Septian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 63
DESAIN DAN IMPLEMENTASI PROTOKOL
HANDOFF
DAN
ERROR CHECKING
PADA JARINGAN MWSN
(
MOBILE WIRELESS SENSOR NETWORKS
)
Septian Adi Herlambang 1) Jusak2)
Program Studi/Jurusan Sistem Komputer STMIK STIKOM Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, 60298 Email : 1)[email protected], 2)[email protected]
Abstract:
Over the last decade, the development of WSN (Wireless Sensor Networks) communication technologies so rapidly seen, from some of the concepts that are built using WSN such, an early warning system against floods, temperature and humidity monitoring system on crop land distance. WSN is a wireless network infrastructure that uses a wired or wireless sensors to monitor physical or environmental conditions that may be connected to the network, this network uses radio waves as a medium of delivery.
In general, the application of WSN using a static model, but in certain circumstances the static model is not suitable to be applied as the environmental conditions change. Static models may experience problems such as, not all areas can be monitored, some WSN applications that require sensors with a high price quite troublesome.In this MWSN systems we implement a handoff protocol. Handoff or Hand Over (HO) in the process of changing service / lawyers handle a Mobile Station (MS) from a Base Station (BS) to another BS MS due to the movement from BS to the other BS
Based on test results, obtained percentage of data loss (missing data) to the mobile speed by 70% - 80% and the percentage of data loss (missing data) to the distance (in the room) by 30% - 80% while (outdoors) at 50 % - 80%. Based on the test results showed that the distance between the XBee parameters greatly affected the amount of data received, while the parameters of the speed is not too affected.
Keywords: MWSN,WSN,Protocol handoff
Selama dekade terakhir, perkembangan tekonologi komunikasi WSN (Wireless Sensor Networks) begitu pesat dilihat dari beberapa konsep yang dibangun menggunakan WSN seperti, sistem peringatan dini terhadap banjir, sistem pemantauan suhu dan kelembaban pada lahan tanaman jarak. WSN merupakan infrastruktur jaringan nirkabel atau tanpa kabel yang menggunakan sensor untuk memantau kondisi fisik atau lingkungan yang dapat terhubung ke jaringan, jaringan ini menggunakan gelombang radio sebagai media pengirimannya.
Pada umumnya penerapan WSN menggunakan model statis , namun pada kondisi tertentu model statis tidak cocok untuk diterapkan seperti pada kondisi lingkungan yang berubah-ubah. Model statis dapat mengalami masalah seperti, tidak semua daerah dapat terpantau, beberapa pengaplikasian WSN yang membutuhkan sensor dengan harga yang mahal cukup merepotkan.
Dari beberapa kekurangan WSN itu dikembangkanlah sebuah model baru yaitu Mobile Wireless Sensor Networks (MWSN). Pada penelitian sebelumnya telah digambarkan tentang konsep MWSN (Javad Rezazadeh, 2012). Penelitian tersebut telah dibahas mengenai arsitektur MWSN, model dari mobilitas. Pada tugas akhir ini, akan
dibuat sebuah protipe MWSN dengan menggunakan satu node sebagai server/coordinator, dua node
sebagai BTS (Base Transceiver Station) dan 2
mobile node. selain itu sistem ini juga menggunakan protokol handoff untuk membantu perpindahan data pada mobile node serta juga dilengkapi error checking data untuk menjaga agar data yang diterima sesuai dan error checking status untuk mengetahui kondisi dari BTS.
Handoff atau Hand Over (HO) ialah proses perpindahan pelayanan/peng-handle-an sebuah
Mobile Node (MN) dari suatu Base Transcivier Station (BTS) ke BTS lain dikarenakan adanya pergerakan MN yang menjauhi BTS awal dan mendekati BTS baru.
1. METODE
Penelitian ini dilakukan berdasarkan dengan tahapan yang telah disusun. Tahapan penelitian dibuat dalam sebuah skema kerja yang menggambarkan alur pengerjaan penelitian. Tahapan penelitian dijelaskan dalam skema Gambar 1 dibawah ini.
JCONES Vol 4, No 1 (2015) 63-68
Journal of Control and Network Systems
SitusJurnal : http://jurnal.stikom.edu/index.php/jconeSeptian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 64
Gambar 1 Tahapan Penelitian
Gambar 2 merupakan gambar blok diagram sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan sistem.
