SIMULASI PENGARUH KETINGGIAN NODAL SENSOR MICAZ MOTE TERHADAP QUALITY OF SERVICES (QOS) JARINGAN SENSOR NIRKABEL DENGAN NETWORK SIMULATOR 2
ABSTRACT
SIMULATION OF THE EFFECT HEIGHT SENSOR NODE MICAZ MOTE TOQUALITY OF SERVICES (QOS) WIRELESS SENSOR NETWORK
WITH NETWORK SIMULATOR2 By
NOVIA MALINDA
Wireless Sensor Networks (WSN) consists of a large number of sensor node that can used to perform a variety of monitoring, one of it is environmental monitoring. The natural circumstances have the variation of height, so we conducted a simulation with a height sensor node randomly. The focus of this research is to measure and to analyze the effect variation of height with measure of the average of value of the Quality of Service(QoS) WSN, while is an average throughput, delay, jitter and packet loss percentage. The research was conducted based on device specifications WSN of MICaz Mote and performed simulation using Network Simulator 2 (NS-2). This research assumed that the wide area of simulation of 500 m x 500 m with a sensor node 4, 16, 25, 49, 64, 100 and 144 sensor node. The position of sensor node is constant but the variation of height sensor node are 0-5 meters and 0-10 sensor meters is randomly and the interval time delivery is 0.5, 1 and 2 seconds. Based on test results, the optimum value is 64 sensor node where average performance level of throughput (2.805 KBps) almost reached its maximum value with the average value of the minimum delay (203 ms), jitter (1 ms) and the achieving the packet loss (24.70%). Variation interval censorship affect the value of the average throughput, delay, jitterbut not affect of the packet loss. Based on the simulation of comparison with 0 meter variation of height and variation of height randomly, it obtained the optimum value for QoS results is better in 0 meter variation of height. It shows that sensor with variation of height have been effect toward QoS JSN performance.
Keyword : Wireless Sensor Network, Micaz mote, Quality of Service, NetworkSimulator 2
(2)
ABSTRAK
SIMULASI PENGARUH KETINGGIAN NODAL SENSOR MICAZ MOTE TERHADAP QUALITY OF SERVICES (QOS) JARINGAN SENSOR
NIRKABEL DENGAN NETWORK SIMULATOR 2 Oleh
NOVIA MALINDA
Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) terdiri atas sejumlah besar nodal sensor yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai pemantauan, salah satunya adalah pemantauan lingkungan. Keadaan alam memiliki variasi ketinggian, maka dilakukanlah simulasi dengan ketinggian nodal sensor secara acak untuk mensimulasikan keadaan alam tersebut. Fokus penelitian ini adalah mengukur dan menganalisa pengaruh variasi ketinggian dengan mengukur nilai rata-rata kinerja dari Quality of Service (QoS) JSN, yaitu rata-rata throughput, delay, jitter dan persentase packet loss. Penelitian dilakukan berdasarkan spesifikasi perangkat JSN (MICaz Mote) dan melakukan simulasi menggunakan Network Simulator 2 (Ns-2). Penelitian ini mengasumsikan luas bidang simulasi 500 m x 500 m dengan jumlah nodal sensor 4, 16, 25, 49, 64, 100 dan 144 nodal sensor. Posisi nodal sensor secara teratur namun variasi ketinggian nodal sensor 0-5 meter dan 0-10 meter secara acak serta interval waktu pengiriman 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik. Berdasarkan hasil pengujian, diperoleh nilai optimal dengan jumlah 100 nodal sensor. Pengujian tersebut menghasilkan tingkat performansi rata-rata throughput (2,805 KBps) hampir mencapai nilai maksimum dengan nilai rata-rata delay (203 ms) dan jitter (1 ms) minimum serta pencapaian persentase packet loss (24,70%). Variasi interval waktu penyensoran berpengaruh terhadap nilai rata-rata throughput, delay, jitter namun tidak berpengaruh terhadap packet loss. Berdasarkan perbandingan simulasi dengan variasi ketinggian 0 meter dan variasi ketinggian acak, didapatkan nilai optimal untuk hasil QoS yang lebih baik pada variasi ketinggian 0 meter. Hal tersebut menunjukkan bahwa variasi ketinggian nodal sensor berpengaruh terhadap kinerja QoS JSN.
