Kata kunci : WSN, Non-Mobile, Mobile, Delay, PDR, Throughput

(1)

Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014 ISBN: 978-602-9056-70-9

Evaluasi Kinerja Model Komunikasi Data

Wireless Sensor Network Non-Mobile dan Mobile Terdistribusi Fixed

Hafsah Nirwana1)_{, Muh.Tola}2)_{, N Harun}3)_{, M.Bakri M}4)_{, Zahir Zainuddin}5)_{, Muh.Ahyar}6)

1)_{Mahasiswa Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin}

2,3,5)_{Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Hasanuddin}

8)_{Dosen Teknik Sipil Universitas Hasanuddin}

1,6 )_{DosenTeknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang}

1)

Email: yayeng555@yahoo.co.id

3)_Email:_{n_harun@unhas.ac.id}

5)_{Email :}_{zainuddinzahir@gmail.com}

6))_{Email :}_{muh.ahyar@ui.ac.id}

Absrak─ Penelitian ini bertujuan untuk

menghitung kinerja pengiriman data

beberapa Wireless Sensor Network/WSN yang non-mobile dan mobile. WSN yang digunakan berbasis wifi-802.11b/g yang posisinya terdistribusi secara Fixed atau pola tertentu. Luas cakupan untuk jalur

komunikasi data ini adalah berjarak 300m2,

dan beberapa skenario yang dilakukan untuk pemodelan jalur antara cluster node

dengan head node. Pemodelan ini

menggunakan perangkat lunak Network

Simulator versi 2 atau NS-2. Secara umum

hasil yang diperoleh yaitu kualitas jaringan wsn yang non-mobile lebih baik dibanding yang mobile, baik untuk delay, Packet

Delivery Ratio/PDR maupun Throughput.

Jumlah node wsn yang optimal 30-70 node untuk non-mobile demikian pula untuk mobile.

Kata kunci : WSN, Non-Mobile, Mobile, Delay, PDR, Throughput

I. Pendahuluan

Jaringan sensor nirkabel (Wireless Sensor

Network/WSN) merupakan suatu sensor pintar

(smart sensor ) yang mana masing-masing titik sensornya memiliki kemampuan untuk merasakan keadaan sekitarnya (sensing), serta memproses data yang diperoleh dan berkomunikasi, akan tetapi dikembangkan dalam skala yang besar serta dapat dihubungkan satu sama lain. Sehingga dapat melakukan suatu fungsi pengawasan (monitoring) secara terus menerus (real time) terhadap suatu lingkungan yang akan di sensing oleh jaringan sensor nirkabel tersebut secara kolektif. Jaringan sensor nirkabel merupakan generasi baru dari sistem sensor (sensory system), walaupun masih terbatas

pada kemampuan proses data dan terbatasnya pula bandwidth untuk melakukan komunikasi (George A, 2009 dan Zheng J, 2009).

Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) atau lebih sering disebut WSN adalah suatu sistem terpadu yang terdiri dari sekelompok node modul sensor yang terdistribusi dan terhubung secara nirkabel pada suatu topologi jaringan dan berfungsi untuk mengekstrak berbagai informasi untuk diolah sesuai bidang aplikasinya. Salah satu contohnya dapat memonitoring pergerakan gerakan tanah secara kontinu dan realtime. Node sensor sebagai pembangun jaringan terdiri dari 4 bagian utama, yaitu sensor untuk mendeteksi dan mengukur parameter-parameter aplikatif, proses pengolah data menjadi informasi,

transceiver sebagai media pengiriman data,

dan manajemen daya untuk menjamin keseluruhan sistem dapat berjalan dengan optimal.

Penyebaran node-node sensor tersebut ditempatkan pada lokasi yang akan ditinjau atau dipantau. Penelitian ini diaplikasikan untuk kondisi pergerakan tanah di daerah rawan longsor. Data yang diperoleh dari beberapa node sensor tersebut akan mengirim data ke node head sebagai pengumpul data.

Gambar 1. Sistem Jaringan Sensor Nirkabel (E.D.Wardhani 2012)

(2)

Permasalahan dari penelitian ini adalah bagaimana penempatan penyebaran wsn atau titik-titik node yang diatur berdasarkan cluster node dengan pola tertentu atau Fixed. Dimana kondisi node-node sensor tersebut dikondisikan non-mobile dan mobile. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja jaringan wireless sensor node dari kedua kondisi tersebut. Parameter kinerja yang di evaluasi adalah Delay, Packet delivery

Ratio dan Throughput.

