Simulai dan pemodelan

 Simulasi dan Pemodelan VANETs Menggunakan Federated Mobility Model

I. SIMULASI

Simulasi menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) adalah penggambaran suatu sistem atau proses dengan peragaan berupa model statistik atau pemeranan.

Menurut pendapat ahli simulasi merupakan suatu teknik meniru operasi-operasi atau proses-proses yang terjadi dalam suatu sistem dengan bantuan perangkat komputer dan dilandasi oleh beberapa asumsi tertentu sehingga sistem tersebut bisa dipelajari secara ilmiah (Law and Kelton, 1991). Simulasi merupakan alat yang tepat untuk digunakan terutama jika diharuskan untuk melakukan eksperimen dalam rangka mencari komentar terbaik dari komponen-komponen sistem.

Kelebihan:

·       Memungkinkan detail bisa dicakup

·       Dapat membandingkan rancangan sistem yang lain

·       Dapat mengontrol skala waktu

·       Sistem eksisting tidak diperlukan

Kelemahan:

     ·       Sulit untuk menggeneralisir hasil

             ·       Sulit untuk mempertimbangkan semua nilai kasus/parameter

             ·       Sulit untuk menentukan sensitivitas

             ·       Waktu untuk mengembangkan dan mengeksekusi simulasi

             ·       Upaya untuk memvalidasi model dan menganalisa data output

II. Pendahuluan

Pengembangan teknologi nirkabel untuk sistem jaringan komunikasi telah dikembangkan tidak hanya sebatas pada penggunaannya untuk interaksi dan mobilitas manusia dengan berbagai perangkat elektroniknya. Namun perkembangannya telah diarahkan pada mobilitas manusia dan kendaraan yang digunakannya sehari-hari. Teknologi ini dikembangkan sebagai solusi untuk memecahkan sejumlah permasalahan pada sistem transportasi. Permasalahan pada sistem transportasi saat ini sudah cukup kompleks, mulai dari kepadatan lalu lintas, kemacetan, hingga meningkatnya jumlah kecelakaan dijalan raya. Jenis teknologi jaringan nirkabel yang dikembangkan untuk menjadi solusi dalam pemecahaan sejumlah permasalahan ini adalah Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs). VANETs merupakan sebuah teknologi jaringan nirkabel yang dikembangkan untuk mendukung pengembangan teknologi Intelligent Transportation Systems (ITS). Oleh karena itu, VANETs merupakan bagian yang tidak bisa dipisahkan dari ITS. ITS adalah teknologi yang telah dikembangkan untuk mendukung sistem transportasi yang ideal bagi masyarakat pengguna jalan raya. Kemunculan ITS diharapkan menjadi sebuah metode untuk memecahkan masalah transportasi yang menawarkan keselamatan dan keamanan, efektifitas dan efisiensi lalu lintas, meningkatkan kenyamanan berkendara, serta mendukung pelestarian lingkungan. Secara khusus, munculnya teknologi ini diharapkan dapat mengurangi kemacetan lalu lintas dan jumlah kecelakaan yang dapat menyelamatkan ribuan nyawa di jalan raya. Teknologi ITS dapat dijadikan sebagai sebuah metode lanjutan dari sistem transportasi yang dibangun dengan mengintegrasikan manusia, kendaraan dan lingkungan dalam suatu sistem informasi dan komunikasi yang terpadu. Teknologi ini diharapkan mampu membangun suatu sistem infrastruktur transportasi yang nyaman dengan prioritas utamanya adalah peningkatan keselamatan di jalan (road-safety). Sebagai bagian dari pengembangan teknologi ITS, VANETs merupakan teknologi yang tergolong baru. Meskipun kehadiran teknologi ini memunculkan sejumlah pengharapan untuk sistem transportasi yang lebih baik, namun penerapannya masih memerlukan kajian yang lebih mendalam dan lebih intensif. Teknologi ini masih berkembang sebagai sebuah paradigma dan telah menarik banyak minat dunia secara luas mulai dari peneliti, profesional dibidang transportasi, industri otomotif, hingga ke pemerintah. Sebagian besar negara-negara yang terlibat dalam industri otomotif telah memposisikan perkembangan teknologi ini sebagai fokus pengembangan sistem transportasi untuk masa depan. Selain VANETs, teknologi yang mendasari kunci untuk aplikasi ITS juga meliputi sistem satelit, dan jaringan selular. Namun, sistem satelit dan jaringan selular tidak ideal untuk beberapa aplikasi keamanan-kritis (critical safety application) karena proses komunikasinya membutuhkan waktu terlalu lama dan memakan biaya yang sangat mahal untuk menutupi pembiayaannya. Di sisi lain, peningkatan teknologi ITS pada domain jaringan kendaraan nirkabel telah menjanjikan banyak kemajuan untuk masa depan pengembangan aplikasi ITS [1]. Sebagai teknologi jaringan kendaraan nirkabel, VANETs diharapkan dapat mengendalikan kemacetan, meningkatkan arus lalu lintas, mengurangi risiko kecelakaan dan memungkinkan pelaksanaan aplikasi