Kata kunci : Jaringan Sensor Nirkabel, Micaz mote, Quality of Service, Network Simulator 2
(3)
SIMULASI PENGARUH KETINGGIAN NODAL SENSOR MICAZ MOTE TERHADAP Quality Of Services (QoS) JARINGAN SENSOR NIRKABEL
DENGAN NETWORK SIMULATOR 2
Oleh
NOVIA MALINDA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2016
(4)
.-_,"-lj:' 1., ,-.., ,.,-.
'.::r-i-.-.ri'
., .,, ; ;1,1 :fl:i l:,..ii.:
'i I i:''":,' ' '
:.:, , :"]i.-:irjl:i'j !'-;i..,' r,.lt i .,l ;1i.. L'iri I r iirr
: i: .,'.':t.ti...'
i"!'1':"r:'r'
-t-'.,r,r., r
ii:i'Jfldtil-st{ripqi,
.,,,
,."",,,
:CIil
.
;':;,''.
,ti,,.,,,.is:ri,...,..-.,._:.rI.t
.: J ij-,:t:::;,.,..,
.ruqur
-rlrnl}lr
,
.r
; DrEU,f"(|tlrDlllf,alf,Irlr
nErINQifiIAN
i.i.:.,.
..,.,'",,,
-i.:,,,,,;'-,,Ii.
t:"'iir1".,
'-.'i;m
,,wW-,a7ili*((bql,'
.'
,,*,,,;';;I.-i
,r..-:n,.' ;
,.;.,.':,''.:
,,',., ..]:' i
iffi'
;
ue
'='ii*ffi,.-;,
rl;
i :,,,." ,:,,.'..;.,,,'".'.:';'
....,
.
,.,,,:',
..., I ,ir.I,i1.,: :,..
.,.I
,,,.,
:, ....tEnHADAp O - :' i r:.1 '..: r .,'-l - : ii
...--.,"1=;i : :tf
.,, i
"
't',.,'r.,$sfiC
.lt;t ,,r', ',.i,,,:,-i'il; .";.,1,,,.;,j,
t,o;t,,irniltllll
'--;"uli;'.ryIrfry
,:-,'*'",HHffifr!I
,,a"'',.,,
l'.,
,'.,,,,.t
i:r',"t.':,t;
.,.i-'i
,ti;:J
,;.,;t' _.;
,.,-,,,r:t;tu,.
.
*Irii,'.,,..1,.;;,,^u
;;,*,,,:Ii
,,",
n.';,;.
: :t"' .. , . . , ', i'-. ::'; ,:';' :;
l-..: ,r.. ' t ""' .,,: '..i,. ' ''''
> . *|' :: illi i i.: :i,':: I .':
- :l:: I i:, ..' '"
1- -'- .. ,, I :-:,-,:r,:,1 li -- - i. !: i_r.
:-i-::,.-... , ,,
,,llDfi
r.,: r, i,.;r:::,:':,,,iri.'l.i I il, , ''-:'1,,.ij rl.ii j;.j. i j., ii,,,
.;.,i1.-.," : :rii!.i.iffi
;riii.r.i;i1n.i,ii.:lii
.urrrnuu+ilii
iri\iiF':"
:.: . . .'.i '''r""t'--'r:oii'i+
'.=='-":
,
;-;',,t',,
N'i,
-:;;;;
ilr*rll
.t :tt ' ,, ... '" ;' :t ':l;i.1i';i.r.
Dr.
Efg.Ilelrrf
{t$ilawn,
$.T.,
!f.Sc.
HerryDlrn
Septama,
$.T.,fng,.
i !i; i i,:I-!IF197.i@2820tofi21,@2-
,,,,,:'
:,''NIr1gg5og15.20gg12,:l'
,'.',,,,,,,,,, :ii'.,
, :j.,,: ,,,,, ;
$.T;rfng,.
''';' 'i:,i''-' .. ..
-r'tl.,. :;,, lItF LUlOrJUaO4lJ,r!.L1::,L\|91 :...,.:...,:, '.':,r--.:,:r.
':ir'.::rir"'".IJ!f,.. Iy,pD( , ...rirl!
...,.;:.;.: ,vL-';L ,. ,.r.,, , . .:.
',, ,,.j :,
. rr. .,j.,' j... j
.. i i, .., . ... .:.
i .-::',:':: ' '.-l -r- {: i,'-'. ,,!