Gambar 2 Blok diagram sistem
Sistem ini dimulai ketika mobile node yang bergerak mendekati node BTS1 atau BTS2. Pada
node BTS setiap 1 detik mengirimkan broadcast
packet, pada mobile node broadcast packet
digunakan untuk membaca PWM RSSI node BTS tersebut. Mobile node hanya dapat membaca 2 buah
broadcast packet. sedangkan pada node coordinator
digunakan untuk membaca kondisi/keadaan dari
node BTS aktif atau tidak aktif. pada saat mobile node menerima hanya menerima broadcast packet
dari BTS1 mobile node akan mengirimkan data melalui BTS1 dengan format data yang telah ditentukan. Begitu juga apabila mobile node hanya menerima broadcast packet dari BTS2, mobile node
akan mengirimkan data melalui BTS2 dengan format yang telah ditentukan. Kemudian pada saat mobile node menerima broadcast packet dari BTS1 dan BTS2 mobile node akan membandingkan nilai PWM RSSI dari kedua BTS. Nilai PWM dari BTS1 atau BTS2 yang lebih mendekati 0 maka mobile node
akan megirimkan data melalui BTS tersebut. Berikut
ini tabel 1 yang menjelaskan tentang perbandingan nilai PWM RSSI.
Tabel 1 Perbandingan nilai PWM RSSI pada
mobile node
Nilai PWM RSSI diperoleh dari pin 6 Xbee, kemudian pin tersebut dihubungkan ke salah satu pin
digital pada arduino, pada arduino untuk
mendapatkan nilainya menggunakan function pulsein. fungsiini membaca saat pulse/sinyal( pada saat HIGH atau LOW) pada pin 6 (arduino.cc,2014). pada sistem ini menggunakan logika even parity bit
dimana penambahan bit parity berdasarkan jumlah dari bit yang bernilai "1" adalah ganjil. Pada pengirim bit parity disisipkan pada akhir data kemudian pada penerima bit parity akan dicek jika sama dengan bit parity yang dikirimkan data benar dan dapat diteruskan ke node selanjutnya jika data yang diterima salah penerima akan mengirimkan
requestpacket untuk mengirimkan data lagi dan data yang sebelumnya akan dibuang. Proses ini dilakukan setiap melakukan komunikasi antar node.
1.1. Perancangan Hardware
1.1.1. Arduino Uno SMD R3
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, untuk mengaktifkan cukup menghubungkan arduino ke komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai(Gambar 3). (arduino.cc, 2013).
1.1.2. Xbee series 2
Xbee series 2 modul RF dirancang untuk beroperasi dalam protokol ZigBee dengan biaya yang murah. Modul ini beroperasi pada frekuensi 2.4
Septian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 65 GHz(Gambar 4). (Inc, XBee Series 2 OEM RF
Modules, 2007).
1.1.3. Xbee Shield
Xbee shield merupakan suatu board yang dapat menghubungkan board arduino untuk berkomunikasi secara nirkabel atau wireless
menggunakan modul Xbee atau Zigbee(Gambar 5).(arduino.cc, 2013).
1.1.4. Rangkaian Penyusun Mobile Node
Pada mobile node 1 dan 2 perangkat keras yang dibutuhkan yaitu potensio hanya digunakan untuk membuat data, modul mikrokontroler arduino uno untuk memproses data, modul xbee series 2 untuk mengirim dan menerima data secara nirkabel, modul xbee shield sebagai penghubung antara modul ardino uno dengan Xbee series 2 (Gambar 6).
Pin 10 digital : Digunakan untuk PWM RSSI PIN 5 analog : Digunakan untuk data potensio PIN GND : Digunakan untuk GND potensio PIN 5v : Digunakan untuk VCC potensio
1.1.5. Rangkaian Penyusun Node BTS dan Node
Coordinator
Sedangkan pada node BTS dan node coordinator perangkat keras yang dibutuhkan terdiri dari modul mikrokontroler arduino uno, Xbee series
2 dan Xbee shield (Gambar 7).
