Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Analisis Kinerja Wireless ZigBee terhadap Delay, Jitter, Packet Loss dan Throughput pada Sistem Sensor Parkir Kendaraan Bermotor

Analisis Kinerja Wireless ZigBee Terhadap Delay, Jitter, Packet

Loss dan Throughput Pada Sistem Sensor Parkir Kendaraan

Bermotor

Artikel Ilmiah

Kepada

Fakultas Teknologi Informasi

untuk memperoleh Gelar Sarjana Komputer

Peneliti :

Aristarchus Marjimran I Leo (672012713) Dr. Irwan Sembiring, S.T., M.Kom.

Program Studi Teknik Informasi

Fakultas Teknologi Informasi

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

1

Analisis Kinerja Wireless ZigBee Terhadap Delay, Jitter, Packet Loss dan Throughput Pada Sistem Sensor Parkir Kendaraan Bermotor

1)

E-mail :1)672012713@student.uksw.edu , 2) irwan@staff.uksw.edu

Abstract

Parking system is a system that informs the availability of empty parking spaces to provide information to traffic users with variable signs or through modern vehicle navigation systems. Sensors in the parking system provide information and help for the recording of motor vehicles to be easily monitored. Some existing Parking System technologies incorporate camera systems with computer software and hardware applications up to the latest interface. All of them aim to improve parking system performance. Wireless sensor network (WSN) is a wireless that communicate to network for certain environmental conditions. WSN is ad-hoc connected, which consists of dynamic node sets, which can be applied to the pins without using existing infrastructure networks. Based on background of the study, then conducted research the aim to analyze the performance of QoS (Quality of Service) in the form of delay, throughput, jitter, and packet loss using protocol zigbee in motor vehicle parking system, so it can be applied to wireless sensor network (WSN).

Key Words : Zigbee, Xbee, Arduino uno

Abstrak

Sistem parkir merupakan suatu sistem yang menginformasikan ketersediaan ruang parkir yang kosong untuk memberikan informasi kepada masyarakat pengguna lalu lintas melalui sistem navigasi kendaraan modern. Sensor pada sistem parkir memberikan informasi dan membantu untuk pencatatan kendaraan bermotor agar dapat dengan mudah mekakukan pengawasan. Beberapa teknologi Sistem Parkir yang sudah ada memadukan sistem kamera dengan aplikasi software dan hardware komputer sampai interface terbaru. Semuanya bertujuan untuk meningkatkan kinerja sistem perparkiran. Wireless sensor network (WSN) merupakan sebuah jaringan komunikasi secara wireless untuk kondisi lingkungan tertentu. WSN terhubung secara ad-hoc, yang tediri dari kumpulan node yang bersifat dinamis, dapat diaplikasikan dimana pun tanpa menggunakan jaringan insfrastruktur yang telah ada. Berdasarkan latar belakang masalah, maka dilakukan peneltian dengan tujuan untuk menganalisis kinerja QoS (Quality of Service) berupa delay, throughput, jitter, dan packet loss menggunkana protocol zigbee pada sistem parkir kendaraan bermotor, sehingga dapat diterapkan pada wireless sensor network (WSN).

Kata Kunci : Zigbee, Xbee, Arduino uno

2

1. Pendahuluan

Teknologi komunikasi mengalami perkembangan sangat maju beberapa tahun terakhir ini. Diantaranya adalah salah satu protocol yang banyak digunakan sekarang yaitu IEEE 802.15.4 yang membahas tentang jaringan terbatas (personal network). Protocol IEEE 802.15.4 ini membuat teknologi sensor nirkabel mengalami perkembangan yang pesat, baik dari segi teknologi elektromaknetik, sensor hingga komunikasinya.

ZigBee adalah standar dari IEEE 802.15.1 dengan konsumsi daya yang rendah dan bekerja untuk jaringan personal tingkat rendah untuk komunikasi data pada alat konsumen pribadi maupun untuk skala bisnis. Perangkat Zigbee biasa digunakan untuk mengendalikan sebuah alat lain maupun sebagai sebuah sensor wireless dan memiliki fitur dimana mampu mengatur jaringan sendiri, maupun mengatur pertukaran data pada jaringan. Kelebihan dari ZigBee lainnya adalah membutuhkan daya rendah, sehingga bisa digunakan sebagai alat pengatur secara wireless yang penginstalan hanya perlu dilakukan sekali, karena hanya dengan satu baterai dapat membuat Zigbee bertahan hingga setahun[1].