. ,.11 ....j' , .. :1., -,
1 ,,. , .t : '. : '' - .,;'i.:,:. . ,':'i"i:' '':' ";' .'.:.'. ,. l" .'.,.,,
'{ .'....r,'",,t.. ." ....,',',L',.. I t',ltt:i:ti.l'l'ii'; ' '"''"i'ti::;i,i.,
f;a";,;=-,
--
a,;,
-:;'-*",1,.,.,,1r*.-
.{;:,()fl
l.t.
".,
,',,
'it.r1I'"n.,,-i
-",,..ft,.i,
r.,"r::-.,iit::., :r:;- ',, r...,',!j,J-l:,i{.:t,itll:l-rli irifrili ," i,:1 i,ri..; ::t.: ' . r.:iia:i;r.tl i.it'i'.:,. " ,i. 1;:;.:l:.:i:"r'.: '" '- ";.'.,:ii,,i
.:.,:.,::....;.:i...'..'iii1,',.',,.,l..,.,.:,i'1,,,,,,,,'..
LY-. ..,.:.,..,1,...ri:... 1:rr, ..;,...,1 '' :::r..., 'j"i". ''': 'i'
-:- :i, r 1".j:,, i.l,:.,. ,,,, .-" .., ..,r;',ij .' .. .:. .t.
in=...|;,:...:..,,.,,..1:1::...,.i.,i,ij1,'...i'l;.:...,
(5)
(6)
r''"-SURAT PER}I"YATAAN
Dengan
ini
saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yangpernah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak
terdapat karya atau pendap at yarryditulis atau diterbitkan oieh orang lain, kecuali
tertulis diacu dalam naskah
ini
sebagaimana yang disebutkandi
dalam daftarpustaka. Selain
itu
saya menyatakan pula bahwa skripsiini
dibuat oleh sayasendiri.
Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, 15 Februari 2016
Novia Malinda
(7)
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Penulis dilahirkan di Bandar Lampung, Lampung, pada tanggal 24 November 1991. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara, dari (Alm) Bapak Nawawi dan Ibu Kamsah.
Penulis pertama kali mengenyam pendidikan di TK Setia Kawan Bandar Lampung dan lulus pada tahun 1998. Lalu penulis melanjutkan pendidikan di SDN 3 Panjang Utara dan lulus pada tahun 2004. Selanjutnya di SMPN 1 Rawa laut dan lulus tahun 2007, kemudian di SMA Al-Azhar 3 Bandar Lampung dan lulus tahun 2010. Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Lampung pada tahun 2010.
Penulis terdaftar sebagai mahasisiwi di Universitas Lampung untuk Jurusan Teeknik Elektro melalui jalur Seleksi Nasional Mahasiswa Perguruan Tinggi Nasional (SNMPTN). Saat semester empat, penulis memfokuskan diri mengambil konsentrasi Sistem Isyarat Elektronik (SIE). Dimana pada konsentrasi tersebut dibagi lagi menjadi tiga konsentrasi, yakni telekomunikasi, kendali dan elektronika. Setelah menginjak semester enam, penulis memfokuskan diri pada konsentrasi telekomunikasi.
Selama masa kuliah, penulis aktif di lembaga kemahasiswaan yang berda di Jurusan Teknik Elektro, yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO). Dimana penulis menjabat sebagai anggota Departemen Sosial dan Ekonomi pada tahun 2011/2012 dan anggota Divisi Ekonomi pada tahun 2012/2013.
Saat masa kuliah, penulis pernah melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT. Telekomunikasi Indonesia, Bandar Lampung dalam jangka waktu satu bulan. Dimana penulis ditempatkan di bagian Information System (IS). Penulis juga menyelesaikan Kerja Praktik dengan menulis sebuah laporan yang berjudul “Dashboard sebagai Aplikasi Early Warning pada Divisi Information System (IS) Area Lampung PT. Telekomunikasi Indonesia.
(8)
PERSEMBAHAN
Skripsi ini kupersembahkan untuk :
1.
Ibu Kamsah
tercinta yang telah memberikan doa, dorongan moril
maupun materil, penyemangat, dan selalu memberikan dukungan semasa
perkuliahan dan juga selama tahap penyelesaian skripsi ini.
2.
(Alm) Ayah Nawawi
tercinta yang telah menjadi
semangatku untuk dapat berdiri hingga saat ini dan menyelesaikan skripsi
ini.
3.
Kakak Dewi Sartika, S.Kom
dan
Kakak
Diana Yoy
yang telah memberikan doa, dukungan moril maupun
materil, dan membantu selama masa perkuliahan dan juga penyelesaian
skripsi ini.
