Perancangan Distributed Sensor Server System Untuk Beberapa Client

(1)

1 1.1 Latar Belakang

Kemampuan akan komunikasi untuk komputer sudah sangat berpengaruh pada perkembangan pengiriman dan pengolahan data. Pengiriman data dari satu komputer ke komputer lain yang jaraknya begitu jauh dapat dikirim dengan sebuah media transmisi. Biasanya disebut dengan istilah komunikasi data (Data Communication). Di dalam sistem komunikasi, istilah pengiriman data biasa disebut dengan jaringan pengiriman data (network), digunakan bila paling sedikit dua atau lebih komputer yang dihubungkan.

Secara teknis, Network merupakan dua komputer atau lebih yang saling berhubungan membentuk jaringan komputer hingga meliputi jutaan komputer, yang saling berinteraksi pengiriman data yang dapat berupa text, grafik audio maupun animasi, dan lain-lain dalam bentuk media elektronik.

(2)

Ada tiga alasan utama yang membuat orang memilih sensor nirkabel: 1. Pertimbangan Biaya

Pembuatan suatu sistem dengan satu, dua atau tiga buah sensor dengan menggunakan kabel mungkin lebih praktis dan lebih hemat biaya. Namun bila jumlah sensornya banyak, tentunya akan tidak praktis lagi apabila menggunakan kabel. Biaya instalasi menjadi makin dominan sebanding dengan banyaknya jumlah dan jarak penyebaran sensor.

2. Independensi pada infrastruktur yang sudah ada

Sistem sensor yang akan dibangun tidak ingin mengganggu sistem lain yang sudah ada. Kalaupun tidak mengganggu, namun dikhawatirkan akan mengalami kesulitan jika diintegrasikan dengan infrastrukur yang sudah terpasang.

3. Faktor keamanan

Sistem sensor menggunakan kabel lebih rentan terhadap gangguan fisik sepanjang jalur sinyal transmisi dibandingkan sensor nirkabel.

Berikut diperlihatkan beberapa topologi jaringan :

Gambar 1.1 Topologi Jaringan Sensor; (a) Fully Connected; (b) Mesh / Cluster; (c) Star

(3)

energi sama sekali. Dengan kata lain, sensor ditempatkan pada medan yang terpencil. Konsekuensinya, kita harus menyediakan sumber catu daya (baterai) cukup besar agar dapat beroperasi dalam waktu yang lama atau dengan alternatif lain yaitu mengganti baterai setiap saat. Keadaan ini menjadikan sistem jaringan sensor nirkabel menjadi kurang diminati dan timbul keraguan untuk menerapkan dalam sistem sensor. Hal inilah yang melatar belakangi penulis mengambil judul

tugas akhir “Perancangan Distributed Sensor Server System Untuk Beberapa Client”.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini adalah untuk memberikan fasilitas pengukuran pada sisi client berupa data dan informasi status dari sensor node.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dimaksud agar pembahasan dapat dilakukan secara terarah dan tercapai sesuai dengan yang diharapkan, maka perlu ditetapkan batasan-batasan permasalahan yang akan dibahas, yaitu :

1. Implementasi perangkat lunak WSN berbasis protokol IEEE 802.15.4/Zigbee.

2. Implementasi perangkat lunak Monitoring Data Sensor. 3. Topologi jaringan yang digunakan adalah Topologi Start.

4. Jaringan WSN dibentuk terdiri dari satu buah Coordinator dan tiga buah End-Device.

1.4 Metodologi

Metodologi yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi Literatur

(4)

2. Perancangan dan Pengujian Sistem

Perancangan yang dilakukan antara lain perancangan topologi jaringan yang menunjang Wireless Sensor Network, serta perancangan dan implementasi protokol jaringan WSN berbasis IEEE 802.15.4/Zigbee.

3. Uji Coba Sistem

Pengujian dilakukan untuk mengetahui keberhasilan program aplikasi yang telah dibuat.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah : BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini dibahas latar belakang tugas akhir yang dilaksanakan, maksud dan tujuan, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematik penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Dalam bab ini diuraikan teori yang dibutuhkan dalam tugas akhir, yaitu teori mengenai topologi jaringan, Jaringan Wireless, dan ZigBee.

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Dalam bab ini penulis membahas tentang perancangan mengenai

“Perancangan Distributed Sensor Server System Untuk Beberapa Client”, baik secara perangkat keras maupun perangkat lunaknya.

BAB IV ANALISA

Dalam bab ini penulis akan menganalisa mengenai pengujian dari perancangan sistem yang dibuat secara keseluruhan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(5)

5 2.1 Jaringan Komputer

Jaringan komputer adalah sebuah kumpulan komputer, printer dan perangkat jaringan lainnya yang terhubung dalam satu kesatuan yang bekerja bersama-sama untuk mencapai suatu tujuan yang sama. Pertukaran Informasi dan data melalui kabel-kabel atau tanpa kabel sehingga memungkinkan pengguna jaringan komputer dapat saling bertukar dokumen dan data atau mencetak pada printer yang sama dan bersama-sama menggunakan hardware/software yang terhubung dengan jaringan. Setiap komputer, printer atau periferal yang terhubung dengan jaringan disebut node. Sebuah jaringan komputer dapat memiliki dua, puluhan, ribuan atau bahkan jutaan node.

Jaringan mempunyai beberapa manfaat yang lebih dibandingkan dengan komputer yang berdiri sendiri (stand-alone), yaitu dalam hal :

1. Jaringan memungkinkan manajemen sumber daya lebih.

Pengguna atau user dapat saling berbagi printer tunggal dengan kualitas tinggi, dibandingkan memakai printer kualitas rendah di masing-masing meja komputer. Selain itu, lisensi perangkat lunak jaringan dapat lebih murah dibandingkan lisensi stand-alone terpisah untuk jumlah pengguna sama.

2. Jaringan membantu mempertahankan informasi agar tetap handal dan up-to-date.

(6)

3. Jaringan membantu mempercepat proses berbagi data (data sharing).

Transfer data pada jaringan selalu lebih cepat dibandingkan sarana berbagi data lainnya yang bukan jaringan (flasdisk, disket, CD, dan lain sebagainya)..

4. Jaringan memungkinkan kelompok kerja berkomunikasi dengan lebih efisien.

Surat dan penyampaian pesan elektronik (email) merupakan substansi sebagian besar sistem jaringan, disamping sistem penjadwalan, pemantauan proyek, konferensi online dan groupware, dimana semuanya membantu tim bekerja lebih produktif.

Agar dapat mencapai tujuan yang sama, setiap bagian dari jaringan komputer meminta dan memberikan layanan (service). Pihak yang meminta layanan disebut klien (client) dan yang memberi layanan disebut pelayan (server). Arsitektur ini disebut dengan sistem client-server, dan digunakan pada hampir seluruh aplikasi jaringan komputer.

2.2 Klasifikasi Jaringan Komputer

Pada sub bab ini akan dijelaskan klasifikasi jaringan komputer ditinjau berdasarkan skalabilitasnya.

2.2.1 PAN (Personal Area Network)

Personal Area Network (PAN) adalah jaringan komunikasi satu perangkat lain dengan perangkat lainnya dalam jarak yang sangat dekat, hanya dalam beberapa meter saja. PAN ini dapat digunakan untuk komunikasi antara suatu perangkat, atau penghubung dengan jaringan yang lebih luas lagi seperti internet. PAN ini dihubungkan melalui bus yang ada pada komputer, seperti USB dan Firewire.

2.2.2 CAN (Campus Area Network)

(7)

sebuah universitas atau kampus yang bertujuan menghubungkan berbagai gedung kampus.

2.2.3 LAN (Local Area Network)

Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling dihubungkan bersama di dalam satu areal tertentu yang tidak begitu luas, seperti di dalam satu kantor atau gedung.

2.2.4 MAN (Metropolitan Area Network)

Metropolitan Area Network (MAN) adalah jaringan yang banyak digunakan untuk menghubungkan simpul yang berada pada jarak 20 – 50 Km, jaringan ini biasa digunakan untuk antar kota dengan menggunakan poket radio atau fasilitas perusahaan telekomunikasi.