II. Metode Penelitian

Untuk pemodelan jalur komunikasi data dari cluster node ke head node menggunakan teknologi 802.11 b/g dan letak

head cluster berada di tengah diantara cluster node dengan bentuk tolopologi tipe ad hoc di

mana salah satu node akan ditunjuk sebagai proksi untuk melakukan koordinasi antarnode dalam sebuah grup.

Konsep pemodelan jalur Komunikasi data tersebut terdiri dari tiga titik simpul yaitu :

a. Titik simpul data longsor WSN ; pada

lokasi ini terpasang beberapa wireless

sensor node yang dibagi beberapa cluster node.

b. Titik simpul Head node ; titik ini

berfungsi sebagai pusat data longsor yang berasal beberapa cluster node.

c. Titik simpul central monitoring ; yaitu tempat dimana menjadi pusat monitoring sistem informasi. wsn 1 wsn 2 wsn 5 wsn 4 wsn 8 wsn 9 wsn 7 wsn 10 wsn 3 wsn 6 Head Node Cluster - 2 Cluster node ke 2 wsn 10 wsn 8 wsn 9 wsn 5 wsn 3 wsn 2 wsn 4 wsn 1 wsn 7 wsn 6 Cluster - 3 wsn 1 wsn 2 wsn 6 wsn 5 wsn 8 wsn 7 wsn 9 wsn 10 wsn 3 wsn 4 Cluster - 1 wsn 10 wsn 8 wsn 7 wsn 3 wsn 1 wsn 2 wsn 5 wsn 6 wsn 9 wsn 4 Cluster - n Cluster node ke 1 Cluster node ke 3

Cluster node ke-n : : : : : : : : Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Alarm lokal 1 Alarm lokal 2 Alarm lokal 3 Alarm lokal n Central monitoring Modem Bank Wireless jarak pendek Modem wireless Jarak Jauh Alarm Terpusat

Gambar 2. Model Jalur Komunikasi Data WSN Multi Node (Hafsah N, 2013)

Ada beberapa skenario yang dilakukan untuk pemodelan jalur antara cluster node

dengan head node. Penyebaran titik-titik wsn diletakkan dengan pola tertentu (fixed) dalam satu cluster. Dari setiap skenario akan dianalisa untuk menghitung unjuk kerja atau performansinya masing-masing skenario. Parameter yang di ukur adalah Throughput,

Packet Loss dan Delay Packet. Setelah

melakukan analisa terhadap semua skenario maka di peroleh suatu hasil yang paling cocok dan andal digunakan pada sistem informasi bencana longsor. Pemodelan ini akan disimulasi dengan menggunakan perangkat lunak NS-2. Adapun skenario tersebut sebagai berikut :

a. Skenario F1 : 3 node wsn/cluster b. Skenario F2 : 5 node wsn/cluster c. Skenario F3 : 7 node wsn/cluster d. Skenario F4 : 10 node wsn/cluster Setiap skenario dilakukan percobaan berbagai jumlah cluster yaitu 2,3,4,5,6,7,8,9 hingga 10 cluster, sehingga jumlah node yang paling sedikit yaitu 6 wsn dan yang terbanyak 100 wsn. Perlakuan kondisi wsn-nya non-mobile dan mobile ( kondisi wsnnya tidak bergerak dan kondisi wsn yang bergerak).

Simulasi pergerakan sensor hanya berdimensi 2 saja, yaitu sumbu x dan sumbu y saja. Hal ini karena NS-2 tidak mendukung untuk pergerakan 3 dimensi. Jadi pada penelitian dianggap atau dibatasi bahwa tidak terjadi pergerakan pada sumbu z. Adapun model kondisi tanah di visualisasikan seperti gambar 3 di bawah ini.

1 2 4 3 5 7 8 ₆ 9 10 a. Skenario non-mobile 1 2 4 3 5 7 8 ₆ 9 10 1 2 4 3 5 7 8 ₆ 9 10 b. Skenario mobile

(3)

Gambar 3. Model visualisasi kondisi WSN

III. Hasil dan Pembahasan

Setelah melakukan simulasi dengan NS-2 maka salah satu hasil ouput berupa file

Namtrace yang digunakan sebagai input

tampilan grafis simulasi yang disebut Network

Animator (nam). Hasilnya berupa bentuk

kondisi peletakkan wsn di lokasi rawan longsor. Di bawah ini adalah salah satu bentuk output namtrace dari skenario posisi fixed untuk 10 cluster dan 10 node/cluster, yaitu skenario F4.

