang pendidik (protokol akses multipel) adalah memimpin para siswa dan membuat mereka memberikan satu jawaban.

Multiple Access Protocols

A. Random Access Protocol

Dalam protokol ini, setiap stasiun memiliki prioritas yang sama untuk mengirimkan data melalui saluran. Dalam protokol akses acak, satu atau lebih stasiun tidak dapat bergantung pada stasiun lain atau mengendalikan stasiun lain. Bergantung pada kondisi saluran (idle atau busy), setiap stasiun mentransmisikan bingkai data. Namun, jika lebih dari satu stasiun mengirimkan data melalui saluran, mungkin terjadi tabrakan atau konflik data. Karena tabrakan tersebut, paket bingkai data dapat hilang atau berubah. Dan karena itu, tidak diterima oleh penerima.

Berikut adalah berbagai metode protokol akses acak untuk penyiaran bingkai di saluran.

• Aloha
• CSMA
• CSMA/CD
• CSMA/CA

1. Protokol Akses Acak ALOHA

Ini dirancang untuk Jaringan Lokal Nirkabel (LAN) tetapi juga dapat digunakan dalam medium bersama untuk mentransmisikan data. Dengan menggunakan metode ini, setiap stasiun dapat mentransmisikan data melintasi jaringan secara bersamaan ketika ada rangkaian bingkai data yang tersedia untuk transmisi.

Aturan ALOHA

Setiap stasiun dapat mentransmisikan data ke saluran kapan saja.

• Tidak memerlukan deteksi pembawa.
• Tabrakan dan bingkai data dapat hilang selama transmisi data melalui beberapa stasiun.
• Penerimaan bingkai ada dalam ALOHA. Oleh karena itu, tidak ada deteksi tabrakan.
• Memerlukan pengiriman ulang data setelah beberapa waktu acak.

a. Pure Aloha

Ketika data tersedia untuk dikirim melalui saluran di stasiun, kita menggunakan Pure Aloha. Dalam pure Aloha, ketika setiap stasiun mengirimkan data ke saluran tanpa memeriksa apakah saluran sedang idle atau tidak, kemungkinan terjadinya tabrakan bisa terjadi, dan bingkai data dapat hilang. Ketika stasiun mana pun mengirimkan bingkai data ke saluran, pure Aloha menunggu pengakuan penerima. Jika penerima tidak mengakui ujung penerima dalam waktu yang ditentukan, stasiun menunggu untuk jumlah waktu yang acak, disebut waktu mundur (Tb). Dan stasiun mungkin menganggap bingkai telah hilang atau hancur. Oleh karena itu, stasiun akan mentransmisikan kembali bingkai sampai semua data berhasil ditransmisikan ke penerima.

• Total waktu rentan dari pure Aloha adalah 2 * Tfr.
• Throughput maksimum terjadi ketika G = 1/2 yaitu 18.4%.
• Transmisi sukses bingkai data adalah S = G * e ^ - 2 G.

Frame dalam ALOHA Murni

b. Slotted Aloha

Slotted Aloha dirancang untuk mengatasi efisiensi Pure Aloha karena Pure Aloha memiliki kemungkinan tabrakan bingkai yang sangat tinggi. Pada Slotted Aloha, saluran bersama dibagi menjadi interval waktu tetap yang disebut slot. Dengan demikian, jika sebuah stasiun ingin mengirimkan bingkai ke saluran bersama, bingkai hanya dapat dikirim pada awal slot, dan hanya satu bingkai yang diizinkan untuk dikirim ke setiap slot. Jika stasiun tidak dapat mengirimkan data pada awal slot, stasiun harus menunggu hingga awal slot untuk kesempatan berikutnya. Namun, kemungkinan tabrakan tetap ada ketika mencoba mengirimkan bingkai pada awal dua atau lebih slot waktu stasiun.

• Throughput maksimum terjadi pada Slotted Aloha ketika G = 1 yaitu sebesar 37%.
• Probabilitas berhasil mentransmisikan bingkai data dalam Slotted Aloha adalah S = G * e ^ - 2 G.
• Total waktu rentan yang dibutuhkan dalam Slotted Aloha adalah Tfr.

Frame dalam Slotted ALOHA

2. Carrier Sense Multiple Access (CSMA)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) adalah protokol akses media berbasis carrier sense multiple access untuk mendeteksi lalu lintas pada saluran (idle atau sibuk) sebelum mentransmisikan data. Ini berarti bahwa jika saluran sedang idle, stasiun dapat mengirimkan data ke saluran. Jika tidak, stasiun harus menunggu sampai saluran menjadi idle. Dengan demikian, ini mengurangi kemungkinan terjadinya tabrakan pada media transmisi.