2.2.5 WAN (Wide Area Network)

Wide Area Network (WAN) merupakan jaringan dari sistem komunikasi data yang masing-masing node berlokasi jauh (Remote Location) satu dengan yang lainnya. WAN disebut juga dengan nama Remote Network / Long Distance network. Node adalah titik yang dapat menerima input data ke dalam network atau menghasilkan output informasi atau kedua-duanya. Node Dapat berupa sebuah printer atau alat cetak lainnya atau sebuah PC sampai mainframe komputer yang memiliki modem.

2.3 Protokol Stack OSI Layer

(8)

Tujuan OSI adalah untuk memfasilitasi bagaimana suatu komunikasi dapat terjalin dari sistem yang bebeda tanpa memerlukan perubahan yang signifikan pada hardware dan software di tingkat yang utama/pokok.

Model OSI disusun atas 7 lapisan/layer antara lain: fisik (lapisan 1), data link (lapisan 2), network (lapisan 3), transport (lapisan 4), session (lapisan 5), presentasi (lapisan 6) dan aplikasi (lapisan 7). Tiga lapisan teratas biasa dikenal sebagai "Upper Lever Protocol" sedangkan empat lapisan terbawah dikenal sebagai "Lower Level Protocol". Tiap lapisan berdiri sendiri tetapi fungsi dari masing-masing lapisan bergantung dari keberhasilan operasi layer sebelumnya. Sebuah lapisan pengirim hanya perlu berhubungan dengan lapisan yang sama dipenerima (misalkan lapisan data link penerima hanya berhubungan dengan data link pengirim) selain dengan satu layer di atas atau dibawahnya (misalkan lapisan network berhubungan dengan lapisan transport diatasnya atau dengan lapisan data link dibawahnya.

(9)

2.3.1 Application Layer

Applikasi Layer (Layer Aplikasi) merupakan lapisan tertinggi pada model referensi OSI yang bertanggung jawab sebagai interface user untuk mengakses jaringan.. Biasanya merupakan program atau aplikasi pada tingkat layanan informasi. Beragam protokol standar umumnya tersedia pada lapisan ini. Contoh Applikasi Layer :

1) X.400 : Message Handling service (Mail).

2) X.500 : Directory Service (distributed data source & global information about various objects and services) pada jaringan.

3) FTAM : File Transfer, Access and Management.

Gambar 2.2. Application Layer

2.3.2 Presentation Layer

Presentation Layer digunakan untuk menyeleksi syntax data yang berbeda dalam jaringan. Lapisan presentasi memiliki standar encording (penyandian) yang digunakan dalam pemprosesan informasi aplikasi data.

Transport Layer berhubungan dengan :

(10)

2) Encryption : Untuk privacy.

3) Compression : mengurangi trafik informasi.

Contoh yang digunakan antara lain American Standard Code for Information Interchange (ASCII), Motion Picture Expert Group (MPEG) dan Joint Photographic Expert Group (JPEG).

Gambar 2.3. Presentation Layer

2.3.3 Session Layer

Session Layer menyediakan fasilitas bagi user/pemakai jaringan untuk melakukan percakapan atau komunikasi dari satu mesin ke mesin lain. Pada Lapisan Session dimungkinkan melakukan komunikasi untuk masuk ke dalam sistem secara remote atau melakukan transfer file antar dua komputer.

Session Layer berhubungan dengan :

1) Dialog control : membawa dua sistem yang berkomunikasi ke dalam sebuah dialog, dalam bentuk half duplex atau full duplex.

2) Sinkronisasi (Synchronization) : memberikan checkpoint (synchronization point) pada data. Mis: jika sistem mengirimkan file dengan 2000 halaman, maka pada setiap 100 halaman diberikan checkpoint untuk menjamin bahwa data pada tiap 100 halaman tersebut diterima dan di-acknowledged secara independent.

(11)

Gambar 2.4. Session Layer

2.3.4 Transport Layer

Fungsi dasar Transport Layer adalah bertanggung jawab untuk menghantarkan message dari sumber ke tujuan, menerima data dari Lapisan Session, memisahkan menjadi bagian atau unit yang kecil, meneruskan ke lapisan jaringan dan menjamin unit-unit data tersebut sampai dengan benar.

Transport Layer berhubungan dengan :

1) Service-Point Addressing : pengalamatan proses bukan hanya mesin . 2) Segmentasi dan Reassembly: message biasanya dibagi ke dalam

segmen-segmen dan diberi sequence number sehingga bisa di reassembly di tujuan. 3) Connection Control : Connection oriented atau Connectionless.

4) Flow Control : Seperti data link tapi end to end.

5) Error Control : seperti pada data link tapi End to End. Koreksi error biasanya diaplikasikan dengan retransmisi.

Contoh yang digunakan pada lapisan ini antara lain : Transmission Control Protocol (TCP), Iser Datagram Protocol (UDP) dan Sequenced Packet Exchange (SPX).

(12)

2.3.5 Network Layer

Network Layer bertanggung jawab menghantarkan setiap paket melewati banyak jaringan dan menjamin bahwa paket tersebut akan sampai ke tujuan, memberikan fasilitas seperti pengalamatan jaringan dan melakukan pengontrolan aliran data pada komputer ke interface jaringan. Network Layer harus dapat membedakan pengalamatan oleh suatu jaringan, serta mengatur paket-paket data yang berukuran berbeda.

Network Layer berhubungan dengan : 1) Pengalamatan Logik (Logical Addressing). 2) Routing.

Contoh yang digunakan nyaitu : Internet Protocol (IP), Internet Packet eXchange (IPX), Address Resolution Protocol (ARP), Reverse Address Resolution Protocol (RARP), Internet Control Message Protocol (ICMP) dan X.25.

Gambar 2.6. Network Layer

2.3.6 Data Link Layer (Medium Access Control)

(13)

Fungsi-fungsi Data Link Layer adalah:

1) Framing : membagi bit-bit data yang berasal dari Network Layer ke dalam data units yang dilengkapi dengan Header (H2) dan Trailer (T2).

2) Pengalamatan fisik (Physical Addressing)

3) Flow Control : Untuk menghindari overflowing di penerima jika pengrim terlalu cepat mengirimkan data untuk Single Link

4) Error Control : Memberikan mekanisme untuk memperbaiki kehilangan atau kerusakan frame, diaplikasikan pada trailer.

5) Access Control : Mekanisme penggunaan medium oleh banyak pengguna secara bergantian.

Contoh yang digunakan nyaitu : Synchronous Data Link Control (SDLC), High Level Data Link (HDLC) dan Point to Point Protocol (PPP).

Gambar 2.7. Data Link Layer

Pada Broadcast Network (multiple access networks) diperlukan Medium Access Control Protocol, hal ini dikarenakan sejumlah user menggunakan media transmisi secara bersamaan. Jika dua atau lebih station trasmit simultan, maka besar kemungkinan akan terjadi collision (tabrakan), sehingga akan terjadi interferensi satu dengan lainnya.

(14)

kanal-kanal terpisah dan cocok untuk trafik kontinyu. Sedangkan dalam Medium Acces Control (MAC) tidak ada pendudukan kanal, sharing dinamis, cocok untuk trafik bursty, dan meminimumkan collision. Multiple Access Protocols pada Data Link Layer bertujuan untuk bagaimana cara mengakses media transmisi bersama-sama secara terkendali.

Gambar 2.8. Multiple Access Protocols

Carrier Sensing Multiple Access (CSMA) dalam MAC bertujuan untuk mencegah transmisi jika yakin akan menyebabkan collision, untuk mencegahnya maka dilakukan dengan sensing medium.

2.3.7 Physical Layer

Physical Layer merupakan lapisan paling rendah dari model referensi OSI. Lapisan fisik berhubungan dengan media fisik dalam jaringan komunikasi data. Lapisan ini mengatur hubungan secara fisik antara satu titik ke titik lainnya pada jaringan. Lapisan fisik memberikan standar interface pada peralatan komputer dan peralatan komunikasi dengan penyaluran informasi.

