Pengembangan dan evaluasi kinerja protokol routing aodv yang aman dan optimal berbasis mekanisme kepercayaan dan algoritma semut = A development of secure and optimized aodv routing protocol using ant algorithm

Simaremare, Harris, author

Abstrak

[ABSTRAK

Currently wireless networks have grown significantly in the field of

telecommunication networks. Wireless networks have the main characteristic of

providing access of information without considering the geographical and the

topological attributes of a user. One of the most popular wireless network

technologies is mobile ad hoc networks (MANET). A MANET is a decentralized,

self-organizing and infrastructure-less network. Every node acts as a router for

establishing the communication between nodes over wireless links. Since there is

no administrative node to control the network, every node participating in the

network is responsible for the reliable operation of the whole network. Nodes

forward the communication packets between each other to find or establish the

communication route. As in all networks, MANET is managed and become

functional with the use of routing protocols. Some of MANET routing protocol

are Ad Hoc on Demand Distance Vector (AODV), Optimized Link State Routing

(OLSR), Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF),

and Dynamic Source Routing (DSR).

Due to the unique characteristics of mobile ad hoc networks, the major

issues to design the routing protocol are a security aspect and network

performance. In term of performance, AODV has better performance than other

MANET routing protocols. In term of security, secure routing protocol is divided

in two categories based on the security method, i.e. cryptographic mechanism and

trust based mechanism. We choose trust mechanism to secure the protocol because

it has a better performance rather than cryptography method.

In the first part, we combine the gateway feature of AODV+ and reverse

method from R-AODV to get the optimized protocol in hybrid network. The

proposed protocol called AODV-UI. Reverse request mechanism in R-AODV is

employed to optimize the performance of AODV routing protocol and gateway

module from AODV+ is added to communicate with infrastructure node. We

perform the simulation using NS-2 to evaluate the performance of AODV-UI.

Performance evaluation parameters are packet delivery rate, end to end delay and

routing overhead. Simulation results show that AODV-UI outperformed AODV+

in term of performance.

The energy consumption and performance are evaluated in simulation

scenarios with different number of source nodes, different maximum speed, and

also different mobility models. We compare these scenarios under Random

Waypoint (RWP) and Reference Point Group Mobility (RPGM) models. The

simulation result shows that under RWP mobility model, AODV-UI consume

small energy when the speed and number of nodes access the gateway are

increased. The performance comparison when using different mobility models

shows that AODV-UI has a better performance when using RWP mobility model. Overall the AODV-UI is more suitable when using RWP mobility model.

In the second part, we propose a new secure AODV protocol called Trust

AODV using trust mechanism. Communications packets are only sent to the

trusted neighbor nodes. Trust calculation is based on the behaviors and activity

information of each node. It is divided in to Trust Global and Trust Local. Trust

global (TG) is a trust calculation based on the total of received routing packets

and the total of sending routing packets. Trust local (TL) is a comparison between

total received packets and total forwarded packets by neighbor node from specific

nodes. Nodes conclude the total trust level of its neighbors by accumulating the

TL and TG values. When a node is suspected as an attacker, the security

mechanism will isolate it from the network before communication is established.

The performance of Trust AODV is evaluated under DOS/DDOS attack

and blackhole attack using network simulator NS-2. It compares with the similar

type of secure AODV protocol, in this case TCLS protocol. Performance

parameters are packet delivery rate, end to end delay and routing overhead.

Simulation results show that the Trust AODV has a better performance than TCLS

protocol in term of end to end delay, packet delivery rate and overhead. When the

speed is varied, the average end-to-end delay value decreases 44.37%, the average

packet delivery rate increase 29.65% and the average routing overhead decrease

64.2%. When the number of attack is varied, the average end-to-end delay value

decreases 70.1%, the average packet delivery rate increase 30.5% and the average

routing overhead decrease 82.7%.

