4
BAB 2 DASAR TEORI
2.1 KAJIAN PUSTAKA
Kurnia Agnawatri melakukan penelitian pada tahun 2016 tentang analisis kinerja zigbee (802.15.4) pada perumahan menggunakan network simulator 2.
Membahas tentang ZigBee/IEEE 802.15.4 dengan dilakukannya simulasi dan analisis komunikasi data antar node pada Wireless Sensor Network menggunakan protokol ZigBee. Node ZigBee pada simulasi ini dipasang di setiap rumah pada suatu perumahan membentuk jaringan tree. Simulasi dilakukan menggunakan software NS-2, kemudian dilakukan pengamatan terhadap parameter QoS meliputi delay, packet loss, throughtput dan PDR. Hasil simulasi menujukkan dengan meningkatnya nilai pathloss dan deviasi shadowing, mengakibatkan nilai delay dan packet loss cenderung naik, sedangkan nilai throughput dan PDR cenderung menurun. Nilai terbesar kenaikan rata-rata delay terjadi pada variasi deviasi shadowing dengan dimensi 130×130m2, yaitu sebesar 35,68%. Nilai terbesar kenaikan rata-rata packet loss terjadi pada variasi deviasi shadowing dengan dimensi 100×100m2, yaitu sebesar 44,76%. Nilai terbesar penurunan rata-rata throughput terjadi pada variasi deviasi shadowing dengan dimensi 130×130m2, yaitu sebesar 91,64%. Nilai terbesar penurunan rata-rata PDR terjadi pada variasi deviasi shadowing dengan dimensi 130×130m2, yaitu sebesar 23,89% [3].
Herlina Tri Nastiti melakukan penelitian pada tahun 2016 yang membahas tentang Analisis Jangkauan Transmisi XBEE Pada Derah Hutan Berdasarkan Pengukuran Received Signal Strength Indicator (RSSI). Semakin meningkatnya kebutuhan sensor dalam proses pemantauan, menjadikan Wireless Sensor Network (WSN) ikut berperan aktif dalam pengembangannya dan dapat diimplementasikan dalam segala kondisi lingkungan, salah satunya yaitu di dalam hutan. Mengingat wilayah cakupan hutan yang relatif luas, jarak antar node WSN harus dioptimasi sehingga dapat memberikan transmisi data yang memadai dan jumlah node yang seminimal mungkin. Dalam penelitian ini digunakan XBee yang terkonfigurasi dengan XCTU untuk mengirimkan data, sedangkan pada serial monitor software Arduino nanti akan menampilkan nilai RSSI yang kemudian ditelaah sehingga
5
didapatkan nilai path loss dan dapat dibuat pemodelan yang sesuai serta didapatkan jarak optimal dalam menguji keandalan transmisi XBee di daerah hutan. Penggunaan XBee memiliki kelebihan utama dimana daya RF adalah 10-60 mW / 10-18 dBm dengan jangkauan jarak dalam ruangan 90 meter, luar ruangan 3200 meter dan 1500 m (international variant) beroperasi pada rentang frekuensi 2,4 GHz. Jarak terjauh yang dapat dijangkau XBee di hutan Wangama adalah 250 meter, sedangkan di hutan pinus dapat menjangkau hingga 330 meter [4].
Herry Z, Kelvein Rentelobo dkk melakukan penelitian pada tahun 2011 dengan judul Wireless Sensor Network for Landslide Monitoring in Nusa Tenggara Timur. Pada penelitian ini membahas tentang tanah longsor di berbagai daerah telah menjadi bahaya serius bagi jiwa manusia dan kerugian material.
Untuk menanggulangi dan mengurangi kerugian tersebut dilakukannya monitoring tanah longsor dikembangkan. Dengan memanfaatkan teknologi jaringan sensor nirkabel (JSN). Hasil yang didapatkan dari penelitian yang dilakukan di desa Ikanfoti, Kab. Kupang, Propinsi NTT (pada koordinat 100 16’
21.9 LS dan 1230 40’59.8 BT) sebagai tempat uji coba, memberikan hasil bahwa penerapan JSN dapat diterapkan dengan baik. Pengukuran sensor getaran (accelerometer) pada perangkat Micaz digunakan untuk mendeteksi getaran akibat adanya pergerakan tanah. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa perubahan nilai accelleratror mulai dari 0,2 g (gravity) sampai 0,49 g baik pada Accellerometer X maupun Y menandakan tanah mulai bergerak tapi belum secara signifikan. Nilai 0,5 g ke atas adalah nilai yang menunjukan perubahan pergerakan tanah secara signifikan. Mulai pada 1 g pergerakan tanah sudah mununjukan aktivitas yang sangat kuat dan sudah mengkuatirkan [5].