Physical Layer berhubungan dengan :

(15)

3) Data rate dan Sinkronisasi bit. 4) Topologi fisik yang digunakan.

5) Mode Transmisi (simplex, half duplex, atau full duplex).

Contoh yang digunakan adalah X21, X21bis, RS232 dan 10 Base T.

Gambar 2.9. Physical Layer

2.4 IEEE 802.15.4/ZigBee

(16)

2.4.1 Sejarah Protokol Jaringan IEEE 802.15.4/ZigBee

Jaringan seluler adalah pengembangan dari jaringan telepon dengan kabel yang berkembang amat pesat di pertengahan abad 20. Kebutuhan akan mobilitas dan harga dari memasang kabel baru yang meningkat, motivasi untuk koneksi perorangan yang tidak tergantung akan tempat ke jaringan juga meningkat merupakan faktor-faktor yang mendorong perkembangannya. Daerah jangkauan yang luas hingga mencapai 1-2 km yang dapat bekerja bersama-sama dengan jaringan disekitarnya untuk menciptakan suatu jaringan yang semu. Contoh dari standar ini seperti GSM, IS-136, IS-95. Di pertengahan kebutuhan untuk daerah jangkauan yang kecil justru meningkat. Grup kerja IEEE 802.11 untuk WLAN dibentuk untuk membuat standard jaringan lokal tanpa kabel. IEEE 802.11 memfokuskan pada fitur seperti kecepatan Ethernet, jarak jauh (100m), message forwarding dan data melalui 2-11Mbps. WPAN mengkhususkan pada ruang di sekitar pengguna atau obyek yang tipikalnya hanya sampai 10m dari semua arah. Fokus WPAN adalah biaya sedikit (low-cost), daya rendah (Low power), jarak pendek (short range) dan ukuran yang sangat kecil. IEEE 802.15 adalah grup kerja untuk WPAN.

WPAN dibedakan menurut data rate, konsumsi baterai (Battery Drain) dan kualitas layanan (QoS). Untuk data rate tinggi (IEEE 802.15.3) cocok bagi aplikasi multimedia yang mensyaratkan QoS tinggi. Data rate menengah (IEEE 802.15.1/Bluetooth) akan menangani beberapa proses mulai dari cellphone sampai komunikasi PDA serta memiliki QoS yang cocok untuk komunikasi suara. Sedangkan low rate WPAN (IEEE 802.15.4/LR-WPAN) ditujukan untuk melayani suatu industri, perumahan dan aplikasi medis dengan konsumsi daya rendah dan biaya yang sangat murah dibanding WPAN yang lain serta memerlukan data rate dan QoS yang tidak terlalu tinggi.

(17)

teknologi ini. ZigBee diharapkan mampu memberikan biaya yang murah serta daya yang rendah untuk koneksitas antara peralatan dengan konsumsi daya baterai hingga beberapa bulan atau bahkan beberapa tahun.

2.4.2 Prinsip kerja IEEE 802.15.4/ZigBee

ZigBee memanfaatkan penuh kelebihan dari physical radio yang amat berguna dari standar IEEE 802.15.4. ZigBee menambahkan jaringan logika, keamanan (security) dan perangkat aplikasinya (Application Software).

2.4.2.1Stack Protocol

Stack protocol pada ZigBee terdiri atas PHY dan MAC layer dari IEEE, Network/Security layer serta Application framework dari ZigBee Alliance flatform serta Application/Profiles yang bisa berasal dari ZigBee atau OEM Fitur dari Stack Protocol Zigbee seperti:

- Mudah diaplikasikan dengan mikrokontroler berkapasitas rendah seperti mikrokontroler 8 bit 80C51 dari ATMEL.

- Memiliki stack protocol yang sangat Compact.

- Mendukung hingga slave yang amat sederhana sekalipun.

(18)

2.4.3 Tugas masing-masing bagian dari protocol ZigBee

Pada sub bab ini akan dibahas mengenai Tugas masing-masing bagian dari protocol ZigBee.

2.4.3.1Application layer (Layer Aplikasi)

Merupakan bagian yang mengkoordinasikan antara kode khusus aplikasi antara driver perangkat keras dengan segala sesuatu yang diperlukan pada suatu proyek pembuatan aplikasi. Layer Aplikasi memiliki kemampuan untuk mencocokkan dua perangkat secara bersamaan yang didasarkan pada layanan dan kebutuhan pengguna dan menyampaikan pesan antar perangkat yang terkait. Layer aplikasi terdiri atas payload data, AF (Application Frame), dan APS (Application Suport Layer). Untuk payload data memiliki ukuran sebesar 101 byte, AF memiliki ukuran header sebesar 1 byte, sedangkan APS memiliki 6 byte. APS merupakan interface antara Aplikasi dan Network Layer.

Dibagian ini ZDO (ZigBee Device Object) berperan untuk :

Menentukan peranan dari perangkat ke jaringan (sebagai Coordinator ZigBee atau End-Device).

Melakukan inisiatif atau merespon permintaan binding.

Memastikan koneksi yang aman diantara salah satu perangkat keamanan ZigBee seperti public key, symmetric key, dan lain sebagainya.

2.4.3.2Application Support layer (Layer pendukung aplikasi) Bagian terendah dari layer aplikasi yang memberikan layanan :

Pencarian (Discovery) : berkemampuan mencari perangkat lain yang bekerja didalam wilayah operasi sebuah perangkat.

(19)

2.4.3.3Network layer (Layer jaringan)

Secara umum layanan manajemen jaringan dalam ZigBee yaitu konfigurasi perangkat dan pemilihan jenis keamanan jaringan. Layer ini juga digunakan untuk mengirim dan menerima data dari dan ke Application Layer.

2.4.3.4MAC layer

Lapisan MAC ini didefinisikan oleh standar IEEE 802.15.4 mempunyai tugas untuk pengaksesan saluran. Ada dua mekanisme untuk mengakses saluran yaitu mode beacon-enabled dan beaconless-enabled.

Mode beacon-enabled menggunakan teknik slotted CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), sedangkan mode beaconless-enabled menggunakan teknik unslotted CSMA/CA. Terdiri atas MHR (MAC Header), MSDU (MAC Service Data Unit), dan MFR (MAC Footer).

MHR terdiri atas Frame Control, Sequence Number, Addressing Field (Destination PAN ID, Destination Address, dan Source Address) yang digunakan untuk mengidentifikasi jenis frame MAC yang sedang ditransmisikan, menspesifikasikan format Addressing Field dan Control ACK. MHR memiliki ukuran 7 byte. MFR adalah MAC Frame Check Sequence, berisi 16-bit ITU-T CRC. MFR memiliki ukuran sebesar 2 byte.

Menerapkan pengalamatan berdasarkan 64-bit IEEE dan pengalamatan pendek 16-bit. MAC mengkoordinasi transceiver untuk mengakses jalur radio bersama (shared radio link). Kemampuan karakteristik jaringan maksimum bias mencapai 264 node dan menggunakan pengalamatan local, serta jaringan sederhana dapat dibentuk hingga 65000 (264) node.

Kategori perangkat dari MAC layer terdiri dari : Network Coordinator.

Full Function Device (FFD). Reduced Function Device (RFD).

Struktur Frame sederhana (Berorientasi pada Beacon). Berasosiasi/tidak berasosiasi.

(20)

CSMA-CA akses kanal (bukan Beacon).

Struktur Frame Super tambahan dengan Beacon. Mekanisme GTS (untuk prioritas tinggi).

2.4.3.5Physical layer

Physical layer merupakan komponen yang sangat penting dalam komunikasi komputer, yang biasanya digunakan pada transmisi dan penerimaan data, penginderaan kanal, dan penentuan kualitas link. Layer ini berinteraksi dengan kanal wireless dan bertugas mensuplai informasi dari dan ke layer di atasnya. Link wireless IEEE 802.15.4 dapat beroperasi pada 3 pita frekuensi ISM, yaitu :

1. Pita frekuensi 2,4 GHz dengan laju 250 Kbps berkapasitas 26 kanal. 2. Pita frekuensi 915 MHz dengan laju 40 Kbps berkapasitas 10 kanal. 3. Pita frekuensi 868 MHz dengan laju data 20 Kbps berkapasitas 1 kanal.