internet pada kendaraan. Dengan kata lain, penerapan VANETs harus dapat mengelola arus lalu lintas dan harus siap memberikan solusi baru untuk strategi manajemen dan rekayasa lalu lintas dengan target utamanya tetap memprioritaskan keselamatan lalu lintas yang dapat mencegah tabrakan dan menyelamatkan nyawa manusia. Selain itu, seiring dengan perkembangannya, penerapan VANETs juga ditargetkan pada adaptive traffic control, peer to peer, email, web surfing, online games, dan berbagai aplikasi lainnya. Untuk mewujudkan hal tersebut, sejumlah peneliti yang didukung oleh industri otomotif dan pemerintah telah melakukan berbagai penelitian. Dalam rangka penerapan teknologi ini, proses pengembangan tidak hanya berfokus pada pemodelan kinerja jaringan saja. Namun, perhatian lainnya agar penerapan teknologi VANETs dapat diimplementasikan pada dunia nyata adalah pemodelan mobilitas lalu lintas dan kendaraan yang realistis [2]. Pemodelan ini sangat dipengaruhi oleh jumlah dan tingkat mobilitas kendaraan yang sangat tinggi serta sejumlah pembatasan tingkat pergerakan yang dibatasi oleh topologi jaringan jalan, karakteristik, model, perilaku kendaraan dan pengendara, serta berbagai faktor lainnya untuk mendukung pemodelan mobilitas kendaraan yang lebih realistis. Oleh karena itu, berbagai pemodelan dan simulasi dilakukan, baik dengan menggunakan perangkat simulasi yang secara langsung diuji coba dilapangan maupun secara tidak langsung yang dilakukan dengan menggunakan software simulator tools (perangkat lunak simulasi). Namun mengingat faktor biaya dan sumberdaya, sejumlah peneliti memiliki kecenderungan untuk merancang pemodelan dan simulasi menggunakan sejumlah software simulator tools terlebih dahulu sebelum diuji coba dilapangan. Perangkat lunak simulasi yang digunakan sangat bervariasi dan memiliki fitur yang berbeda-beda, baik komersial maupun open-source. Sampai dengan saat ini, berbagai pemodelan dan simulasi telah dilakukan untuk menghasilkan model mobilitas kendaraan yang paling realistis. Namun, hal tersebut telah menjadi paradigma tersendiri bagi sejumlah pemodelan tersebut dikarenakan berbagai parameter yang membatasinya. Tujuan melibatkan pemodelan mobilitas lalu lintas kendaraan pada simulasi VANETs adalah sangat penting untuk mencerminkan sedekat mungkin dengan karakteristik lalu lintas kendaraan yang ada. Menurut Härri et al., parameter-parameter yang harus dilibatkan dalam pemodelan mobilitas untuk menghasilkan pola gerak kendaraan yang realistis, meliputi: peta topologi jaringan jalan yang akurat dan realistis, obstacles, attraction/repulsion points, karakteristik kendaraan, smooth deceleration and acceleration, trip motion, path motion, human driving pattern, intersection movement, time pattern dan pengaruh eksternal lainnya. Berdasarkan survei dan taksonomi pemodelan jaringan kendaraan yang telah dilakukan oleh Härri et al., terdapat sejumlah model mobilitas yang telah dilakukan. Salah satunya adalah federated mobility model. Pemodelan ini merupakan hasil kombinasi dari simulator pembangkit lalu lintas (traffic generator) dan simulator jaringan (network simulator) sehingga dapat saling memberikan umpan balik (feedback) antara satu dan lainnya yang difasilitasi oleh antarmuka komunikasi (communication interface). Hal ini telah membawa perubahan yang mendasar sehingga sistem komunikasi dapat dilakukan dua arah (bi-directional) secara bersamaan (concurrently). Pembangkit lalu lintas dapat memberikan umpan balik berupa data mobilitas yang sesuai dengan kondisi dan situasi keberadaan kenderaan, sedangkan simulator jaringan dapat memberikan umpan balik berupa data komunikasi. Hadirnya federated mobility model sebagai salah satu pendekatan untuk pemodelan dan simulasi dianggap dapat menyajikan suatu model mobilitas lalu lintas yang lebih realistis dan lebih akurat. Oleh karena itu, artikel ini akan mereview secara singkat dan jelas sejumlah pemodelan mobilitas lalu lintas dan simulasi penerapan aplikasi teknologi VANETs yang telah digunakan secara luas serta membandingkannya dengan berbagai federated mobility models yang telah dikembangkan hingga saat ini. Tujuan artikel ini adalah untuk memfasilitasi pemahaman yang lebih baik tentang sejumlah pemodelan mobilitas lalu lintas untuk pensimulasian pengimplementasian teknologi VANETs mulai dari proses interaksi hingga integrasi antar perangkat simulasi. Pemahaman tentang berbagai model mobilitas lalu lintas akan melengkapi pengetahuan sehingga memungkinkan dilakukannya suatu pemodelan dan simulasi penerapan aplikasi teknologi VANETs yang mendekati kondisi riil.