Ayu Dewi Khumairoh melakukan penelitian pada tahun 2019 dengan judul Analisis Kinerja XBee Seri 2C Berdasarkan Jarak dan Besar Paket Data.
Pemilihan perangkat transmisi dalam teknologi bidang Wireless Sensor Network (WSN) sangat perlu diperhatikan. Saat ini salah satu permasalahan yang masih diteliti pada penelitian teknologi WSN adalah pada kecepatan transmisi data.
Karena kebutuhan energi yang digunakan sistem semakin kecil, maka akan berakibat semakin lamanya pengiriman data. Untuk mengatasi masalah ini dipilih perangkat RF XBee S2C yang rendah daya namun kinerja pengiriman data lebih
6
baik. Dengan menganalisis nilai throughput dan analisis Range-test untuk mencari nilai RSSI dan persentase data terkirim, XBee S2C diuji dengan skenario variasi jarak pengujian yang ditempuh yaitu 10 meter hingga 400 meter, serta variasi jumlah paket piayload pengujian throughput yaitu 1 byte hingga 255 bytes, dan jumlah paket dalam range-test adalah 1 byte hingga 84 bytes. Paket loss terdeteksi pada jarak 400 meter. Hasil analisis throughput, jarak dan besar paket tidak terlalu mempengarui kinerja transmisi data XBee S2C. Hasil uji pearson pada throughput menghasilkan nilai tertinggi 0,961231 (pengiriman dengan jarak 10 meter), dan hasil terendah bernilai -0,96648 (pengiriman dengan jarak 150 meter). Hasil uji korelasi pearson pada Range-test maksimal bernilai 0,863349 pada pengujian 300 meter dan nilai minimal bernilai -0, 87328 pada pengujian jaarak 300 meter. Pada Range-test jarak sangat mempengaruhi nilai RSSI yang dihasilkan. Akan tetapi data yang dikirimkan tetap stabil dari jarak 10 meter hingga 300 meter dengan rata-rata 80-90% data sukses terkirim, dan baru akan hilang koneksi pada jarak 400 meter [6].
2.2 DASAR TEORI
2.2.1 Jaringan Nirkabel (Wireless)
Jaringan nirkabel merupakan sebuah jaringan yang memanfaatkan sinyal gelombang radio sebagai lapisan fisiknya. Keuntungan dari teknologi ini adalah mobilitas pengguna yang cukup tinggi karena tidak harus terpaku di satu tempat saja yang menyebabkan kenyamanan dalam penggunaannya. Disamping itu, dikarenakan lapisan fisiknya tidak berupa benda, seperti kabel, maka perluasan jaringan tidak tergantung pada perangkat fisik yang banyak, namun cukup dengan memberikan satu perangkat yang dapat menjadi akses point. Dengan tidak bertambahnya perangkat setiap pertambahan pengguna, maka teknologi ini dapat menghemat cukup banyak biaya. Berdasarkan ukuran fisik area yang dapat dicakup, jaringan wireless terbagi menjadi beberapa kategori yaitu sebagai berikut:
7
2.2.1.1 Wireless Personal Area Network (WPAN)
Jaringan WPAN mempunyai cakupan area yang sangat sempit, yaitu sekitar 20 meter. Karena jaraknya yang sangat sempit, maka jaringan ini hanya dapat digunakan secara personal dalam suatu ruangan. Peforma jaringan WPAN termasuk dalam kategori sedang, di mana kecepatan transfer datanya mencapai 2 Mbps.
2.2.1.2 Wireless Local Area Network (WLAN)
Jaringan WLAN sangat efektif digunakan di dalam sebuah kawasan atau gedung. Dengan peforma yang dapat diandalkan, jaringan WLAN banyak digunakan untuk menggantikan jaringan berbasis wired atau kabel. Jaringan WLAN dapat mencakup sebuah kawasan rumah, kantor kecil, perusahaan hingga ke area-area publik. Teknologi WLAN yang banyak digunakan saat ini adalan standar 802.11 yang disebut Wireless Fidelity atau Wi-Fi.
2.2.1.3 Wireless Metropolitan Area Network (WMAN)
MAN adalah Metroplitan Area Network, yaitu jaringan yang mempunyai cakupan yang relatif lebih luas dibanding cakupan LAN. Jaringan ini menyediakan interkoneksi outdoor dalam kawasan perkotaan atau antar gedung.