In the last part of this thesis, we improve the performance of Trust AODV

using ant algorithm. The protocol called Trust AODV+Ant. The implementation

of ant algorithm in the proposed secure protocol is by adding ant agent to put the

positive pheromone in the node if the node is trusted. Ant agent is represented as a

routing packet. The pheromone value is saved in the routing table of the node. We

modified the original routing table by adding the pheromone value field. The path

communication is selected based on the pheromone concentrations and the

shortest path. To control the number of packet agents in the network, we use

Controlled Neighbor Broadcast (CNB) mechanism that is adopted from SARA

protocol. In this mechanism, only one node has the authority to rebroadcast the

packet agents to its own neighborhood.

Trust AODV+Ant is evaluated using NS-2 in term of performance. Our

proposed protocol is compared with SARA, AODV and trust AODV under

DOS/DDOS attacks. Simulation results show that the packet delivery rate and

throughput of the Trust AODV increases when using ant algorithm. However, in

term of end-to-end delay there is no significant improvement. The packet delivery

rate increases 4.58%, and the throughput increases 4.81%. However the end-toend

delay value decreases 1.08%.

ABSTRAK

Saat ini jaringan nirkabel telah berkembang dengan pesat pada bidang

teknologi telekomunikasi. Jaringan nirkabel memiliki sifat utama yaitu

menyediakan akses informasi tanpa memperhatikan posisi geografi dan jenis

topologi jaringan. Salah satu teknologi komunikasi nirkabel yang populer saat ini

adalah Mobile Adhoc Network (MANET). MANET memiliki sifat

terdesentralisasi, mampu mengorganisasi diri sendiri dan tidak memiliki

infrastruktur tetap. Node meneruskan paket komunikasi antara satu dengan

lainnya untuk menemukan dan membentuk jalur komunikasi. Dikarenakan tidak

adanya node yang berfungsi sebagai pengatur, setiap node di dalam jaringan

bertanggung jawab atas keberlangsungan komunikasi. Seperti tipe jaringan

lainnya, MANET berjalan menggunakan protokol routing. Beberapa protokol

routing yang berjalan di MANET antara lain Ad Hoc on Demand Distance Vector

(AODV), Optimized Link State Routing (OLSR), dan Dynamic Source Routing

(DSR).

Disebabkan oleh karakteristik jaringan yang unik, terdapat dua isu penting

dalam pengembangan protokol komunikasi pada MANET yaitu isu kinerja dan isu

keamanan. Dibandingkan dengan protokol routing MANET lainnya, protokol

routing AODV memiliki kinerja yang lebih baik. Aspek keamanan protokol

routing AODV ditingkatkan dengan menggunakan dua mekanisme yaitu

mekanisme kriptografi dan mekanisme kepercayaan. Mekanisme kepercayaan

memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan mekanisme kriptografi.

Pada penelitian ini, mekanisme kepercayaan dipilih untuk meningkatkan

keamanan dari protokol routing AODV.

Pada bagian pertama, dikombinasikan fasilitas gateway pada AODV+ dan

reverse route pada protokol R-AODV untuk mendapatkan protokol optimal yang

bisa berjalan pada jaringan hibrid. Protokol yang diusulkan dinamakan AODV-UI.

Untuk dapat berkomunikasi dengan jaringan infrastruktur, digunakan mode

gateway dari protokol AODV+. Sedangkan reverse route pada protokol R-AODV

digunakan untuk meningkatkan kinerja protokol AODV. Kinerja dari protokol

AODV-UI dievaluasii menggunakan NS-2 dengan parameter packet delivery rate,

end to end delay dan routing overhead. Hasil simulasi menunjukkan bahwa

protokol AODV-UI memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan

protokol AODV+.