Preamble dan SFD (Start of Packet Delimiter) dikenal sebagai SHR digunakan untuk sinkronisasi, dengan total SHR sebesar 5 byte, sedangkan PHR (PHY Header) berisi informasi panjang PSDU (PHY Service Data Unit), dengan panjang header sebesar 1 byte, PSDU merupakan isi informasi dari layer di atasnya dengan panjang payload data maksimal sebesar 127 byte.

2.4.4 Keuntungan menggunakan ZigBee

(21)

2.5 Topologi dan Karakteristik Jaringan

ZigBee memiliki 3 topologi model jaringan yaitu Topologi Star, Mesh (Peer to Peer) serta Cluster Tree.

Gambar 2.11. Model Topologi Jaringan

2.5.1 Topologi Star

Pada topologi star komunikasi dilakukan antara perangkat dengan sebuah pusat pengontrol tunggal, disebut sebagai koordinator PAN (Personal Area Network). Aplikasi dari topologi ini bisa untuk tomasi rumah, perangkat Personal Computer (PC), serta mainan anak-anak. Setelah sebuah FFD (Full Function Device) diaktifkan untuk pertamakali maka ia akan membuat jaringannya sendiri dan menjadi koordinator PAN. Setiap jaringan star akan memilih sebuah pengenal PAN yang tidak sedang digunakan oleh jaringan lain didalam jangkauan radionya. Ini akan mengijinkan setiap jaringan star untuk bekerja secara tersendiri.

2.5.2 Topologi Mesh (Peer to peer)

(22)

2.5.3 Topologi Cluster Tree

Cluster tree merupakan sebuah model khusus dari jaringan peer to peer dimana sebagian besar perangkatnya adalah FFD dan sebuah RFD mungkin terhubung ke jaringan cluster tree sebagai node tersendiri di akhir dari percabangan. Salah satu dari FFD dapat berlaku sebagai koordinator dan memberikan layanan sinkronisasi ke perangkat lain dan koordinator lain. Hanya satu dari koordinator ini adalah koordinator PAN. Koordinator PAN membentuk cluster pertama dengan membentuk Cluster head (CLH) dengan sebuah cluster identifier (CID) nol, memilih sebuah pengenal PAN yang tidak terpakai dan memancarkan frame-frame beacon ke perangkat sekitarnya. Sebuah perangkat menerima frame beacon mungkin meminta untuk bergabung ke network CLH. Jika koordinator PAN mengijinkan untuk bergabung, maka akan menambahkan perangkat baru ini sebagai perangkat turunannya dalam daftar perangkat disekitarnya. Proses ini berlanjut dilakukan oleh perangkat yang baru itu ke perangkat sekitarnya. Keuntungan dari struktur cluster adalah peningkatan daerah jangkauan seiring dengan peningkatan biaya untuk latency pesan.

Karakteristik dasar dari sebuah jaringan ZigBee adalah : 1. Memiliki hampir 65536 node jaringan (Client).

2. Koneksi ke jaringan : 30 ms (tipikal).

(23)

23 3.1 Analisis Sistem

Spesifikasi 802.15.4/ZigBee telah dibuat dan dikelola oleh IEEE. Spesifikasi ini mendefinisikan physical (PHY) dan Media Access Control (MAC) layer dari personal area, low-power dan wireless network.

IEEE 802.15.4 didefinisikan sebagai berikut : Mekanisme untuk menemukan jaringan.

Mekanisme untuk membentuk dan bergabung dengan jaringan. Mekanisme untuk mengubah saluran.

Mekanisme untuk mendeteksi gangguan dan "noise" pada saluran tertentu Metode pengiriman paket data menggunakan CSMA-CA untuk menghindari tabrakan.

Berikut ini adalah diagram arsitektur ZigBee standar, terlihat hampir di setiap teknis diskusi tentang ZigBee. Perhatikan bagaimana lapisan MAC dan PHY berada di bawah pengendalian IEEE, sedangkan yang lainnya berada di bawah pengendalian ZigBee ( Gambar 3.1).

(24)

Tugas dari PHY (Physical) layer adalah menerjemahkan paket-paket data dari serangkaian byte ke RF spektrum, dan kembali lagi. MAC (medium access) layer memungkinkan sebuah jaringan dapat dibentuk, dapat dibagikan untuk saluran serta cara yang cukup handal untuk data yang akan ditransfer (single-hop). ZigBee menetapkan semua lapisan MAC dan PHY di bagian paling atas, termasuk NWK Layer (Network Layer), APS (Application Support Layer), ZDO (ZigBee Device Object), dan security layers. ZigBee mampu menyediakan jaringan mesh dan multi-hop, meningkatkan keandalan pengiriman paket data, dan menentukan aplikasi- aplikasi untuk interoperabilitas.

ZigBee tidak menggunakan semua spesifikasi 802.15.4 MAC/PHY, hanya sebagian kecil saja. Hal ini memungkinkan stack vendor untuk menawarkan solusi yang lebih mudah (kurang RAM dan flash) dengan menyediakan MAC terbatas untuk tumpukan ZigBee dari vendor tersebut. Sebagai contoh, ZigBee tidak menggunakan salah satu metode beaconing 802.15.4. ZigBee bersifat asinkron (asynchronous). Setiap node dapat melakukan pengiriman data setiap saat. Hanya CSMA-CA (Carrier-Sense Multiple-Access with Collision Avoidance), sebuah level MAC yang mampu mencegah node saling berkomunikasi atau mengirim dan pemanggilan data satu sama lain.

(25)

dideteksi oleh pengirim, maka penerima akan mengirimkan ACK untuk setiap paket yang diterimanya.

Secara lengkap mekanisme CSMA/CA dapat dijelaskan sebagai berikut : Ketika paket akan dikirim, terminal terlebih dahulu mendeteksi kanal. Jika kanal tidak sibuk selama periode DIFS (Distributed Coordination Function Interframe Space) maka terminal segera mengirimkan paket.

Jika kanal sibuk sebelum periode DIFS berakhir, maka terminal akan menunggu sampai kondisi tidak sibuk.

Setelah kanal tidak sibuk maka terminal mengeset nilai random back off time. Setelah itu terminal kembali mendeteksi kanal. Bila kanal tidak sibuk selama periode DIFS maka terminal akan melakukan decrement back off time pada saat kanal tetap dalam keadaan tidak sibuk. Bila kanal sibuk, proses decrement akan berhenti dan akan mulai lagi setelah kanal tidak sibuk selama periode DIFS.

Ketika nilai back off time bernilai 0, maka terminal mulai mengirimkan data. Jika terminal mendeteksi bahwa proses pengiriman gagal, maka terminal akan melakukan meknisme pengiriman ulang yaitu dengan membangkitkan random back off time dan menuggu kanal tidak sibuk selama periode DIFS.

Setelah proses pengiriman berhasil, ada beberapa hal yang harus dilakukan oleh terminal, yaitu :

 Mengembalikan nilai CW (Content Window) menjadi CW minimum.

 Status terminal kembali pada keadaan awal.

 Siap untuk melakukan proses pengiriman data.

(26)

Mode CCM berfungsi untuk mengenkripsi dan menjaga keaslian data. CCM merupakan rangkaian pertama yang menggunakan integrity protection pada payload data dan header dengan menggunakan CBC-MAC kemudian mengenkripsi payload data.

Salah satu daerah yang lebih menarik dimana ZigBee berbeda dari spesifikasi 802.15.4 adalah batas waktu untuk tanggapan sinyal. Permintaan dan tanggapan sinyal-sinyal (beacon) tidak ada hubungannya dengan apakah jaringan adalah jaringan beaconing atau tidak.