Wireless MAN dipilih karena tidak begitu membutuhkan biaya yang besar dibandingkan jaringan melalui tembaga atau melalui kabel serat optik. Jaringan WMAN menggunakan standar 802.16 oleh IEEE dengan jangkauan frekuensi antara 2 GHz dan 11 GHz. Dengan standar yang demikian tinggi, jaringan WMAN dapat digunakan untuk mengembangkan jaringan wireless dengan cakupan kawasan perumahan, antar perusahaan kecil, dan antar gedung perkantoran.
2.2.1.4 Wireless Wide Area Network (WWAN)
Jaringan WWAN memiliki cakupan hingga antar negara atau bahkan antar benua. Keuntungan dari jaringan WWAN adalah cakupannya yang sangat luas dan secara ekonomi sangat efektif. Kekurangan dari jaringan WWAN adalah
8
terbatasanya ketersediaan spektrum frekuensi, sehingga menghasilkan peforma yang rendah dan keamanan yang kurang baik [7].
Secara garis besar perbandingan jaringan wireless secara umum terangkum pada tabel 2.1 berikut ini :
Tabel 2.1 Perbandingan jaringan wireless [7]
Tipe Cakupan Peforma Standar Metode
PAN Perorangan Sedang Bluethoot, 802.15 dan IrDA
Menggantikan kabel
LAN Dalam Gedung Tinggi 802.11 Wi-Fi Ekstensi dari jaringan kabel MAN Kota/Kawasan Tinggi 802.16, WIMAX Fixed wireless
WAN Negara/Dunia Rendah Cellular 1G, 2G, 2,5G,
3G, Next G Mobile
2.2.2 ZigBee
ZigBee mengunakan Frekuensi 2.4 GHz, standar yang digunakan adalah IEEE 802.15.4, standar tersebut digunakan untuk komunikasi data pada konsumen end user maupun skala bisnis. ZigBee didesain dengn konsumsi daya yang sangat rendah dan bekerja untuk network pribadi. Perangkat ZigBee biasanya digunakan untuk mengendalikan sebuah alat lain maupun sebagai sensor wireless.
Gambar 2.1 XBee pro S2B [8]
ZigBee memiliki fitur dimana mampu mengatur network sendiri, maupun mengatur pertukaran data pada network. Kelebihan dari ZigBee antara lain adalah karena membutuhkan daya yang sangat kecil, sehingga bisa digunakan sebagai alat pengatur secara nirkable yang penginstalan hanya perlu sekali. Selain itu ZigBee memiliki topologi network “mesh” sehingga mampu membentuk network yang sangat luas dan data yang bisa diandalkan [8].
9 2.2.3 Prinsip Kerja ZigBee
2.2.3.1 ZigBee Protocol Stack Layer
Pada ZigBee terdapat empat lapisan komunikasi, diantaranya adalah lapisan fisik, lapisan Media Access Control, lapisan jaringan, dan lapisan aplikasi.
Penjelasan secara rincinya adalah sebagai berikut:
2.2.3.2 Lapisan Fisik
IEEE 802.15.4 mendefinisikan dua representasi dari lapisan fisik yang memiliki 3 lebar frekuensi tanpa lisensi yaitu 2,4 GHz dengan 16 channel, 902- 928MHz dengan 10 channel, dan 868-870 Mhz dengan 1 channel dengan kecepatan data masing - masing 250 kbps, 40 kbps, dan 20 kbps.
2.2.3.3 Lapisan Media Access Control
Lapisan ini didefinisikan oleh IEEE 802.15.4 antara lain, mempunyai tugas untuk pengaksesan saluran. Tugas lain dari lapisan ini adalah untuk mendukung jaringan dimana memiliki alamat 64 bit dan setiap node memiliki alamat yang unik, jumlah node bisa mencapai 254 untuk sebuah koordinator sedangkan jumlah node bisa mencapai 65532 jika menggunakan topologi jaringan peer-to peer (mesh).
2.2.3.4 Lapisan Jaringan
Secara umum layanan manajemen jaringan dalam ZigBee meliputi : konfigurasi perangkat, penetapan jaringan yang baru, keanggotaan jaringan, pengalamatan jaringan, pememilihan jenis keamanan jaringan, sinkronisasi, jaminan slot waktu, portabilitas, koordinator backup, resolusi konflik pengidentifikasi pada Personal Area Network (PAN).