Konsumsi energi dan kinerja protokol AODV-UI dievaluasi dengan jenis

mobilitas yang berbeda. Jenis mobilitas yang digunakan adalah random waypoint

(RWP) dan Reference Point Group Mobility (RPGM). Hasil simulasi menunjukkan

bahwa protokol AODV-UI memiliki kinerja lebih baik dan konsumsi energi lebih

kecil apabila menggunakan jenis mobilitas RWP. Protokol AODV-UI lebih sesuai

menggunakan mobilitas RWP. Kontribusi kedua pada penelitian ini adalah diusulkan mekanisme

kepercayaan baru untuk meningkatkan keamanan dari protokol AODV. Protokol

yang diusulkan dinamakan Trust AODV. Paket komunikasi hanya dikirimkan ke

node tetangga yang terpercaya. Perhitungan tingkat kepercayaan berdasarkan pada

perilaku dan informasi aktifitas setiap node. Perhitungan tingkat kepercayaan

dibagi menjadi dua yaitu Trust Global (TG) dan Trust Local (TL). TG adalah

tingkat kepercayaan yang dihitung berdasarkan perbandingan antara seluruh paket

yang diterima dengan seluruh paket yang diteruskan oleh setiap node. Sedangkan

TL adalah perbandingan antara seluruh paket yang diterima dengan seluruh paket

yang diteruskan oleh node tetangga yang berasal dari node tertentu. Node

menyimpulkan total tingkat kepercayaan dengan menggabungkan nilai

perhitungan TL dan TG. Sebuah node dianggap terpercaya apabila nilai TG dan

TL adalah terpercaya. Apabila node dicurigai sebagai node penyerang, maka

mekanisme keamanan akan mengisolasinya dari jaringan sebelum komunikasi

dijalankan.

Kinerja Protokol Trust AODV dievaluasi dengan serangan DOS/DDOS

dan blackhole, kemudian dibandingkan dengan protokol sejenis dalam hal ini

protokol TCLS. Hasil simulasi menunjukkan bahwa Protokol Trust AODV

memiliki kinerja yang lebih baik dalam hal end to end delay, packet delivery rate

dan routing overhead. Pada skenario jumlah serangan tetap dan kecepatan

mobilitas divariasikan, nilai rata-rata end to end delay turun sebesar 44.37%, ratarata

packet delivery rate naik sebesar 29.65% dan rata-rata routing overhead turun

sebesar 64.2%. Pada skenario jumlah serangan dinaikkan, rata-rata penurunan end

to end delay sebesar 70.1%, peningkatan packet delivery rate sebesar 30.5% dan

rata-rata penurunan overhead sebesar 82.7%.

Kontribusi terakhir adalah optimalisasi kinerja protokol Trust AODV

menggunakan algoritma semut. Protokol yang diusulkan dinamakan Trust

AODV+Ant. Implementasi algoritma semut pada protokol Trust AODV adalah

dengan menambahkan paket agen. Agen berfungsi mencari jalur komunikasi dan

meletakkan feromon positif pada setiap node yang dianggap terpercaya

disepanjang jalur komunikasi. Nilai feromon positif disimpan di tabel routing

pada setiap node. Tabel routing node dimodifikasi dengan menambahkan field

nilai feromon. Jalur komunikasi dipilih berdasarkan nilai konsentrat feromon dan

jalur terpendek. Untuk meningkatkan kinerja protokol, jumlah paket agen

dikontrol menggunakan mekanisme Controlled Neighbor Broadcast (CNB) yang

diadopsi dari protokol SARA. Pada mekanisme CNB, hanya satu node yang

memiliki otoritas untuk meneruskan agen ke lingkungan tetangga berikutnya.

Kinerja protokol Trust AODV+Ant diuji menggunakan NS-2. Kinerja

protokol yang diusulkan dibandingkan dengan protokol AODV, SARA dan

protokol Trust AODV ketika serangan DOS/DDOS dilakukan. Hasil simulasi

menunjukkan bahwa nilai packet delivery rate dan throughput dari protokol Trust

AODV meningkat setelah menggunakan algoritma semut. Akan tetapi dalam hal

end to end delay peningkatan kinerja tidak signifikan. Nilai rata-rata packet

delivery rate meningkat sebesar 4.58%, dan nilai rata-rata throughput meningkat

sebesar 4.81%. Sedangkan penurunan end to end delay sebesar 1.08%., Saat ini jaringan nirkabel telah berkembang dengan pesat pada bidang