Gambar 4. Kondisi wsn Fixed

Ada beberapa hasil pengujian yang di peroleh pada percobaan ini. Adapun parameter kinerja yang diukur adalah Packet Delivery

Ratio (dalam %), Troughput (dalam bps) dan

Delay (dalam detik). Untuk setiap tabel hasil pengukuran terdiri dari ke tiga parameter tersebut dengan membandingkan hasilnya dengan banyaknya jumlah wsn atau sensor node (multi node). Tabel hasil percobaan seperti pada tabel 1.

a. Hasil pengukuran kinerja ‘Packet

Deliveri Ratio’

Packet delivery ratio atau PDR merupakan

perbandingan banyaknya jumlah paket yang diterima oleh node penerima dengan total paket yang dikirimkan dalam suatu periode waktu tertentu. Atau bisa juga dihitung dengan cara mengurangi jumlah paket keseluruhan yang dikirim dengan paket yang loss atau hilang. Secara matematis packet delivery ratio dapat dicari dengan persamaan berikut :

PDR (%)= (Σ Paket diterima/Σ Paket dikirim) x 100 %

Gambar 5. PDR wsn non-mobile

Gambar 6. PDR wsn mobile

 Secara umum proses pengiriman data untuk wsn non-mobile dan mobile relatif hampir sama nilai PDR. Hasil yang diperoleh PDR mobile sedikit lebih baik dibandingkan non-mobile. Kondisi paling rendah PDR untuk wsn non-mobile yaitu pada skenario 10 node/cluster, dimana jumlah cluster ada 10 berarti jumlah seluruh wsn sebanyak 70 node, hasilnya 77,89%. Sedang pada skenario yang sama wsn mobile PDR-nya 84,04%.

 Semakin banyak jumlah wsn PDR semakin menurun berarti kualitas jaringan semakin tidak baik, baik untuk non-mobile maupun non-mobile.

b. Hasil pengukuran kinerja ‘Throughput’

Throughput (dalam bps), adalah kecepatan

(rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Troughput merupakan jumlah total

(4)

kedatangan paket yang sukses yang diamati pada destination selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Berikut adalah perhitungan rumus dalam mencari nilai throughput :

Gambar 7. Throughput WSN non-mobile

Gambar 8. Throughput WSN mobile

 Throughput jaringan wsn non-mobile dan mobile nilainya relatif hampir sama. Kecenderungannya juga semakin banyak jumlah node wsn maka nilai throughputnya semakin besar, hal ini karena semakin banyak data yang terkirim karena bertambahnya jumlah node.

 Jika dibandingkan kinerja dari semua skenario, nilai throughput yang paling besar yaitu skenario F4 untuk 10 cluster

yaitu 59,18 bps wsn non-mobile dan 63,55 bps untuk wsn mobile.

c. Hasil pengukuran kinerja ‘Delay’

Delay (satuan detik), didefinisikan sebagai

waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, kongesti atau juga waktu proses yang lama.

Gambar 9. Delay WSN non-mobile

Gambar 10. Delay WSN mobile

 Secara umum semakin banyak jumlah node wsn semakin lama proses pengiriman datanya, baik untuk wsn non-mobile maupun mobile.

 Hingga skenario F3 baik non-mobile maupun mobile, untuk semua ujicoba (2–10 cluster) delaynya tidak ada di atas 100 ms.

 Penempatan wsn yang banyak cluster (berkelompok) delaynya lebih cepat dibandingkan jumlah cluster yang lebih

(5)

kecil tetapi jumlah wsn secara keseluruhan sama.

IV. Kesimpulan

1. Untuk luas cakupan yang 300 m2 jumlah node wsn non-mobile yang paling optimal skenario F3 yaitu 30 sampai 70 node, sedangkan untuk wsn mobile hinggs 90 node.

2. QoS Jaringan WSN dari kedua model

non-mobile dan mobile reltif hampir sama.

3. Untuk posisi penempatan node-node wsn

mempengaruhi kinerja jaringan, utamanya ‘Delay’, kalau PDR dan Throughput relatif tidak berpengaruh. Jumlah wsn yang sedikit dalam satu cluster lebih cepat jika dibandingkan jumlah wsn yang banyak dalam satu cluster (dalam hal ini untuk jumlah wsn yang sama).

V. Daftar Pustaka

1. Abdul, Haris JO; Wirawan, 2009,

Jaringan Sensor Nirkabel Arsitektutr

Titik Tunggal sebagai Wahana

Penerapan Sistem Kendali Tersebar,

Institut Sepuluh November, Surabaya. 2. Ata Elahi, Adam Gschwender, 2010,

Zigbee Wireless Sensor and Control Network, Prentice Hall, Canada.

3. Eni Dwi Wardihani, Wirawan, 2012,

Analisa Kinerja Sistem Deteksi

Terdistribusi Pada Jaringan Sensor Nirkabel, Institutut Teknologi Surabaya,

ITS, Indonesia

4. George Aggelou, 2009, Wireless Mesh