a. Mode Akses CSMA

• 1-Persistent : Dalam mode 1-Persistent dari CSMA, setiap node pertama-tama mendeteksi saluran bersama dan jika saluran sedang idle, itu segera mengirimkan data. Jika tidak, ia harus menunggu dan memantau status saluran untuk menjadi idle dan menyiarkan bingkai tanpa syarat segera setelah saluran idle.
• Non-Persistent : Ini adalah mode akses CSMA yang menetapkan bahwa sebelum mentransmisikan data, setiap node harus mendeteksi saluran, dan jika saluran tidak aktif, itu segera mengirimkan data. Jika tidak, stasiun harus menunggu selama waktu acak (tidak terus-menerus), dan ketika saluran ditemukan tidak aktif, itu mentransmisikan bingkai.
• P-Persistent : Ini adalah kombinasi dari mode 1-Persistent dan Non-persistent. Mode P-Persistent menetapkan bahwa setiap node mendeteksi saluran, dan jika saluran tidak aktif, itu mengirimkan bingkai dengan probabilitas P. Jika data tidak ditransmisikan, itu menunggu waktu acak (q = 1-p probabilitas) dan melanjutkan bingkai dengan slot waktu berikutnya.
• O-Persistent : Ini adalah metode O-persistent yang menetapkan superioritas stasiun sebelum transmisi bingkai pada saluran bersama. Jika ditemukan bahwa saluran tidak aktif, setiap stasiun menunggu giliran mereka untuk mentransmisikan data.

b. CSMA/CD

CSMA/CD adalah protokol jaringan akses media multipel/pendeteksian tabrakan untuk mentransmisikan bingkai data. Protokol CSMA/CD bekerja dengan lapisan kendali akses media. Oleh karena itu, pertama-tama ia mendeteksi saluran bersama sebelum menyiarkan bingkai, dan jika saluran sedang idle, ia mentransmisikan bingkai untuk memeriksa apakah transmisi berhasil. Jika bingkai diterima dengan sukses, stasiun mengirimkan bingkai lain. Jika terdeteksi tabrakan dalam CSMA/CD, stasiun mengirimkan sinyal jam/berhenti ke saluran bersama untuk menghentikan transmisi data. Setelah itu, ia menunggu waktu acak sebelum mengirimkan bingkai ke saluran.

c. CSMA/CA

CSMA/CA adalah protokol jaringan akses media multipel/penghindaran tabrakan untuk transmisi pembawa bingkai data. Ini adalah protokol yang bekerja dengan lapisan kendali akses media. Ketika bingkai data dikirimkan ke saluran, ia menerima pengakuan untuk memeriksa apakah saluran jelas. Jika stasiun hanya menerima pengakuan tunggal (sendiri), itu berarti bingkai data telah berhasil ditransmisikan ke penerima. Tetapi jika stasiun menerima dua sinyal (sendiri dan satu lagi di mana tabrakan bingkai terjadi), tabrakan bingkai terjadi dalam saluran bersama. Mendeteksi tabrakan bingkai saat pengirim menerima sinyal pengakuan.

Berikut adalah metode yang digunakan dalam CSMA/CA untuk menghindari tabrakan :

• Interframe space : Dalam metode ini, stasiun menunggu saluran menjadi idle, dan jika saluran sudah idle, stasiun tidak langsung mengirimkan data. Sebagai gantinya, ia menunggu beberapa waktu, dan periode waktu ini disebut sebagai Interframe space atau IFS. Namun, waktu IFS sering digunakan untuk menentukan prioritas stasiun.
• Contention window : Dalam Contention window, waktu total dibagi menjadi slot-slot yang berbeda. Ketika stasiun/pengirim siap untuk mentransmisikan bingkai data, ia memilih nomor slot acak sebagai waktu tunggu. Jika saluran masih sibuk, itu tidak memulai kembali seluruh proses, kecuali bahwa ia hanya memulai kembali timer untuk mengirimkan paket data saat saluran tidak aktif.
• Pengakuan : Dalam metode pengakuan, stasiun pengirim mengirimkan bingkai data ke saluran bersama jika pengakuan tidak diterima tepat waktu.

B. Controlled Access Protocol

Dalam protokol akses terkendali, stasiun memperoleh informasi dari satu sama lain untuk mencari tahu stasiun mana yang berwenang untuk mengirim. Ini memungkinkan hanya satu node untuk mengirim pada satu waktu, untuk mengendalikan tabrakan pesan pada media bersama. Tiga metode akses terkendali diberikan di bawah ini:

1. Reservasi (Reservation)

Dalam metodologi reservasi, sebuah stasiun harus membuat reservasi sebelum mengirim data.

Jadwal memiliki 2 (Dua) jenis periode :

• Interval reservasi berdurasi waktu yang disepakati
• Durasi transmisi data dari bingkai variabel.

Jika ada M stasiun, interval reservasi dibagi menjadi M slot, dan setiap stasiun hanya memiliki satu slot.

Misalkan stasiun satu memiliki bingkai untuk dikirim, ia mentransmisikan satu bit selama slot satu. Tidak ada stasiun lain yang diizinkan untuk mentransmisikan selama slot ini.