Wireless sensor network (WSN) merupakan sebuah jaringan komunikasi secara wireless untuk kondisi lingkungan tertentu. WSN terhubung secara ad-hoc, yang tediri dari kumpulan node yang bersifat dinamis, dapat diaplikasikan dimana pun tanpa menggunakan jaringan infrastruktur yang telah ada.

Sistem parkir merupakan suatu sistem yang menginformasikan ketersediaan ruang parkir yang kosong untuk memberikan informasi kepada masyarakat pengguna lalu lintas dengan rambu variable ataupun melalui sistem navigasi kendaraan modern. Sensor pada sistem parkir memberikan informasi dan membantu untuk pencatatan kendaraan bermotor agar dapat dengan mudah dalam mekakukan pengawasan. Beberapa teknologi Sistem Parkir yang sudah ada memadukan sistem kamera dengan aplikasi software dan hardware komputer sampai interface terbaru. Semuanya bertujuan untuk meningkatkan kinerja sistem perparkiran.

Berdasarkan latar belakang masalah, maka dilakukan penelitian dengan tujuan untuk menganalisis kinerja QoS (Quality of Service) berupa delay, throughput, jitter, dan packet loss menggunkana protocol zigbee pada sistem parkir kendaraan bermotor, sehingga dapat diterapkan pada wireless sensor network (WSN).

2. Tinjauan Pustaka

3

jarak tidak pada kecepatan suatu perangkat Xbee ke jaringan yang dibentuk oleh koordinator. Jarak jangkauan Xbee tidak sesuai dengan spesifikasi teknis yang disebutkan dalam datasheet. Pada daerah padat penduduk yang terdiri dari banyak bangunan membuat Xbee menjadi tidak optomal karena terhalang oleh bangunan[2].

Penelitian berikut yang dilakukan oleh Kevin Anggana dengan judul Protocol Routing Power Efficient Gathering in Sensor Information Systems (PEGASIS) pada Wireless Sensor Network. Penelitian ini difokuskan pada kendala penggunaan Wireless Sensor Network (WSN) pada keterbatasan energi yang dimiliki oleh setiap node sensor. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah protocol routing pada teknologi Wireless Sensor Network (WSN) yang dapat mengurangi konsumsi energi Wireless Sensor Network (WSN), salah satunya protokol power Efficient Gathering in Sensor Information System (PEGASIS). Hasil dari pengujian protokol power Efficient Gathering in Sensor Information System (PEGASIS) adalah jumlah node yang optimal dan efisien dalam jaringan adalah 100 node. Semakin banyak jumlah node yang digunakan, maka semakin kecil energi yang dikomsumsi setiap node sensor, sehingga lifetime dari node sensor semakin lama dan semakin lama lifetime suatu jaringan, maka total throughput yang diterima oleh base station akan semakin banyak[3].

Penelitian berikut yang dilakukan oleh Galih Raditya Pradana dengan judul “Smart Parking Berbasis Arduino Uno”. Penelitian ini difokuskan kepada sistem yang dirancang agar memudahkan pengendara untuk mengetahui ketersediaan slot parkir dan dimana lokasi slot yang kosong pada suatu tempat parkir, terutama pada tempat parkir yang luas dan bertingkat. Dengan membuat sistem smart parking berbasis arduino uno dapat merubah sistem parkir yang konvesional menjadi sistem parkir yang otomatis dan informatif. Sistem smart parking ini dirancang dengan menggunakan arduino uno sebagai otaknya yang akan memproses data masuk dari tiap sensor di slot parkir dan mengirimkannya dalam bentuk data serial ke penerima[4].

Penelitian yang lain membahas tentang Quality of Service yaitu delay, jitter, packet loss, dan throughput dengan judul penelitian “Analisis dan Simulasi Wireless Sensor Network (WSN) untuk KomunikasiDataMenggunakan Protokol Zigbee”. Penelitian tersebut bertujuan untuk memodelkan sebuah sistem Wireless Sensor Network yang dapat merepresentasikan komunikasi data antar node dengan menggunakan protokol Zigbee sebagai node sensor dan melakukan analisis pengamatan terhadap Quality of Service pada WSN[5].