III. Jaringan Ad-Hoc Kendaraan

VANETs merupakan suatu jenis teknologi komunikasi nirkabel yang dikhususkan untuk kendaraan yang memungkinkan terjadinya pertukaran komunikasi data antar sesama kendaraan atau kenderaan dengan perangkat infrastruktur jaringan. Tujuan teknologi ini adalah untuk meningkatkan sistem manajemen transportasi sehingga dapat mendukung penerapan aplikasi Intelligent Transportation System (ITS) berbasis Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK). Teknologi ini diharapkan dapat mengatasi kepadatan lalu lintas, mengurangi kemacetan dan jumlah kecelakaan yang terjadi di jalan [6]. Untuk pengembangan teknologi VANETs, IEEE sebagai induk organisasi professional yang salah satu tugasnya mengatur regulasi dan standar internasional penggunaan sistem komunikasi menetapkan sejumlah protokol untuk untuk pengoperasian untuk teknologi tersebut yang dinamakan Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) standard. Standar WAVE ditetapkan sebagai pondasi untuk pengembangan dan penerapan teknologi VANETs yang digunakan saat ini dan dimasamasa mendatang. Dengan standar ini dimungkinkan dibangunnya suatu sistem transportasi berbasis informasi dan komunikasi secara terpadu. WAVE adalah standar yang difokuskan pada komunikasi pertukaran pesan untuk kendaraan.

Arsitektur dan kerangka kerja WAVE didukung oleh beberapa jenis protokol yang saling terkait satu dan lainnya, meliputi: IEEE 802.11p [7], IEEE 1609.1 [8], IEEE 1609.2 [9], IEEE 1609.3 [10], dan  IEEE 1609 [11] sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 1. 

Protokol IEEE 802.11p adalah sebuah standar untuk pengoperasian lapisan fisik (PHY) dan sebahagian lapisan datalink (MAC). Sedangkan protokol IEEE 1609.1 adalah standar yang dirancang untuk pengoperasian berbagai jenis aplikasi di lokasi remote sehingga dapat memungkinkan terjadinya komunikasi antara perangkat OBU (Onboard Unit) yang diinstal pada kenderaan melalui perangkat RSU (Road Side Unit) yang terinstal pada infrastruktur sepanjang jalan. Protokol IEEE 1609.2 adalah standar untuk layanan keamanan, IEEE 1609.3 adalah standar yang mengatur penggunaan channel. Sedangkan protokol IEEE 1609.4 adalah standar yang mengatur pengoperasian jenis pertukaran paket data.

Pengoperasian sejumlah protokol WAVE telah memungkinkan terjadinya komunikasi pertukaran informasi antara kendaraan dengan infrastruktur atau disebut Vehicle to Infrastructure (V2I) dan pertukaran informasi antar kendaraan atau disebut Vehicle to Vehicle (V2V). Perpaduan kedua jenis ini komunikasi ini ditetapkan sebagai dasar sistem komunikasi pada teknologi VANETs dimana sejumlah kendaraan dapat berkomunikasi menggunakan jaringan nirkabel baik secara infrastruktur maupun ad-hoc. Standar WAVE dibangun di atas dua unit dasar, yang disebut RSU dan OBU. RSU adalah unit infrastruktur yang merupakan jalur akses (Access Points) untuk menghubungkan pertukaran komunikasi pada kendaraan sehingga dapat mengakses jaringan. Sedangkan OBU adalah perangkat jaringan yang berada pada kendaraan. Sebuah OBU dapat berkomunikasi dan mengubah pesan ke OBU lain [13]. Pertukaran informasi antar OBU disebut sistem komunikasi V2V. Sementara pertukaran informasi antara OBU dengan RSU disebut  dengan sistem komunikasi V2I. Ilustrasi kedua sistem komunikasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.