Biasanya, stasiun i dapat mengumumkan bahwa ia memiliki bingkai untuk dikirim dengan memasukkan satu bit ke slot i. Pada akhirnya, semua N slot telah diperiksa, setiap stasiun tahu stasiun mana yang ingin mentransmisikan.

Dalam gambar ini adalah kondisi dengan 5 stasiun dan 5 reservasi slot tersedia. Namun, dalam interval pertama yang diberikan hanya 1,3, dan 4 yang dapat membuat reservasi dan dalam interval kedua lainnya, hanya 1 yang bisa melakukannya.

2. Pemungutan Suara (Polling)

Bukan Pemungutan Suara Pemilu ya guys! Metode Pemungutan Suara mirip dengan roll call yang dilakukan di sekolah. Sama seperti guru, pengendali mengirimkan pesan ke setiap node secara berturut-turut.

Dalam hal ini, satu bertindak sebagai stasiun utama (pengendali) dan yang lainnya adalah stasiun sekunder. Semua pertukaran data harus dilakukan melalui pengendali.

Pesan yang dikirim oleh pengendali menyimpan alamat dari node yang dipilih untuk memberikan akses.

Meskipun semua node menerima pesan tetapi yang ditujukan akan merespons dan mengirimkan data jika ada. Jika tidak ada data yang tersedia, biasanya pesan "penolakan polling" (NAK) dikirim kembali.

3. Pemberian Token (Token Passing)

Dalam proses pemberian token, stasiun-stasiun terhubung secara logis satu sama lain dalam bentuk cincin, dan akses ke stasiun diatur oleh token.

Token adalah pola bit khusus atau pesan kecil, yang mengalir dari satu stasiun ke stasiun berikutnya dalam urutan tertentu yang telah ditentukan.

Dalam cincin Token, token dipindahkan dari satu stasiun ke stasiun lain yang berdekatan dalam cincin sementara, dalam kasus bus Token, setiap stasiun menggunakan bus untuk mengirimkan token ke stasiun berikutnya dalam urutan tertentu yang telah ditentukan.

Pada dasarnya, dalam kedua kasus tersebut, token mewakili izin untuk mengirim. Jika sebuah stasiun memiliki bingkai yang diantre untuk transmisi setelah menerima token, ia akan mengalihkan bingkai tersebut sebelum melewatkan token ke stasiun berikutnya. Jika tidak ada bingkai yang diantre, ia hanya akan melewatkan token.

Sumber : Scaler.com

C. Channelization Protocol

Ini adalah protokol kanalisasi yang memungkinkan total bandwidth yang dapat digunakan dalam sebuah saluran bersama untuk dibagi di antara beberapa stasiun berdasarkan waktu, jarak, dan kode mereka. Ini dapat mengakses semua stasiun pada saat yang sama untuk mengirimkan bingkai data ke saluran.

Berikut adalah berbagai metode untuk mengakses saluran berdasarkan waktu, jarak, dan kode mereka :

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)
• TDMA (Time Division Multiple Access)
• CDMA (Code Division Multiple Access)
• Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)

1. Frequency Division Multiple Access (FDMA)

Bandwidth yang tersedia dibagi menjadi pita yang sama besar untuk setiap stasiun yang akan dialokasikan pita mereka. Pita penjaga ditambahkan sedemikian rupa sehingga tidak ada 2 pita yang tumpang tindih untuk menghindari perdebatan dan noise.

2. Time Division Multiple Access (TDMA)

Dalam Time Division Multiple Access ini, bandwidth dibagi antara beberapa stasiun. Untuk menghindari tabrakan waktu dibagi menjadi slot dan stasiun diberi slot-slot ini untuk mengirimkan data. namun ada overhead dari sinkronisasi karena setiap stasiun harus mengerti slot waktunya. Ini biasanya diselesaikan dengan menambahkan bit sinkronisasi ke setiap slot. Masalah lain dengan TDMA adalah delay propagasi yang ditentukan oleh pita penjaga tambahan.

3. Code Division Multiple Access (CDMA)

Satu saluran membawa setiap transmisi pada saat yang sama. Tidak ada pembagian bandwidth atau pembagian waktu. Misalkan, ada banyak orang di ruangan yang semua berbicara pada waktu yang sama, maka selain itu penerimaan data yang baik dimungkinkan jika hanya 2 orang yang berbicara dalam bahasa yang sama. Demikian pula, data dari stasiun-stasiun yang berbeda dapat ditransmisikan pada saat yang sama dalam bahasa kode yang berbeda.

4. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)

Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) merupakan metode di mana bandwidth yang tersedia dibagi menjadi sub-pembawa kecil untuk meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Sekarang data ditransmisikan melalui sub-pembawa kecil ini. Metode ini banyak digunakan dalam teknologi 5G.

Itulah Pembahasan mengenai Protokol Multiple Access Control dalam Jaringan Komputer dan Jaringan WSN. Dan Nantikan Pembahasan selanjutnya mengenai Tutorial menggunakan OMNeT++ untuk WSN. 

Terima Kasih 😄😘👌👍 :)

Wassalamu‘alaikum wr. wb.