Adapun persamaan penelitian yang dilakukan dengan penelitian terdahulu yaitu, sama-sama melakukan penelitian yang berkaitan dengan Wireless Sensor Network. Dalam penelitian ini, bertujuan untuk mengukur performa Quality of Service dari Wireless Zigbee yang dilakukan bersifat end-to-end. Parameter-paremeter Quality of Service yang diukur yaitu delay, jitter, packet loss dan throughput pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor.

4

5

setiap node. Nilai packet loss sesuai dengan standar ITU-T G.114 sebagai berikut:

Tabel 3 Standart Packet loss [6]

Paket loss (%) Kualitas

0 -1 Baik

1-5 Dapat diterima

> 10 Tidak dapat diterima

Persamaan perhitungan packet loss [7]:

Pd = Paket yang mengalami drop (paket) Ps = Paket yang dikirim (paket)

T = Waktu simulasi (detik)

t = Waktu pengambilan sampel (detik)

Parameter terakhir yang diukur adalah Throughput. Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket IP yang sukses pada destination selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu pengiriman (sama dengan, jumlah pengiriman paket IP sukses per service-second). Berikut adalah perhitungan rumus dalam mencari nilai throughput:

Persamaan perhitungan throughput [7]:

Pr = Paket yang diterima (paket) T = waktu simulasi (detik)

6

3. Metodologi Penelitian

Metode Penelitian yang digunakan pada penelitian ini yaitu PPDIOO (Prepare, Plan, Design, Implement, Operate, Optimize).

Tahapan Prepare merupakan tahapan pertama dalam penelitian yang dilakukan. Tahap ini digunakan untuk menyusun rencana kerja yang akan dilakukan dalam penelitian. Sehingga penelitian dapat terlaksana secara terstruktur dan sesuai dengan target yang akan dicapai.

Tahapan selanjutnya ialah Plan,dalam tahapan ini akan dilakukan analisa kebutuhan yang diperlukan dalam pelaksanaan penelitian. Analisa tersebut mencakup kebutuhan perangkat keras (hardware) dan penrangkat lunak (software). Penelitian yang dibuat bertujuan untuk mengukur QOS (quality of service) dari wireless zigbee pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor. Kebutuhan tersebut dapat dilihat pada dalam tabel 4.

Tabel 4 Spesifikasi hardware PC server

Peralatan Spesifikasi Detail

Tabel 5 Spesifikasi hardware PC client

7

Camera Camera module ov7670

Resolusi 640x480

Resistor 10k Resistor -

4.7k Resistor -

Tabel 6 Spesifikasi software PC client

Peralatan Spesifikasi Detail

OS (Operating System) Windows 7 Ultimate

PC Client Wireshark V2.2.7

NetBeans IDE V8.0.1

Arduino V1.8.2

Tahapan Design merupakan tahapan untuk merancang atau mendesain topologi jaringan yang akan disimulasikan. Adapun desain yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan melalui gambar topologi dari sistem yang dibuat.

Gambar 2 merupakan topologi sistem yang menjadi model design untuk diimplementasikan pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor. Pada topologi tersebut, arduino uno akan dijadikan sebagai boardmikrokontroler yang berfungsi untuk menghubungkan camera ov7670 sebagai sensor pada sistem parkir kendaraan bermotor yang akan dihubungkan ke node client, dimana node

8

client berfungsi sebagai sensor dari camera sensor dan node server sebagai penerima hasil sensor bersifat end device dan pengujian hasil sensor. Nodeclient dan nodeserver akan terhubung melalui jaringan wireless ad-hoc network.