IV. Simulasi dan pemodelan VANETS menggunakan federated mobility model

Federated Mobility Model merupakan pemodelan mobilitas lalu lintas yang dikembangkan dengan tujuan untuk membuat simulasi lebih realistis. Pemanfaatan model mobilitas lalu lintas kendaraan ini memungkinkan untuk dimodelkannya suatu simulasi penerapan aplikasi VANETs yang mendekati situasi dan kondisi dunia nyata. Pemodelan ini telah memasukkan sejumlah parameter yang membatasi tingkat kebebasan pergerakan kendaraan (motion constraints) dan telah berhasil ditingkatkan menjadi suatu pola pergerakan (vehicular motion pattern) yang meliputi: peta dan topologi jaringan jalan yang realistis dengan mencakup titik-titik simpul (node and edge), titik persimpangan (intersection), jumlah jalur (lane), penempatan lampu lalu lintas (traffic light), kebijakan arah jalan (road policy) kebijakan pada persimpangan (intersection policy), tipe dan kelas jalan, serta batas kecepatan maksimum yang diizinkan untuk dilewati kendaraan (roads and maximum vehicles speed). Selain itu, model ini telah mencakup motion constraints dan motion pattern lainnya yang meliputi: obstacles, attraction/repulsion points, vehicles characteristics, smooth deceleration and acceleration, trip motion, path motion, human driving pattern, intersection movement, time pattern dan pengaruh eksternal lainnya [4]. Pengintegrasian antara pembangkit lalu lintas dan simulator jaringan yang difasilitasi oleh antarmuka komunikasi dapat saling berinteraksi dan memberikan umpan balik secara bersamaan. Integrasi dan interaksi tersebut dapat menghasilkan suatu simulasi yang lebih riil. Pembangkit lalu lintas bertugas untuk membuat sejumlah tingkat kebebasan dan keterbatasan pergerakan menjadi suatu pola pergerakan yang disebut dengan pola mobilitas lalu lintas (traffic mobility pattern). Dengan difasilitasi oleh antarmuka komunikasi, seluruh pola mobilitas lalu lintas yang dihasilkan dapat dipergunakan oleh simulator jaringan. Simulator jaringan akan menterjemahkan pola mobilitas tersebut, dan memberikan tanggapan terhadap seluruh informasi yang ada serta mengimplementasikannya dalam pola pergerakan node-node yang disimulasikan. Didalam simulator jaringan, pola pergerakan nodenode tersebut kemudian diintegrasikan dengan aplikasi VANETs sesuai dengan standar yang telah ditetapkan. Dengan memanfaatkan mobilitas lalu lintas tersebut, aplikasi VANETs pada simulator jaringan dapat dibuat secara lebih realistis dan lebih akurat.

Dari sejumlah penelitian tersebut diatas dapat diketahui bahwa hasil pemodelan dan simulasi VANETs menggunakan Federated Mobility Model jauh lebih realistis dan lebih akurat daripada pemodelan Isolated maupun Embedded Mobility Model sebelumnya. Selain itu, pemanfaatan TraCI sebagai antar muka komunikasi juga mengizinkan untuk pengontrolan perilaku kendaraan selama simulasi berjalan dengan konsekuensi terjadi perubahan pola pergerakan. Hal tersebut bertujuan untuk memudahkan pensimulasian aplikasi VANETs, sehingga dapat dilakukan dengan lebih akurat dan lebih realistis.

V. Kesimpulan

Adapun beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari hasil review berbagai penelitian tentang pemodelan dan simulasi VANETs menggunakan Federated Mobility Model adalah sebagai berikut:
1. Pemanfaatan Federated Mobility Model untuk pemodelan mobilitas lalu lintas kendaraan telah memungkinkan dilakukannya simulasi aplikasi VANETs yang mendekati situasi dan kondisi rill.
2. Federated Mobility Model dapat mengakomodir sejumlah parameter yang membatasi tingkat kebebasan pergerakan kendaraan yang dapat dijadikan suatu pola pergerakan yang dapat digunakan untuk pemodelan dan simulasi VANETs secara lebih realistis.
3. Kelebihan pemodelan Federated Mobility Model adalah dapat menjalankan dua jenis simulator secara dua arah dengan bersamaan dan dinamis, sehingga pemodelan dan simulasi lalu lintas yang disimulasikan akan lebih realistis. Kelebihan lainnya dari pemodelan ini adalah mampu mensimulasikan penerapan aplikasi VANETs dengan area observasi yang luas. Oleh karena itu, penggunaan Federated Mobility Model untuk pemodelan dan simulasi aplikasi VANETs dapat dilakukan dengan mudah dan lebih luas, serta hasil simulasi dapat dianalis secara akurat dan lebih realistis.