2.2.3.5 Lapisan Aplikasi
Lapisan aplikasi pada arsitektur ZigBee terdiri dari sublayer aplikasi (APS), ZigBee End Device dan definisi pembuat objek aplikasi. Tanggung jawab dari sublayer APS meliputi kemampuan untuk mencocokan dua perangkat secara bersama-sama yang didasarkan pada layanan dan kebutuhan pengguna, dan
10
menyampaikan pesan antara perangkat yang terkait. Tanggung jawab yang lain dari sublayer APS adalah melakukan pemulihan (discovery).
2.2.4 Karakteristik dan Topologi Jaringan ZigBee 2.2.4.1 Topologi Star
Pada topologi star komunikasi dilakukan antara perangkat dengan sebuah pusat pengontrol tunggal, disebut sebagai koordinator PAN (Personal Area Network).
2.2.4.2 Topologi Mesh (Peer to Peer)
Dalam topologi peer to peer juga hanya ada satu koordinator PAN.
Berbeda dengan topologi star, setiap perangkat dapat berkomunikasi satu sama lain sepanjang ada dalam jarak jangkauannya.
2.2.4.3 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 [9].
2.2.5 Jaringan Telekomunikasi Secara Umum
Jaringan telekomunikasi adalah segenap perangkat telekomunikasi yang dapat menghubungkan pemakaiannya (umumnya manusia) dengan pemakai lain, sehingga kedua pemakai tersebut dapat saling bertukar informasi (dengan cara bicara, menulis, menggambar atau mengetik) pada saat itu juga. Jaringan telekomunikasi terdiri atas dari tiga bagian utama, yaitu:
2.2.5.1 Perangkat Transmisi
Perangkat transmisi bertugas menyampaikan informasi dari satu tempaat ketempat yang lain (baik dekat maupun jauh). Media transmisinya dapat berupa
11
kabel, serat optik maupun udara, tergantung jarak dari tempat-tempat yang dihubungkan serta tergantung pada beberapa banyak tempat yang saling dihubungkan.
2.2.5.2 Perangkat Penyambungan (Switching)
Perangkat penyambungan bertugas agar pemakai dapat menghubungi pemakai lain sesuai seperti yang diinginkannya. Perangkat penyambungan disebut masih menggunakan sistem manual bila diperlukan seorang operator yang bertugas menyambungkan pemakai dengan pemakai lain yang diingininya.
2.2.5.3 Terminal
Terminal adalah peralatan yang bertugas merubah sinyal informasi asli (suara manusia atau lainnya) menjadi sinyal elektrik atau elektromagetik atau cahaya [13].
2.2.6 Extensometer
Extensometer adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi besar kecil pergeseran permukaan tanah. Extensometer berfungsi sebagai alat pendeteksi dan pengukur adanya pergerakan ataupun pergeseran permukaan tanah dalam orde milimeter [10].
Gambar 2.2 Sensor extensometer [11]
12 2.2.7 Tiltmeter
Tiltmeter merupakan alat pengukur deformasi gunung yang berfungsi untuk mendeteksi pengembungan atau pengempisan tubuh sebuah gunung.
Tiltmeter juga digunakan untuk mengukur kemiringan pada suatu struktur di permukaan. Alat ini sebagai tiang pancang untuk mengetahui perubahan kemiringan tanah, sehingga dapat diketahui seberapa miring tanah bergeser [11].
Gambar 2.3 Sensor tiltmeter[11]
2.2.8 Sensor Modul
Modul sensor bermanfaat digunakan untuk mengetahui kadar air tanah, naik dan turunnya tinggi tanah serta sensor curah hujan. Untuk gateway dengan alarm, digunakan sebagai konsetrator data. Dalam alat tersebut, seluruh data dikumpulkan dan dikirim ke server melalui internet dan monitoring.
Gambar 2.4 Sensor modul [11]
13 2.2.9 WSN (Wireless Sensor Network)
Sensor adalah suatu device yang berfungsi untuk mengkonversi besaran fisis ke besaran fisis lain seperti listrik. Kumpulan dari beberapa wireless sensor jika masing-masing diletakkan secara spesial dan diatur konfigurasinya, dapat disebut dengan WSN (Wireless Sensor Network).
Gambar 2.5 Cara kerja WSN [12]
WSN (Wireless sensor network) merupakan jaringan wireless alat yang menggunakan sensor untuk memonitor fisik atau kondisi lingkungan sekitar,seperti suhu, suara, getaran, gelombang elektromagnetik, tekanan, gerakan, dan lain-lain. Tujuan utama dari Wireless Sensor Network adalah untuk melakukan pengukuran yang berguna untuk jangka waktu yang lama. Wireless Sensor Network yang sangat dinamis dan rentan terhadap kegagalan jaringan, terutama menjadi penyebab lingkungan fisik yang keras dan gangguan konektivitas [12].