Sinyal hanyalah sebuah paket yang berisi informasi tentang node dan jaringan. Hal inilah yang digunakan ZigBee untuk menemukan sebuah jaringan. Pada jaringan yang padat, dengan 30 atau lebih dari semua node dalam jangkauan pendengaran, default time-out 802.15.4 atas permintaan sinyal tidak memberikan cukup waktu untuk semua node untuk merespon.

3.2 Forming, Joining dan Rejoining ZigBee Networks

Sebelum node ZigBee dapat berkomunikasi pada jaringan, maka lebih baik harus membentuk jaringan baru atau bergabung dengan jaringan yang sudah ada. Hanya Coordinator ZigBee yang dapat membentuk sebuah jaringan dan hanya ZigBee Router dan ZigBee End-Device yang dapat bergabung dengan jaringan. Banyak vendor stack menawarkan kemampuan untuk memiliki node yang ditunjuk sebagai ZC (ZigBee Cordiantor), ZR (ZigBee Router), atau Zed (ZigBee End-Device) pada waktu kompilasi (untuk menyimpan kode dan RAM) atau pada saat run-time (untuk mengurangi bagian-bagian OEM-diproduksi).

(27)

3.2.1 Forming Networks

Proses pembentukan jaringan adalah tentang bagaimana cara menentukan sebuah pengenal yang khusus untuk setiap jaringan, disebut PAN ID (Personal Area Network). Selain itu proses pembentukan jaringan juga memilih salah satu dari enam belas saluran 802.15.4 yang berfungsi untuk mengoperasikan jaringan.

Pada saat ZC (ZigBee Coordinator) telah membentuk jaringan, maka jaringan langsung terbentuk. Selama proses pembentukan, satu paket dikirim over-the-air pada masing-masing saluran. Jika tidak ada jaringan ZigBee lainya yang berada di saluran, maka paket data hanya terlihat oleh ZigBee sniffer :

Sebuah Koordinator ZigBee memiliki tugas sebagai berikut : Membentuk jaringan.

Menetapkan saluran 802.15.4 pada jaringan yang akan beroperasi. Mendirikan Extended and Short PAN ID untuk jaringan.

Memutuskan di stack profile mana yang akan digunakan (mengkompilasi atau pilihan run-time).

Bertindak sebagai Trust Center untuk Secure Applications and Network. Bertindak sebagai penengah untuk End-Device-Bind (pilihan commissioning option).

Bertindak sebagai router untuk mesh routing.

(28)

perangkat yang berisi Koordinator ZigBee, segera mungkin akan langsung membentuk jaringan, atau mungkin menunggu untuk beberapa saat (seperti tekan-tombol atau perintah dari prosesor host) sebelum membentuk jaringan. Bahkan mungkin memeriksa untuk melihat apakah jaringan di luar sana sudah siap, dan memutuskan untuk menjadi Router ZigBee daripada Coordinator jika node lain telah membentuk jaringan yang dikehendaki.

Namun saat aplikasi diimplementasikan, pada beberapa waktu ZigBee Koordinator akan membentuk jaringan. Proses ini ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. ZigBee Forming a Network

(29)

/* form network immediately upon power-up */ void BeeAppInit(void)

{

ZDO_Start(gStartSilentRejoinWithNvm_c); }

/* form network on key-press */

void BeeAppHandleKeys (key_event_t keyEvent)

Berikutnya, seperti terlihat pada Gambar 3.2, Pada ZigBee memanggil lapisan MAC untuk melakukan dua scan nyaitu scan sebuah energi, dan scan aktif. Scan energy adalah digunakan untuk menentukan saluran-saluran paling tenang dari set saluran tertentu dalam APS informasi dasar variabel, apsChannelMask. Scan energi berlangsung sekitar setengah detik pada setiap saluran dan hanya sebuah "moment-in-time" check. Saluran ini bisa saja benar-benar memiliki noisy selama satu jam sebelumnya, dan proses ini tidak akan mendeteksi itu. Scanning pada semua 16 channel membutuhkan waktu sekitar 8 detik. Selanjutnya, Aktif scan yang hanya diikuti sebuah permintaan sinyal MAC oleh nol atau lebih sinyal tanggapan, digunakan untuk menemukan jaringan lain apa saja yang ada di sekitarnya. Aktif scan memastikan ZigBee tidak membentuk jaringan di PAN ID yang sama seperti jaringan lain yang sudah di sekitarnya. Aktif scan juga membutuhkan waktu tunggu dari sinyal tanggapan potensial node lain.

(30)

saluran yang noisy, dan jaringan yang sudah ada, maka aplikasi bebas untuk memilih channel dan PAN ID. Sama halnya dengan Freescale. Freescale adalah untuk memilih saluran yang belum berisi PAN ID ditentukan oleh aplikasi. Fungsi yang melakukan ini adalah SelectLogicalChannel() dan SelectPanId(), ditemukan dalam file AppStackImpl.c. Fungsi ini dapat digantikan oleh apa saja yang tepat untuk aplikasi.

Basis variabel informasi NWK, nwkPanID, menentukan ID PAN, yang secara default adalah 0xffff. Aplikasi ini dapat juga menentukan nwkPanID untuk hal yang lain dari 0x0000 melalui 0x3fff, jika tujuannya adalah untuk memilih PAN tertentu daripada ID yang acak. Dua bit atas dicadangkan untuk penggunaan selanjutnya. Nomor Extended PAN ID adalah 64-bit yang unik, biasanya diatur ke dalam alamat MAC dari Coordinator ZigBee, tapi bisa apa saja yang telah diatur oleh proses commissioning.

Dalam solusi Freescale, nwkPanID, apsUseExtendedPANID, dan apsChannelMask variabel stack dapat ditetapkan pada saat run-time dengan menggunakan NLME-SET.request dan APSME-SET.request function. tumpukan lainnya memiliki cara yang sama untuk mengatur mereka :

NlmeSetRequest(gNwkPanId_c, 0x1234);

ApsmeSetRequest(gApsUseExtendedPANID_c, aMyExtendedPANID); ApsmeSetRequest(gApsChannelMask_c, aMyChannelMask);

Simpul ZC dapat memastikan saluran dan PAN yang dipilih ID dengan memanggil NlmeGetRequest().

Kode untuk mendapatkan PAN ID yang dipilih dan channel tampak seperti berikut dalam platform Freescale :

zbPanId_t aPanId; zbChannel_t channel;

(31)

3.2.2 Joining Networks

ZigBee Router (ZRs) dan ZigBee End-Devices (ZEDs) membentuk sebuah jaringan. ZRs biasanya mmbutuhkan listrik, dan listening paket ke rute. ZEDs biasanya mengunakan baterai.

ZigBee Router bertanggung jawab untuk :

Mencari dan bergabung dengan jaringan yang benar.

Ikut serta dalam proses routing, termasuk menemukan dan mempertahankan rute.

Membiarkan perangkat lain untuk bergabung dengan jaringan (jika memungkinkan, penggabungan diaktifkan).

ZigBee End-Devices bertanggung jawab untuk :

Menemukan dan bergabung dengan jaringan yang benar.

Parents melihat apakah ada pesan yang dikirim saat keadaan sleep. Mencari parent baru jika link ke parent lama hilang (NWK bergabung) Sebagian besar waktu sleep untuk menghemat baterai jika tidak digunakan oleh aplikasi.

Joining a network adalah proses menemukan jaringan dan node apa yang ada di sekitarnya,dan kemudian memilih salah satu dari mereka untuk bergabung. Asosiasi ini diterima oleh jaringan yang akan bergabung akan dan node yang telah bergabung akan memiliki alamat pada jaringan yang baru tersebut.

(32)

Sinyal mengandung cukup banyak informasi tentang jaringan ZigBee, termasuk PAN ID, extended PAN ID, join enable, dan apakah node memiliki kapasitas (ruang) untuk router atau End-Device untuk bergabung. Untuk itu, node mencari terlebih jaringan untuk bergabung, mencari aplikasi dan jika tidak dapat menemukan itu, maka akan meninggalkan jaringan dan mencoba lagi.

