SENTRA IV-35
IMPLEMENTASI KOMUNIKASI DATA DENGAN PROTOKOL
ADHOC BERBASIS WSN UNTUK SMKS JEMBATAN
Faridatun Nadziroh1, Eko Setijadi2 dan Wirawan3
1
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus Sukolilo, Surabaya
2,3
Intitut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus Sukolilo, Surabaya,
Kontak Person:
Terjadinya kerusakan suatu bangunan besar seperti jembatan adalah sebuah masalah serius, karena jembatan merupakan infrastuktur penghubung antar tempat. Meminimalisir hal itu terjadi maka perlu adanya sistem pemantauan secara berkala sehingga diterapkanlah Sistem Monitoring Kesehatan Stuktur (SMKS) Jembatan. Proses komunikasi pada sistem ini memanfaatkan beberapa node yang diposisikan dengan jarak tertentu dengan model komunikasi menggunakan sistem Wireless Sensor Network (WSN). Dalam proses transmisi data sistem wireless sensor network menggunakan protokol ad-hoc. Sehingga data-data yang di kirim antar node sudah di tata rapi dalam suatu paket data. Pada sistem ini, node dikategorikan dalam dua golongan yakni tiga node sebagai node sensor dan satu node sebagai node koordinator. Node koordinator sebagai penerima data hasil pembacaan sensor pada node sensor yang kemudian data dikumpulkan pada komputer yang terhubung dengan node koordinator, sedangkan node sensor sebagai pembaca dan pengolah data hasil dari sensor yang kemudian data dikirimkan ke koordinator. Implementasi jaringan ad-hoc pada modul wireless sensor network disini menggunakan perangkat RF XBee Pro Series 1 dan arduino due. Sedangkan sensor meggunakan sensor accelerometer. Dari hasil pengukuran didapatkan beberapa nilai parameter unjuk kerjanya dari node-node tersebut yakni nilai troughput sebesar117.57 Bps, packet loss sebesar 18.35% paket dan delay sebesar 1.3 detik.
Kata kunci: Ad-hoc, Xbee, arduino due, wireless sensor network, sistem monitoring kesehatan stuktur.
Pendahuluan
Jembatan merupakan suatu insfrastruktur penghubung antar daerah. Seiring berjalannya waktu, usia jembatan pun bertambah. Pertambahan usia jembatan ini memerlukan suatu pemeliharaan untuk menjaga kondisi jembatan tetap aman. Pemeliharaan secara rutin, rehabilitasi dan perbaikan sangatlah diperlukan agar tidak terjadi kerusakan yang berdampak buruk. Kerusakan suatu jembatan dapat terjadi kapanpun. Sebagai contoh, peristiwa runtuhnya Jembatan Kutai Kertanegara pada 26 November 2011 yang memiliki panjang 720 meter mengakibatkan mengakibatkan 13 orang tewas dan 32 orang terluka. Peristiwa ini disebabkan adanya beban yang melebihi batas maksimum jembatan tersebut [1].
IV-36 SENTRA
memerlukan instalasi kabel yakni menggunakan jaringan sensor nirkabel atau WSN (Wireless Sensor Network) [3].
Dalam penelitian ini proses transmisi node-node sensor, dimana node-node di bagi menjadi dua jenis yakni node koordinator dan node sensor. Node koordinator atau sink sebagai pengumpul data dari node sensor yang bertransmisi. Komunikasi antar node menggunakan ZigBee (Standar IEEE 802.15.4). Sedangkan node sensor berfungsi sebagai pengolah data pembacaan sensor dan mengirimkannya pada node koordinator. Transmisi data memenfaatkan protokol ad-hoc. Sehinga data-data yang dikirim dari node sebelumnya sudah dikemas dalam paket-paket data-data yang didalamnya terdapat informasi alamat node pengirim agar ketika digabung dengan paket data dari node lain saat transmisi data dapat diketahui asal paket data yang di terima.
Metode Penelitian
Alur Pengambilan Data
Dalam proses pengambilan data node sensor dan node coordinator digunakan alur penelitian sebagai berikut: (hardware) node sensor dan
node koordinator
Data dikirim node sensor dan diterima node koordinator
Gambar 1 Diagram alir proses pengambilan data.
Proses pengambilan data diawali dengan perancangan desain sensor pada jembatan kemudian dilanjutkan dengan perancangan perangkat keras (hardware) yang terdiri dari node sensor dan node koordinator. Node koordinator atau sinksebagai pengumpul data dari node sensor yang bertransmisi. Sedangkan node sensorberfungsi sebagai pengolah data pembacaan sensor dan mengirimkannya pada node koordinator. Selanjutnya men-integrasikan antar perangkat keras (hardware). Setelah proses integrasi selesai maka proses transmisi dijalankan.
Setelah proses integrasi perangkat keras berhasil dan data yang dikirimkan antar node berjalan lancar maka di lakukan pengambilan data melalui pengukuran dengan mengambil beberapa parameter diantaranya delay, throughput dan packet loss.
Parameter Kinerja Simulasi
Beberapa parameter yang akan diukur sebagai analisa kinerja sistem yakni: 1. Packet Loss
Packet Loss adalah parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang.Kegagalan tersebut dapat disebabkan oleh beberapa kemungkinkan, diantaranya yaitu:
a.Terjadinya overload trafik didalam jaringan,
SENTRA IV-37
c.Error yang terjadi pada media fisik,
d.Kegagalan yang terjadi pada sisi penerima antara lain dapat disebabkan karena overflow yang terjadi pada buffer.