2.2.10 Landslide
Landslide adalah salah satu bencana kebumian yang cukup sering terjadi di Indonesia, terutama selama musim hujan di kawasan perbukitan dan pegunungan.
Bencana ini tidak hanya menghancurkan lingkungan hidup serta sarana dan prasarana, tapi umumnya juga menimbulkan korban jiwa. Menurut catatan yang ada rata-rata sekitar 75 kejadian bencana tanah longsor terjadi di Pulau Jawa atau Madura per tahun, yang memakan banyak korban baik jiwa maupun material. Oleh karena itu proses pemantauan bahaya dan mitigasi bencana
14
longsor ini adalah sangat penting untuk dilaksanakan secara baik dan berkesinambungan.
Gambar 2.6 Bencana tanah longsor
Landslide (batuan atau tanah longsor) merupakan contoh yang spektakuler dari proses geologi yang disebut mass wasting. Mass Wasting yang sering juga disebut mass movement, merupakan perpindahan masa batuan, regolit dan tanah dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah karena gaya gravitasi. Setelah batuan lapuk, gaya gravitasi akan menarik material hasil pelapukan ke tempat yang lebih rendah. Sungai biasanya membawa material tersebut ke laut dan tempat yang rendah lainnya untuk diendapkan, sehingga terbentuklah bentang alam bumi perlahan-lahan.
2.2.11 Quality Of Service (QOS)
Quality of service adalah parameter – parameter yang mempengaruhi kualitas layanan jaringan yang berbasis pada paket. QoS bertujuan untuk menyediakan kualitas layanan yang berbeda-beda untuk beragam kebutuhan akan layanan di dalam jaringan IP, sebagai contoh untuk menyediakan bandwidth yang khusus, menurunkan hilangnya paket paket, menurunkan waktu tunda dan variasi waktu tunda di dalam proses transmisinya. Parameter - parameter dalam QoS antara lain: packet loss dan throughput.
2.2.11.1 Packet Loss
Packet loss didefinisikan sebagai kegagalan transmisi mencapai tujuannya. Kegagalan paket tersebut mencapai tujuan dapat disebabkan oleh
15
beberapa kemungkinan antara lain terjadi overload trafik dalam jaringan, tabrakan dalam jaringan , error yang terjadi pada media fisik, atau kegagalan yang terjadi pada sisi penerimaan yang disebabkan antara lain oleh overflow yang terjadi pada buffer.
Packet Loss dirumuskan sebagaimana diperlihatkan pada persamaan 2.1
(
) (2.1)
Nilai hasil packet loss yang telah didapat dapat dikategorikan sesuai dengan standart Tiphon yang diperlihatkan pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Kualitas packet loss standart tiphon [14]
Kategori Penilaian Packet Loss (%)
Perfect 0 %
Good 3 %
Medium 15 %
Poor 25 %
2.2.11.2 Throughput
Throughput adalah jumlah data byte yang diterima dengan sukses per satuan waktu melalui sebuah sistem atau media komunikasi (kemampuan sebenarnya suatu jaringan dalam melakukan pengiriman data). Berikut ini kategori penilaian Throughput berdasarkan standart tiphon [13].
Throughput dirumuskan sebagaimana diperlihatkan pada persamaan 2.2 (
) (2.2)
Nilai hasil throughput yang telah didapat dapat dikategorikan sesuai dengan standart Tiphon yang diperlihatkan pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Kualitas throughput standart tiphon [14]
Kategori Penilaian Throughput (%) Perfect 100 %
Good 75 % Medium 50 % Poor 25 %
16 2.2.12 Software DIGI XCTU
DIGI XCTU adalah software bawaan dari produk pembuatan modul ZigBee. Software ini berfungsi untuk menganalisis parameter-parameter suatu jaringan seperti RSSI, Throughput, Packet Loss dan masih banyak lagi. Selain itu software ini juga dapat dikatakan sebagai aplikasi multi-platform yang memungkinkan pengguna berinteraksi dengan modul RF Digi melalui antarmuka yang sederhana. Pada aplikasi ini terdapat tools untuk memudahkan pengguna mengkonfigusikan dan meguji modul RF Digi.
Gambar 2.7 Tampilan software XCTU
Tampilan jendela utama software XCTU yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.7. Untuk menambah device pada software ini yaitu dengan Pilih add devices untuk menambahkan modul dengan catatan dipastikan sebelumnya modul telah terkoneksi dengan PC melalui USB dan antena telah terpasang pada modul.