Tahapan selanjutnya ialah implement atau implementasi, merupakan fase penerapan semua hal yang telah direncanakan sesuai desain dan analisis yang dilakukan sebelumnya. Dalam fase ini akan dilakukan penerapan sistem mulai instalasi dan konfigurasi perangkat.Sistem tersebut dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3 merupakan proses perancangan wireless zigbee pada sistem sensor parkir kendaran bermotor. Dimulai dengan mempersiapkan software dan hardware untuk implementasi wireless zigbee, dari instalasi software sampai wireshark sebagai aplikasi pengujian QOS (quality of service). Setelah proses instalasi berhasil dilakukan, lanjut dengan konfigurasi perangkat Arduino Uno, Camera ov7670, xbee shield. Konfigurasi arduino uno merupakan boardmikrokontroler yang berfungsi untuk menghubungkan camera ov7670 sebagai sensor pada sistem parkir kendaraan bermotor. Setelah proses konfigurasi arduino uno selesai, dilakukan pengecekan status power. Jika status

9

power “OFF” maka dilakukan pengecekan kembali pada konfigurasi arduino uno, dan jika status power “ON” maka akan dilanjutkan ke tahap berikutnya. setelah proses pengecekan status power selesai, dilakukan konfigurasi wireless ad hoc network yang berfungsi sebagai client dan server. Tahap berikutnya setelah proses konfigurasi wireless ad hoc network ialah proses pengoperasian sistem dimana client berfungsi sebagai sistem sensor yang nanti akan mengirimkan data pada server. setelah itu mempersiapkan wireshark sebagai software yang akan digunakan sebagai software monitoring dan pengujian performasi dari sistem sensor wireless zigbee pada sistem parkir kendaraan bermotor.

Tahapan operate merupakan tahapan dilakukan uji coba sistem yang dibangun pada tahapan sebelumnya. Pada tahapan ini dilakukan pemecahan permasalahan penelitian dengan menjadikan Arduino dan jaringan Adhoc untuk menganalisis QOS (Quality of Service) berupa delay, throughput, jitter, packet loss pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor.

Tahapan optimize merupakan tahapan akhir yang dilakukan setelah tahapan operate berhasil dilakukan. Pada tahapan ini akan dilakukan analisa terhadap sistem sensor yang diimplementasi, apabila ditemukan kesalahan dan kekurangan maka akan dilakukan perbaikan.

4. Hasil dan pembahasan

Pada tahapan ini akan dibahas mengenai pengujian dan analisis performa dari sistem sensor parkir kendaraan bermotor yang telah dibangun dengan menggunakan protocol wireless zigbee, parameter yang akan diuji pada penelitian ini adalah delay, throughput, jitter dan packet loss.

Pada penelitian ini, delay akan menjadi salah satu parameter yang diukur. Delay merupakan total waktu tunda suatu paket yang diakibatkan oleh proses transmisi dari satu titik ke titik tujuan. Hasil pengukuran rata-rata delay dari protocol wireless zigbee dapat dilihat pada gambar 4.

10

Grafik pada gambar 4 terlihat bahwa delay dari protocol wireless zigbee sangat bervariasi. Nilai delay dari protocol wireless zigbee terlihat dalam beberapa percobaan yaitu, percobaan dengan pengambilan 10 gambar, 20 gambar dan 30 gambar. Pada percobaan 10 gambar memiliki nilai berkisar 33.86 ms, 20 gambar 35.17 ms dan 30 gambar 33.87 ms. Dengan hasil pengukuran parameter delay, protocol wireless zigbee mempunyai standar nilai delay dengan kategori sangat bagus berdasarkan standarisasi delay pada table 1, karena tidak melebihi 150 ms.

Selain hasil pengukuran parameter delay, hasil pengukuran dari parameter selanjutnya yaitu jitter. Jitter merupakan variasi dari delay atau variasi waktu kedatangan paket. Variasi tersebut bisa berupa panjang antrian, waktu pengolahan data, dan juga waktu penghimpunan ulang paket-paket di akhir perjalanan jitter. Variasi tersebut bisa berupa panjang antrian, waktu pengolahan data, dan juga waktu penghimpunan ulang paket-paket di akhir perjalanan jitter. Hasil pengukuran rata-rata jitter dari protokol wireless zigbee dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5 Rata-Rata Jitter

Pada gambar 5 menunjukan hasil pengukuran parameter jitter dari protokol wireless zigbee. Parameter ini memberikan nilai variasi delay dari protokol zigbee. Rata-rata nilai jitter pada protokol wireless zigbee tidak berbedah jauh dengan nilai rata-rata parameter delay, terlihat pada percobaan pengambilan 10 gambar dengan nilai rata-rata (33.88 ms), 20 gambar (35.18 ms), dan 30 gambar (33.88 ms). Jika dilihat berdasarkan tabel standarisasi nilai jitter pada tabel 2, maka nilai jitter dari protokol wireless zigbee dapat diterima pada sistem sensor sistem parkir kendaraan bermotor karena tidak lebih dari 50 ms.