Kolom pertama, kontrol frame MAC akan selalu bernilai 0x8000 pada sebuah sinyal. Security enabled bit akan selalu 0, bahkan dalam jaringan yang aman seperti ZigBee menggunakan lapisan keamanan NWK (bukan lapisan keamanan MAC). Kolom berikutnya, urutan nomor adalah rolling counter. Source PAN ID dan short address dari node akan selalu hadir. Dalam hal ini short address adalah 0x0000 (koordinator ZigBee).

Kolom berikutnya adalah spesifikasi superframe, yang menunjukkan apakah izin bergabung diaktifkan pada node ini (lihat Asosiasi Izin bit). Jika tidak, maka node tidak akan menerima penggabungan. Sisanya, bidang payload MAC akan selalu sama untuk semua node ZigBee. Perhatikan bahwa perintah sinyal adalah 0xf, yaitu non-beaconed. ZigBee bukanlah sebuah beaconing jaringan, dan dijamin tidak mendukung slot waktu. Sebaliknya, ZigBee adalah asynchronous, dengan router selalu diaktifkan untuk route packets, menggunakan CSMA-CA untuk menghindari tabrakan pada jaringan.

Informasi layer jaringan mengikuti MAC payload dan termasuk yang ZigBee stack profil (0x01 atau 0x02) didukung oleh node ini, dan apakah kapasitas untuk menerima Router atau End-Device. Dalam profil stack 0x01, jumlah node yang dapat bergabung menjadi simpul khusus sebagai seorang child adalah 20 (6 router dan 14 end device).

ZRs dan ZEDs bergabung dengan node tertentu, bukan dengan jaringan pada umumnya yang menggunakan 64-bit alamat MAC untuk sumber dan alamat tujuan permintaan asosiasi MAC. Pengabungan Simpul disebut child. Permintaan menerima asosiasi simpul disebut parent.

(33)

Perlu diketahui bahwa parent/child tidak ada hubungannya dengan mesh routing. Router apa pun dapat rute melalui router lain dalam rentang pendengaran pada jaringan yang sama. Semua ZigBee Router (dan ZC) saling terkait dalam hal ini. Jika parent router atau keluar (bahkan mungkin meninggalkan jaringan) tidak merugikan apa-apa untuk rute. Router ZigBee tidak rute melalui jaringan lain, mereka hanya rute dalam PAN ID dan saluran yang sama.Proses penggabungan untuk Router ZigBee atau ZigBee End-Device digambarkan dalam ZigBee spesifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. ZigBee Joining a Network

Dalam solusi Freescale, izin bergabung dengan perintah yang tersedia melalui :

/* turn permit joining on or off locally */ void APP_ZDP_PermitJoinRequest

(

uint8_t iPermitFlag /* 0x00 = off, 0xff = on */ );

/* turn permit joining on or off remotely */ void ASL_Mgmt_Permit_Joining_req (

zbCounter_t *pSequenceNumber,

zbNwkAddr_t aDestAddress, /* usually gaBroadcastZCnZR */ zbCounter_t permitDuration, /* 0x00 _ off, 0xff _ on */

(34)

3.2.3 Rejoining Networks

Rejoining Networks (penggabungan kembali) jaringan diasumsikan bahwa node telah bergabung kembali dengan sebuah jaringan, bahwa node memiliki tepat PAN ID, extended PAN ID, Security Key, dan short address. Ada beberapa alasan mengapa sebuah node mungkin perlu bergabung kembali pada sebuah jaringan :

1. Sebuah ZED telah kehilangan kontak dengan induknya.

2. Power telah berputar, dan banyak node-node dalam jaringan bergabung kembali "diam".

3. Bergabung dengan jaringan akan aman jika permit-joining tidak aktif. ZEDs selalu berkomunikasi langsung dengan induk mereka. Jika induk tidak lagi merespon, anak (child) harus menemukan orang tua baru untuk tetap berkomunikasi di dalam jaringan.

Gambar 3.4 ZED Rejoins to a New Parent

(35)

dengan prosedur, menentukan ZR sebagai orangtua yang baru dan mengumumkan new short address ke jaringan.

3.3 ZigBee Address Assignment

Pengalamatan sangat penting dalam jaringan. Mirip dengan alamat kantor pos, alamat setiap node harus unik untuk ZigBee atau jaringan lainnya. Bayangkan jika alamat rumah anda tidak unik? maka akan sangat sulit untuk mencarinya. ZigBee menggunakan dua alamat yang unik untuk setiap node : alamat lama (IEEE atau alamat MAC) dan alamat singkat (NwkAddr).

Alamat lama atau juga sering disebut IEEE/MAC address, ditetapkan oleh produsen perangkat yang menggunakan radio 802.15.4 (bukan produsen chip). Alamat unik lama mengidentifikasi widget dari semua 802.15.4 widget lainnya di dunia. Bahkan, 64 bit (8 byte) dari ruang alamat yang besar 123.853 cukup untuk mencakup perangkat untuk setiap meter persegi di bumi. Ruang alamat IEEE cukup mengejutkan, dikendalikan oleh IEEE.

Setiap alamat IEEE unik mengidentifikasi beberapa node lain yang ada di dunia ini. Tiga byte atas (24 bit) disebut Organizational Unique Identifier (oui), dan lima byte bawah (40 bit) dikelola oleh Pabrik Pembuat Peralatan Asli (OEM), seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 64-bit MAC Address

Short Address ditetapkan oleh ZigBee pada saat sebuah node bergabung kedalam jaringan ZigBee, dan tidak ada hubungannya dengan alamat IEEE. ZigBee menggunakan salah satu dari dua skema alamat untuk menetapkan alamat singkat :

Cskip

Stokastik (random)

(36)

pengumuman ke jaringan untuk melihat apakah ada node lain yang telah memiliki alamat tersebut. Jika ada maka node memilih alamat lain. Jika tidak maka node terus berada di alamat itu.

Stokastik menangani tersediaan dalam stack 0x02 profil (stackprofil disebut ZigBee Pro). Dalam profil stack 0x01, alamat ditugaskan dengan hubungan parent-child yang membentuk simetris pohon. Skema pengalamatan untuk stack 0x01 profil dihitung menggunakan sejumlah nomor untuk setiap kedalaman (jumlah hop dari Koordinator ZigBee), disebut Cskip (anakskip).

3.4 ZigBee Paket Routing

ZigBee menggunakan berbagai metode untuk routing paket dari satu node ke node :

Broadcasting (dari satu node ke banyak node) Mesh routing (unicast dari satu node lain)

Pohon routing (unicast dari satu node ke node yang lain, stack profil 0x01 saja)

Sumber routing (unicast dari satu node ke node yang lain, stack profil 0x02 saja)

(37)

3.4.1 Broadcasts

Ketika sebuah node memulai siaran, pesan akan diulang oleh semua tetangga router dari simpul tersebut, sampai radius tertentu dari pusat siaran, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.6. Area abu-abu pada gambar di bawah ini merupakan siaran karena memperluas melintasi jaringan, seperti riak dalam kolam. Setiap node yang menerima siaran itu decrements radius, dan jika ada jari-jari kiri, menambahkan siaran ke Tabel Transaksi Broadcast (BTT) dan mengulanginya. Jika sebuah node menerima siaran dengan radius di set ke 1, maka itu akan berlalu siaran sampai ke aplikasi tersebut, tapi tidak akan mengulanginya. Ini radius ditetapkan dari 0x01 ke 0xff, untuk menunjukkan jarak maksimum yang sebenarnya. Siaran dalam gambar atas harus telah dikirim dengan radius sekurang-kurangnya 3 untuk node di atas untuk memiliki mengulanginya.

Gambar 3.6 Broadcasts Expand

(38)

Broadcasting mentransmisikan dari satu node ke banyak node, sampai seluruh jaringan. Broadcast sangat hemat karena mereka mengkonsumsi banyak bandwidth dan sumber daya. Namun Broadcast lambat dibandingkan dengan unicasts.