1.2. Perancangan Software
1.2.1. Format Penulisan Pesan
Pada setiap node dalam MWSN ini akan mengirimkan pesan dari satu node ke node lainnya. Format penulisan pesan pada setiap node diatur seperti Gambar 8.
Pada mobile node jika data akan dikirim melalui BTS 1 menggunakan header "%" namun jika data akan dikirim melalui BTS 2 menggunakan
header "&".Dengan menggunakan "@" sebagai
tailer. Pada node BTS 1 , 2 header akan diubah menjadi "!" dimaksudkan untuk setiap pesan dengan
header itu ditujukan ke node coordinator. Selain itu pada node BTS 1 dan 2 juga mengirimkan broadcast packet yang terjadi setiap 5 s/d 6 detik, format penulisan pesan diatur seperti gambar 9.
Broadcast Packet pada node BTS 1 dan 2 menggunakan header "$" dengan tailer "*". Pada
node coordinator untuk proses error checking data
header dirubah menjadi "-" pada node BTS apabila data tersebut sama dengan data sebelumnya, header
akan dirubah menjadi "+" dan kemudian pada node coordinator akan ditampilkan pada aplikasi. Format penulisan pesan dibuat seperti ini agar memudahkan setiap node dalam pembacaan pesan dan memudahkan untuk mengenali dari mana data berasal dan kemana data akan dikirim.
1.2.2. Diagram Alir Mobile Node
Berikut ini adalah diagram alir yang digunakan untuk mobile node 1 dan 2 Gambar 10.
Gambar 6 Perangkat Keras mobile node
Gambar 7 Perangkat Keras node BTS
dan node coordinator
Gambar 4 Xbee series 2
Gambar 5 Xbee Shield Gambar 8 Format Penulisan Pesan
Gambar 9 Format Penulisan Broadcast
Septian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 66
START INISIALISASI BACA = 0 BROADCAST PACKET DARI BTS1 MEMBACA NILAI PWM RSSI BACA++ TRUE BROADCAST PACKET DARI BTS 2 MEMBACA NILAI PWM RSSI BACA++ TRUE BACA < 2 FALSE PERBANDINGA N NILAI PWM RSSI TRUE KIRIM DATA END FALSE BUANG DATA
1. Proses inisialisasi dilakukan untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan dan juga mempersiapkan pin arduino yang akan digunakan sebagai
input/output.
2. Kemudian mobile node akan membaca data yang masuk apakah broadcast packet dari
node BTS1 atau BTS2 jika bukan data yang masuk akan dibuang.Pada mobile node broadcast packet akan diproses sebagai pembacaan nilai PWM RSSI BTS1 atau BTS2. Mobile node hanya melakukan pembacaan broadcast packet 2 kali.
3. Setelah mobile node melakukan pembacaan 2 kali mobile node akan melakukan perbandingan berdasarkan nilai PWM RSSI (Tabel 1).
1.2.3. Diagram Alir Node BTS
Berikut ini adalah diagram alir yang digunakan untuk node BTS1 danBTS 2 Gambar 11.
Start Inisialisasi Data Masuk Mengirim broadcast packet false End
Data berasal dari mobile node true Mengganti header Kirim ke node coordinator false Hapus data Parsing data Data yang diterima benar Hapus data false true
1. Proses inisialisasi dilakukan untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan.
2. Broadcast packet pada node BTS1 dikirimkan setiap 5 detik sekali dan pada node BTS2 dikirimkan setiap 6 detik.
3. Pada node BTS pesan yang akan diproses hanya pesan dengan header „%‟ meskipun itu dari end device 1 atau 2. Kemudian pesan tersebut dikirimkan ke node coordinator dengan mengganti header menjadi „!‟
1.2.4. Diagram Alir Node Coordinator
Berikut ini adalah diagram alir yang digunakan untuk node coordinator Gambar 12.