11

pengiriman paket IP sukses per sevice-second). Adapaun hasul pengukuran rata-rata throughput dari protokol wireless zigbee dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 6 Rata-rata throughput

Gambar 6 merupakan nilai rata-rata parameter throughput, dimana pada percobaan pengambilan 10 gambar mempunyai nilai rata-rata laju bit berkisar (0.114 Mbit/s), 20 gambar (0.108 Mbit/sec), 30 Gambar (0.118 Mbit/sec). Dari hasil pengukuran parameter throughput dapat disimpulkan bahwa kualitas pengiriman pada protokol wireless zigbee terbilang bagus dan

Parameter terakhir yang diukur setelah parameter delay, jitter, dan throughput yaitu packet loss. Packet loss adalah perbandingan seluruh paket IP yang hilang dengan seluruh paket IP yang dikirimkan antara pada source dan destination. Semakin besar packet loss menyebabkan pengiriman data tidak sampai ke tujuan. Hasli pengukuran rata-rata packet loss dapat dilihat pada tabel 7.

Percobaan (Gambar)

((paket dikirim-paket diterima): paket dikirim) X 100% Hasil

10 ((099 – 2099): 2099) X 100% 0%

20 ((3755 – 3755): 3755) X 100% 0%

30 ((5096 – 5096): 5096) X 100% 0%

Tabel 7 Hasil pengukuran parameter packet loss

12

hasil pengukuran parameter packet loss, protocol wireless zigbee mempunyai standar nilai packet loss dengan kategori baik berdasarkan standarisasi packet loss pada table 3, karena tidak melebihi 10 %.

5. Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah pada pada protokol wireless zigbee mempunyai QoS (Quality of Service) lebih baik untuk diterapkan pada sistem parikir kendaraan bermotor berbasis wireless sensor network (WSN). Kesimpulan diambil berdasarkan hasil pengukuran parameter QoS yang meliputi delay, jitter, throughput dan packet loss dari data yang diambil sebanyak 30 kali percobaan pengambilan gambar pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor. Hasil pengukuran setiap paramater QoS berupa nilai delay, jitter, packet loss dan throughput dari protokol wireless zigbee mempunyai standar nilai yang sangat bagus berdasarkan tabel standarisasi pengukuran paremeter QoS, karena pengukuran hasil paremeter tidak melebihi standarisasi parameter QoS. Berdasarkan hasil yang didapat,direkomendasikan protokol wireless zigbee dapat diterapkan pada sistem sensor parkir kendaraan bermotor berbasis wireless sensor network (WSN).

Saran yang dapat diberikan untuk pengembangan lebih lanjut yaitu, untuk protokol wireless zigbee kedepannya perlu dilakukan penelitian menggunakan algoritma pegasis pada kinerja transfer data menggunakan Protocol Routing Power Efficient Gathering in Sensor Information Systems pada Wireless Sensor Network untuk mengetahui pengaruhnya terhadap QoS dari protokol wireless zigbee.

6. Daftar Pustaka

[1] Wirawan, Septyantono Arizal, 2013, Simulasi dan Analisa Kinerja Protokol 802.15.4 (Zigbee) pada Jaringan Sensor Nirkabel, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS),Surabaya.

[2] Joni Koko, 2012, Pengujian Protokol IEEE 802.15.4/ ZIGBEE di Lingkungan OUTDOOR, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

[3] Anggana Kevin, 2015, Protokol Routing Power Efficient Gathering in Sensor Information System Pada Wireless Sensor Network, Universitas Katolik Indonesia Atma Jaya, Jakarta.

[4] Pradana G.R, 2015, Smart Parking Berbasis Arduino Uno, Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta.

[5] Anggraini Dwima, Analisis dan Simulasi Wireless Sensor Network (WSN) untuk komunikasi data Menggunakan Protokol Zigbee,: Universitas Telkom,Badung.

[6] Setiawan, Eko, 2012, Analisa Quality Of Services (Qos) Voice Over Internet, Jurnal Komputer dan Informatika, UNIKOM, Bandung.