3.4.2 Mesh Routing

Konsep meshing ZigBee sederhana tapi kuat. Sebuah rute ditemukan dari satu node dalam jaringan lain. Rute ini melewati sejumlah node intermediate (sampai dengan 30 hop di ZigBee Pro). Jika sesuatu terjadi untuk rute dari waktu ke waktu, seperti simpul turun atau bagian blok dari rute terhalang, maka rute baru secara otomatis ditemukan di sekitar hambatan (noisy), seperti yang ditunjukkan padaGambar 3.7.

Gambar 3.7 Mesh Networking Automatically Reroutes Packets

Dalam sebuah mesh ZigBee :

Algoritma ini didasarkan pada On Demand publik Advanced Ad-hoc-Distance vector (AODV).

Semua router adalah teman.

Rute Setiap simpul di distribusikan dalam rute melacak hop berikutnya untuk rute dalam tabel routing.

Rute searah (rute masing-masing harus menemukan cara untuk bidirectional komunikasi).

(39)

3.5 ZigBee Over-the-Air Frames

frame over-the-air semua Aliansi ZigBee berfungsi untuk pengujian kompatibilitas. Frame tertentu dikirim over-the-air dan balasan tertentu yang diharapkan.Memahami over-the-air frame juga sangat membantu dalam debugging jaringan. Ada berbagai lapisan yang terlibat dalam paket over-the-air yang diberikan, termasuk MAC, NWK, APS, ZCL, dan data. Over-the-air, lapisan ini membuat serangkaian byte, pembingkaian (di kedua sisinya) sisanya dari byte dalam paket. Itulah sebabnya disebut bingkai.Bingkai lapisan berikutnya yang lebih tinggi selalu dalam bingkai lapisan dibawahnya over-the-air. Jadi frame NWK berada di dalam frame MAC, kerangka APS adalah dalam rangka NWK, dan sebagainya. Sebuah ZigBee penuh paket data dapat berisi semua frame berikut (MAC, NWK, APS,dan ZCL), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.

(40)

40 4.1 Tampilan Program

Kinerja jaringan dari platform ZigBit ditunjukkan dengan aplikasi WSN yang didasarkan pada eZeeNet Perangkat Lunak API.Aplikasi ini terdiri dari embedded firmware, yang mendukung fungsi untuk Coordinator, Router dan End-Device, dan bagian GUI - Monitor WSN yang dijalankan pada PC.

Berikut ini adalah contoh tampilan dari seluruh program setelah dijalankan (run) pada program utama dari program yang dirancang pada bab 3.

Gambar 4.1 Tampilan setelah program dijalankan

(41)

Pada gambar 4.2, program WSN Monitoring akan yang menyatakan hubungan satu buah node sensor dimana satu buah node sensor berkedudukan sebagai Coordinator dan node sensor yang lainnya sebagai End-Device.

Gambar 4.2 Dua buah Node Aktif dan Satu Node Selected Node

Penjelasan dari masing-masing bagian program yang telah dibuat adalah sebagai berikut :

1. Tombol (1) dan (2) : merupakan tool untuk Setting/pengaturan Port UART pada saat pertama kali Coordinator dihubungkan dengan Komputer.

2. Tombol (3), (4) dan (5) : berfungsi untuk menampilkan data dari hasil pengukuran sensor-sensor yang berada di masing-masing WSN, adapun sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah Sensor Temperatur (3), Sensor Cahaya (4) dan Sensor Indikator Baterai (5).

3. Tombol (6) : tombol untuk keluar dari program (tombol exit).

(42)

Gedung LIPI 4.2, sensor yang dipilih adalah yang sensor pada node Coordinator).

7. Panah (10) : menampilkan parameter spesifik dari sensor yang telah dipilih. Pada bagian ini menjelaska kedudukan Node yang telah dipilih, apakah Coordinator atau End-Device.

4.2 Pengujian Sistem

Pengukuran lapangan dilakukan di tiga tempat yang berbeda untuk menguji nilai BER (Bit Error Rate) dan RSS (Received Signal Strength Indicator). Tempat pertama adalah Kantor Polsek Coblong yang berjarak 100m dari LIPI (tempat Coordinator berada), Tempat kedua adalah Asrama Banuhampa yang berjarak 500m dari LIPI dan yang terakhir adalah di sekitar Masjid Darul Hikam Dago yang berjarak 1000m. Tiga tempat tersebut dipilih karena tempat-tempat ini merupakan tempat pengukuran yang bagus untuk menghindari interfensi dari pemancar lain yang menggunakan frekuensi yang sama. Waktu pengukuran dilakukan pada malam hari, yaitu sekitar pukul 21:00 WIB.

(43)

Karakteristik pengukuran adalah sebagai berikut : 1. Kondisi bebas hambatan (tidak adanya penghalang). 2. Lebar data yang dipakai pada percobaan adalah 1024 bit.

3. Metoda Coordinator sebagai penerima, End-Device sebagai pemancar. 4. TX output power ( masing-masing End-Device sebesar100 mWatt/20 dBm). 5. Frekuensi yang di gunakan 2405 MHz.

6. Baterai yang digunakan 35A-Hr.

4.3 Hasil Pengukuran Lapangan 4.3.1 Pengukuran Bit Error Rate (BER)

Bit Error Rate (BER) adalah jumlah bit yang diterima yang telah berubah karena adanya Noise (kebisingan), Interference (gangguan) dan Distortion (distorsi), dibagi dengan jumlah bit yang. Sebagai contoh, asumsikan ini sebagai urutan bit yang ditransmisikan :

0 1 1 0 0 0 1 0 1 1

dan urutan bit diterima adalah sebagai berikut : 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1

BER dalam kasus di atas adalah 3 bit yang salah (digarisbawahi) dibagi dengan 10 bit yang ditransfer sehingga menghasilkan BER 0,3 atau 30%.

Hasil pengukuran BER (Bit Error Rate) untuk End-Device dengan Coordinator yang berjarak 1000 m, ditunjukan sesuai gambar dibawah ini :

BER

Waktu (detik)

Gambar 4.4 Grafik BER untuk End-Device yang berjarak 1000 m dengan

(44)

BER

Waktu (detik)

Coordinator

BER

Waktu (detik)

(45)

Berdasarkan hasil pengukuran terlihat bahwa nilai BER (Bit Error Rate) maksimum terjadi untuk End-Device yang berjarak 1000 m dari Coordinatornya. Nilainya berfariasi antara 0 hingga 0,1. Sedangkan nilai BER (Bit Error Rate) menurun untuk End-Device yang berjarak 500 dan 100 m dari Coordinator. Hal ini menunjukkan bahwa jarak sangat berpengaruh terhadap nilai BER yang di dapat.

4.3.2 Pengukuran RSSI (Received Signal Strength Indicator)

RSSI (Received Signal Strength Indicator) adalah kuat sinyal yang diterima antara Coordinator dengan End-Device. Satuan yang digunakan dalam pengukuran RSSI adalah dBm (dBmW), dBm adalah daya yang direferensikan ke satu milliwatt (mW). Persamaan untuk dBm adalah sebagai berikut :

α = 10 log10 (1000P) atau α = 10 log10P + 30

P = 10(α/10)/1000 atau P = 10(α-30)/10

Hasil pengukuran RSSI untuk End-Device dengan Coordinator yang berjarak 1000 m, ditunjukan sesuai gambar dibawah ini :

Waktu (detik)

dBm

Gambar 4.7 Grafik RSSI untuk End-Device yang berjarak 1000 m dengan

(46)

Hasil pengukuran RSSI untuk End-Device dengan Coordinator yang berjarak 500 m, ditunjukan sesuai gambar dibawah ini :

Waktu (detik)

dBm

Coordinator

Hasil pengukuran RSSI untuk End-Device dengan Coordinator yang berjarak 100 m, ditunjukan sesuai gambar dibawah ini :

Waktu (detik)

dBm

(47)

Berdasarkan hasil pengukuran RSSI didapatkan bahwa ketiga jarak antara End-Device ke Coordinator menyebabkan level penerimaan berada pada rentang yang relative sama sekitar 7 dBm ( untuk 100 m berkisar antara – 68 dBm sampai -75 dBm, untuk 500 m berkisar antara - 74 dBm sampai – 81 dBm, untuk 1000 m berkisar antara - 79 dBm sampai – 86 dBm ).