Start Inisialisasi Data Masuk false End
Data berasal dari node BTS true Mengganti header Kirim ke PC false Hapus data Parsing data Data yang diterima benar Hapus data false true
1. Proses inisialisasi dilakukan untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan.
2. Node coordinator akan memastikan apakah
node BTS 1 atau node BTS 2 dalam keadaan aktif atau tidak aktif dengan cara membaca
broadcast packet dari masing-masing node
BTS
3. Setelah node coordinator mendapatkan
broadcast packet dari node BTS 1 atau node
BTS 2, node coordinator akan memberikan pemberitahuan ke PC dengan cara mengirimkan pesan “node1hidup@” untuk
node BTS 1 jika hidup , “node2hidup@” untuk node BTS 2 jika hidup. Setelah kondisi
node BTS 1 atau node BTS 2 dinyatakan hidup oleh node coordinator baru dapat memproses pesan data dari node BTS 1 atau
node BTS 2.
4. Pada node coordinator pesan data yang diterima diubah menjadi header „+‟ dan dikirimkan ke PC.
1.2.5. Diagram Alir Aplikasi
Berikut ini adalah diagram alir yang digunakan untuk aplikasi pada computer menggunakan software visual basic Gambar 13 (lampiran 3).
1. Proses inisialisasi aplikasi akan menentukan nilai awal untuk Mscomm seperti pengaturan
baudrate, parity, data bit, stop bit parameter.
Pada aplikasi ini pengaturan tersebut menggunakan pengaturan default
(9600,n,8,1). Selain itu pengaturan
RTSEnable bernilai true , Rthreshold bernilai 1 dan InputLen bernilai 1.
Gambar 10 Diagram Alir mobile node
Gambar 11 Diagram Alir node BTS
Septian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 67 2. Pesan yang diterima oleh aplikasi terdapat 2
macam pesan status node BTS dan pesan data. Apabila pesan status “node1hidup@” pesan tersebut menandakan bahwa node
BTS1 dalam keadaan aktif dan pesan status “node2hidup@” menandakan node BTS2 aktif.
3. Pesan data yang diterima oleh aplikasi “+E1.R2.689@” pesan tersebut menandakan data berasal dari mobile node1 (“E1).
4. Aplikasi dibuat hanya sebagai pemantau pesan data yang dikirimkan oleh mobile node
dan juga sebagai pemantau status dari node
BTS1 dan node BTS2 apakah dalam kondisi aktif atau tidak aktif.
II. Hasil dan Pembahasan
Pengujian sistem dilakukan pada tempat yang bebas dari halangan (Tembok,pohon),node coordinator terhubung dengan laptop/PC kemudian
node BTS1 dan BTS2 diletakkan terpisah dan tetap dapat berkomunikasi dengan node coordinator. Pada
mobile node diletakkan pada kendaraan bermotor yang bergerak melewati node BTS1 dan BTS2. Pengujian pada sistem dilakukan sebanyak enam kali dengan sampel data sebanyak tiga puluh data yang dikirimkan oleh mobile node dan berapa banyak data yang diterima oleh aplikasi. Pengujian ini dilakukan untuk dapat mengetahui presentase paket loss
(paket/data hilang) terhadap kecepatan mobile. Pengujian dilakukan di luar ruangan / pada lapangan yang bebas dari halangan / hambatan
.Tabel 2 Pengujian sistem terhadap kecepatan
mobile
Setiap percobaan, mobile node akan mengirimkan data sebanyak tiga puluh data dengan awal kecepatan mobile 5 km/h, kemudian pada aplikasi berapa banyak data yang dapat diterima.
Pengujian terhadap jarak dilakukan dengan cara mengukur dari jarak awal 10 meter, komunkasi antar xbee masih dapat berjalan dengan baik atau tidak.Pengujian terhadap jarak dilakukan dua kali, di dalam ruangan dan di luar ruangan.
Tabel 3 Pengujian sistem terhadap jarak (di
luar ruangan) No. Jarak (meter) Nilai PWM RSSI Data yang dikirim Data yang diterima Presentase 1. 10 +/- 20 30 28 84% 2. 20 +/- 40 30 27 81% 3. 30 +/- 60 30 27 81% 4. 40 +/- 80 30 26 78% 5. 50 +/- 100 30 23 69% 6. 60 +/- 110 30 20 60% 7. 70 +/- 130 30 19 57% 8. 80 +/- 140 30 17 51% 9. 90 +/- 150 30 14 42% 10. 100 160 +/- 30 10 30% 11. 105 - 30 - - 12. 110 - 30 - -
.Tabel 4 Pengujian sistem terhadap jarak (di
dalam ruangan)
No. (meter) Jarak Nilai PWM RSSI Data yang dikirim Data yang diterima Presentase 1. 10 +/- 20 30 27 81% 2. 20 +/- 40 30 25 75% 3. 30 +/- 60 30 20 60% 4. 40 +/- 80 30 17 51% 5. 45 - 30 - - III. KESIMPULAN
Sistem melakukan pengukuran terhadap paket yang hilang / packet loss melalui komunikasi nirkabel dan didapatkan hasil pengujian seperti:
a) Rata – rata persentase paket hilang / packet
loss terhadap kecepatan mobile node
sebesar 70 % sampai 85 %.