Packet loss dapat dirumuskan seperti pada persamaan:
PL = Pls– Plr (1)
2. Throughput
Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Throughput juga dapat di definisikan sebagai kecepatan transfer data yang diukur dalam satuan bit per sekon (bps).Troughput dapat dirumuskan seperti pada persamaan:
Troughput (2)
3. Delay
Delay atau waktu tunda adalah interval waktu yang dibutuhkan paket data untuk menempuh jarak dari data mulai di kirim sampai dengan data sampai ditujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, atau juga waktu proses yang lama.Delay dinyatakan dalam satuan detik atau second. Perhitungan delay di dapat dari mengurangkan waktu saat pengiriman paket data dengan waktu saat paket data di terima.Delay dapat dirumuskan seperti pada persamaan:
Delay = ts– tr (3)
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Perancangan Perangkat keras
Perangkat keras teridiri dari dua bagian, yaitu bagian sensing sebagai pengambil data sensor dan bagian pengolahan data. Tiap bagian tersebut menggunakan perangkat keras yang berbeda sesuai dengan fungsinya masing-masing. Pada sisi node sensor penggunaan perangkat keras berbeda dengan perangkat keras pada sisi node koordinator.
Gambar 2 Bentuk fisik node.
Perancangan Node Koordinator
Node koordinator terdiri dari mikrokontroler arduino due sebagai pengolah data serta Xbee
IV-38 SENTRA
mikrokontroler arduino duemilanove sebagai pengolah data dan modul komunikasi xbee untuk dapat terhubung secara nirkabel dengan node sensor. Selanjutnya, modul xbee sebagai modul komunikasi data. Xbee yang digunakan adalah Xbee Pro Series 1. Modul ini adalah perangkat dengan protokol standart IEEE 802.15.4. Xbee Pro Series 1 memiliki kemampuan berkomunikasi secara point-to-point,
dan point-to-multipoint. Pada bagian node sensor modul xbee diatur agar dapat melakukan komunikasi data secara multipoint-to-point.
Gambar 3 Susunan node koordinator.
Perancangan Node Sensor
Node sensor terdiri dari sensor accelerometer sebagai alat sensing, mikrokontroler arduino due sebagai pengolah data serta Xbee sebagai modul komunikasi untuk dapat terhubung dengan perangkat pada sisi node koodinator
.
Gambar 4 Susunan node sensor.
Spesifikasi perangkat keras yang digunakan pada node sensor sama dengan spesifikasi perangkat keras yang digunakan pada node koordinator. Sedangkan untuk sensor menggunakan, sensor accelerometer tipe MMA 7361. Sensor ini mampu mempresentasikan tiga sumbu gerakan pada sumbu X, Y, dan Z yang telah disesuikan dengan titik grafitasi bumi. Sensor ini memiliki switch range
getaran yaitu ±2 g dan ±6 g, dimana g adalah satuan untuk percepatan grafitasi m/s2. Untuk penelitian ini range yang digunakan range terbesar yaitu ±6 g.
Pengujian Sistem
SENTRA IV-39
Gambar 6 proses pengambilan data.
Untuk skenario pengambilan data terdiri dari 1 node koordinator dan 3 node sensor. Dimana setiap node sensor mengirimkan data ke koordinator. Jarak sepanjang 100 meter dan 12 meter. Berikut skenario desain letak sensornya.
Gambar 8 Skenario desain sensor.
Hasil pembahasan
Dari sistem yang dilakukan, dengan mengacu jarak yang dipakai seperti pada penelitian [4] di dapatkan hasil beberapa parameter yakni sebagai berikut :
Throughput
Tabel 1 Pengukuran Throughput
Node Sensor Througput
Node Sensor1 117.60
Node Sensor2 117.57
IV-40 SENTRA
Node Sensor1 960 785 175 18.229167
Node Sensor2 960 786 174 18.125
Dari hasil pembahasan dan uji coba, dapat di tarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada penelitian ini menunjukkan nilai unjuk kerja dari sistem wireless sensor network sebagai berikut :
Throughput node sensor rata-rata sebesar117.57 Bps
Packet loss node sensor sebesar 18.35% paket
Delay node sensor rata-rata sebesar 1.3 detik.
2. Posisi jarak antar node bergantung pula pada kondisi lingkungan sekitar sehingga berpengaruh pada unjuk kinerja sistem komunikasi data WSN tersebut.
3. Kondisi Line Of Sight sangatlah membantu memperoleh unjuk kinerja yang maksimal dalam komunikasi berbasis WSN ini.
Daftar Notasi
Keterangan :
= Banyak paket loss (paket)
= Banyak paket yang dikirim (paket)
= Banyak paket yang diterima (paket) Troughput = Throuphput (bps)
[1] Http://www.enn.com/top_stories/article/28124/print,diunduh pada tanggal 11 Desember 2013. [2] W. Dargie and C. Poellabauer. 2010. Fundamentals of Wireless Sensor Networks: Theory and
Practice. John Wiley.
[3] Wei Chen, Miguel R. D. Rodrigues and Ian Wassell. A Frechet Mean Approach for Compressive Sensing Date Acquisition and Reconstruction in Wireless Sensor Networks, IEEE Transactions on wireless communications, vol. 11, no. 10, October 2012.