(48)

48 5.1 Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dilakukan Disain dan Implementasi perangkat lunak WSN berbasis protokol standar IEEE 802.15.4/ZigBee. Berdasarkan hasil pengukuran terlihat bahwa jarak End-Device dengan Coordinator sangat berpengaruh terhadap kestabilan data yang diterima. Saat pengujian, BER paling kecil yang diterima adalah pada saat Coordinator dan End-Device berjarak 100 meter. Pada jarak 1000 meter nilai BER yang didapat mencapai 0,1 dengan RSSI (level daya penerimaan) - 79 dBm sampai dengan – 86 dBm. Pada kondisi ini meskipun masih bisa menentukan data pengukuran namun cenderung nilainya mulai tidak stabil karena adanya atenuasi.

5.2 Saran

(49)

PERANCANGAN

DISTRIBUTED SENSOR SERVER SYSTEM

UNTUK BEBERAPA CLIENT

TUGAS AKHIR

Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan pada

Program Studi Teknik Komputer Strata Satu di Jurusan Teknik Komputer

Disusun oleh:

Eko Mauliditia Setiawan

10204038

Pembimbing : Ir. Syahrul, M.T. Arief Suryadi Satyawan, M.T.

JURUSAN TEKNIK KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

(50)

v

Gambar 2.2 Application Layer --- 9

Gambar 2.3 Presentation Layer --- 10

Gambar 2.4 Session Layer --- 11

Gambar 2.5 Transport Layer --- 11

Gambar 2.6 Network Layer --- 12

Gambar 2.7 Data Link Layer --- 13

Gambar 2.8 Multiple Access Protocols --- 14

Gambar 2.9 Physical Layer --- 15

Gambar 2.10 Struktur Stack Protokol ZigBee --- 17

Gambar 2.11 Model Topologi Jaringan --- 21

Gambar 3.1 IEEE 802.15.4/ ZigBee --- 23

Gambar 3.2 ZigBee Forming a Network --- 28

Gambar 3.3 ZigBee Joining a Network --- 33

Gambar 3.4 ZED Rejoins to a New Parent --- 34

Gambar 3.5 64-bit MAC Address --- 35

Gambar 3.6 Broadcasts Expand --- 37

Gambar 3.7 Mesh Networking Automatically Reroutes Packets --- 38

Gambar 3.8 Frame Data ZigBee --- 39

Gambar 4.1 Tampilan setelah program dijalankan --- 40

Gambar 4.2 Dua buah Node Aktif dan Satu Node Selected Node --- 41

Gambar 4.3 Topologi Jaringan pada pengukuran --- 42

Gambar 4.4 Grafik BER untuk End-Device 1000 m --- 43

Gambar 4.7 Grafik RSSI untuk End-Device 1000 m --- 45

Gambar 4.8 Grafik RSSI untuk End-Device 500 m --- 46

(51)

iii

1.5 Sistematika Penulisan --- 4

BAB II Landasan Teori 2.1 Jaringan Komputer --- 5

2.2 Klasifikasi Jaringan Komputer --- 6

2.2 1 Personal Area Network --- 6

2.2.2 Campus Area Network --- 6

2.2.3 Local Area Network --- 7

2.2.4 Metropolitan Area Network --- 7

2.2.5 Wide Area Network --- 7

2.3 Protokol Stack OSI Layer --- 7

2.3 1 Application Layer --- 9

2.3.2 Presentation Layer --- 9

(52)

iv

2.4.3.2 Application Support Layer --- 18

2.4.3.3 Network Layer --- 19

2.4.3.4 MAC Layer --- 19

2.4.3.5 Physical Layer --- 20

2.4.4 Keuntungan ZigBee --- 20

2.5 Topologi dan Karakteristik Jaringan --- 21

2.5.1 Topologi Star --- 21

2.5.2 Topologi Mesh --- 21

2.5.3 Topologi Cluster Tree --- 22

BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Analisis Sistem --- 23

3.2 Forming, Joining dan Rejoining ZigBee Network --- 26

3.2.1 Forming Network --- 27

3.2.2 Joining Network --- 31

3.2.3 Rejoining Network --- 34

3.3 ZigBee Address Asigment --- 35

3.4 ZigBee Paket Routing --- 36

3.4.1 Broadcasts --- 37

3.4.2 Mesh Routing --- 38

3.5 ZigBee Over-the-Air Frames --- 39

BAB IV ANALISIS MASALAH 4.1 Tampilan Program --- 40

4.2 Pengujian Sistem --- 42

4.3 Hasil Pengukuran Lapangan --- 43

4.3.1 Pengukuran Bit Error Rate (BER) --- 43

(53)

v DAFTAR PUSTAKA

(54)

451~01

[2] ZigBee Specification. ZigBee Document 053474r17, October 19, 2007 [3] Bharathidasan, Sai Ponduru, Sensor Networks: An Overview

[4] Quanghong Wang, Hassanein dan Kenan Xu, A Pratical Perspective on Wireless Sensor Networks.

[5] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankasubramaniam, and E. Cayirci. Wireless Sensor Networks : A Surver.Computer Networks, 38:393-422, 2002. [6] Dali Wei, Shaum Kaplan and H Anthony Chan, Energy Efficient

Clustering Algorithms for Wireless Sensor Networks.2008

[7] Juhana Yrjola, Summary of Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Network.2005

[8] Gislason Drew, ZigBee Wireless Networking.2008

(55)

i Assalaamu’alaikum Wr. Wb

Puji Syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul :

“PERANCANGAN DISTRIBUTED SENSOR SERVER SYSTEM UNTUK BEBERAPA CLIENT ”. Segala berkah semoga tercurah kepada Nabi dan Rosul Allah manusia suci Muhammad S.A.W yang telah menjadi sosok ideal untuk dijadikan contoh baik dalam ucapan, sikap dan perbuatan oleh seluruh umat manusia di muka bumi termasuk penulis sendiri.

Dalam proses penyusunan skripsi ini banyak hal atau pihak yang telah memberikan kontribusi positif sehingga skripsi ini dapat diajukan sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Komputer Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.

Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sangat mendalam kepada :

1. Kedua orang tua tercinta Setiawan, S.H dan Sri Sunarsih Aditya yang telah mencintai, menyayangi, membesarkan, mendidik penulis dengan penuh kesabaran dan keikhlasan serta kedua adikku tersayang.

2. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Bandung sebagai tempat untuk melakukan penelitian.

3. Bapak Ir. Syahrul, M.T, selaku Dosen Pembimbing I atas bimbingannya selama ini.

4. Bapak Arief Suryadi Satyawan, M.T., selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, kesabaran, motivasi dan diskusi-diskusi yang sangat menarik.

5. Bapak Wendi Zarman, M.Si., selaku Ketua Jurusan Teknik Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Bandung.

6. Bapak Asep Solih Awalluddin,S.Si, MSi., selaku Dosen Wali 04 TK-01

(56)

ii

memberikan kesan yang sangat mendalam selama kuliah.

10. Teman-teman Senat Mahasiswa Universitas Komputer Indonesia 2007-2009. 11. Teman-teman Kost 105 dan Sekeloa Tengah 79.

12. Lebah.Net Crew.

13. Semua pihak yang membantu dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Tiada gading yang tak retak, tidak ada manusia yang sempurna, karenanya segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kebaikan di masa depan. Semoga karya kecil ini dapat menjadi suatu kontribusi bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan dicatat Allah SWT sebagai salah satu amal ibadah di akhirat kelak. Amin.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb

Kontak dengan penulis dapat dilakukan melalui surat elektronik (E-mail) di ecko_adityo@yahoo.com

Bandung, Agustus 2010

(57)