b) Rata - rata persentase paket hilang / packet loss terhadap jarak (di dalam ruangan) sebesar 30% - 80% sedangkan (di luar ruangan) sebesar 50% - 80%
c) .Sistem ini sangat terpengaruh dengan jarak pengiriman antar xbee dan tidak terlalu terpengaruh dengan kecepatan mobilenode.
IV. SARAN
Agar diperoleh hasil yang lebih baik dan sebagai pengembangan pada penelitian berikutnya sebaiknya mempertimbangkan langkah ini:
1. Jika ingin mendapatkan jangkauan jarak komunikasi nirkabel yang lebih luas, dapat Percob aan Kece pata n Mob ile Data yang dikirim Data yang diterima Presentase Mob ile Nod e 1 Mob ile Nod e 2 Mob ile Nod e 1 Mobil e Node c2 Mob ile Nod e 1 Mob ile Nod e 2 1 5 km/h 30 data 30 data 27 28 81% 84% 2 10 km/h 30 data 30 data 26 27 78% 81% 3 15 km/h 30 data 30 data 26 26 78% 78% 4 20 km/h 30 data 30 data 28 27 84% 84% 5 25 km/h 30 data 30 data 27 27 81% 81% 6 30 km/h 30 data 30 data 28 26 84% 78%
Septian Adi Herlambang, Jusak JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 68 menggunakan Xbee Pro series 2 pada setiap
node.
2. Coba diterapkan pada sebuah pengaplikasian yang nyata untuk dapat mengembangkan sistem ini.
V. DAFTAR PUSTAKA
arduino.cc/ArduinoXbeeShield. 2013. Arduino Xbee Shield, [online],
(http://arduino.cc/en/Main/ArduinoXbeeS hield, diakses tanggal 24 November 2013)
arduino.cc/Reference. 2013. Arduino Program Language Reference, [online],
(http://arduino.cc/en/Reference/HomePag e, diakses tanggal 24 November 2013) arduino.cc/ArduinoBoardUnoSMD. 2013. Arduino
Board Uno SMD, [online]
(http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoard UnoSMD, diakses tanggal 24 November 2013)
arduino.cc/software. 2013. Software Arduino IDE, [online]
(http://arduino.cc/en/main/software, diakses tanggal 24 November 2013) Arrosyid, M. H., Tjahjono, I. A., & Epyk Sunarno,
S. 2009. Implementasi Wireless Sensor Network untuk Monitoring Parameter Energi Listrik sebagai Peningkatan Layanan bagi Penyedia Energi Listrik. Surabaya: PENS
Banzi, M. 2009. Getting Started with Arduino.
America: O'Reilly.
Andharini,C. 2008. Analisa Kinerja Virtual Interface Pada Vertikal Handover 802.11 (Wireless Area Network) Dan 802.15 (Personal Area Network/Bluetooth). Yogyakarta: SNATI 2008
Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. Banten: tobuku.com.
Muhammad E I., Sugiarto, B., & Sakti, I. 2009.
Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Udara Menggunakan Teknologi Wireless Sensor Network (WSN). Jakarta: INKOM.
Faludi, R. 2011. Building Wireless Sensor Networks.
America: O'Reilly.
XBee-Pro ZB RF Modules.2012. Minnetonka: Digi International Inc.
XBee Series 2 OEM RF Modules.2007. Lindon:
MaxStream.
X-CTU Configuration & Test Utility Software.2008. Minnetonka: Digi International Inc. Rezazadeh,J, Marjan,M. Abdul,S,S. 2012. Mobile Wireless Sensor Networks Overview. IJCCN : Volume 2, Issue 1