(9)
MOTTO
“Apapun yang terjadi, percayalah rencana Tuhan lebih baik dari apa yang kita inginkan. Dan saat kamu merasa beruntung, percayalah doa ibumu telah
didengar” (Novia Malinda)
“Bermimpilah, maka Tuhan akan memeluk mimpimu” (Arai-Laskar Pelangi)
“Apa yang menurutmu baik, belum tentu baik untukmu dan apa yang menurutmu tidak baik, belum tentu tidak baik untukmu”
“When is not your time is definitely not your time”
(unknown)
“Hasil tidak akan pernah mengkhianati proses”
(10)
SANWACANA
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul “Simulasi Pengaruh Ketinggian Nodal Sensor Micaz Mote Terhadap Quality of Services (QoS) Jaringan Sensor Nirkabel Dengan Network Simulator 2” yang merupakan suatu syarat untuk mmemperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan berkat doa dan dukungan, motivasi serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.
2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
3. Bapak Dr. Herman Halomoan, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.
4. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing utama, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
(11)
xi 5. Bapak Herry Dian Septama, S.T., Ing., selaku dosen pembimbing pedamping, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Ibu Herlinawati, S.T., M.T., selaku dosen penguji utama dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., atas perhatian, wejangan dan dukungan yang telah diberikan.
8. Ibu Dr. Ing. Melvi, S.T., M.T, atas perhatian, wejangan, dukungan yang telah diberikan.
9. Seluruh Ibu/Bapak Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, atas segala pembelajaran, bimbingan yang telah diberikan kepada penulis selama menjadi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro.
10.Mbak Ning, Mas Daryono dan Mbak Dea atas semua bantuanya dalam menyelesaikan administrasi di Jurusan Teknik Elektro.
11.Kedua orang tua penulis, Ibu Kamsah dan (Alm) Bapak Nawawi tercinta, terimakasih untuk segala yang telah diberikan, doa dan usaha, motivasi, dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan hingga perkuliahan.
12.Kakak-kakakku tersayang, Dewi Sartika, S.Kom, Diana Yoy untuk kebersamaan, semangat dan dukungan yang sangat berarti bagi penulis. 13.Bapak Dr. H. M. Nasrullah Yusuf, S.E., M.B.A dan Ibu Hj. Hernaini, S.S.,
terima kasih untuk segala motivasi, dukungan, dan segala yang telah diberikan kepada penulis.
(12)
xii 14.Kak Dewi, Kak Faruk, Kak Ading, Mba Maya, Kak Anwar, Rozalia terima kasih atas segala doa, dukungan dan motivasi yang telah diberikan. 15.Teh Anah, Mba Yanti, Mba Mai, Mba Rita terima kasih atas segala doa
dan dukungan yang telah diberikan.
16.Rekan-rekan seperjuangan, Angkatan 2010 Teknik Elektro Universitas Lampung atas kebersamaan dan kekeluargaan yang luar biasa.
17.Malvinda Apik Gusumawati, Aprinda Maharani, Imelda Ayu Mustika, Septina Maulida, terima kasih atas persahabatan dan kebersamaan sebagai keluarga dalam tawa maupun air mata.
18.Okta Riyuni, Agung Martono, Eldo Firmanda, Nanda Chintya terima kasih atas persahabatan dari kecil yang tak pernah terputus.
19.Paramitha Chintya Febyanti, Huryati Agustina, Desty Widya Asih, Nova Anggraini, Suci Purnama Sari, Sandi Monika, Tri Budi Setiawan Putra, Muslim, Siti Aulia Nur Annisa, Aulia Nurmalisa Putri, terima kasih atas persahabatan yang tak kenal lelah saling membangun.
20.Ayu Sintianingrum, Devy Andini, Dian Nindariansari, Kiki Apriliya, Maria Ulfa Muthmainah, Fendi Antoni, Ahmad Surya Arifin, Derry Ferdiyansah, Budi wahyu Nugroho, Anwar Sholihin, Victor Farhan Wijaya, Imam Sholeh Maulana, Sofyan, Joelisca Saputra, terima kasih atas persahabatan dan kebersamaan dalam suka, duka maupun dalam kegalauan.
21.Seluruh teman, alumni, kakak tingkat, dan adik tingkat di Teknik Elektro Universitas Lampung atas kebersamaan dan kekeluargaan yang luar biasa.
(13)
xiii 22.Semua pihak yang tidak disebut satu per satu yang telah membantu serta
mendukung dari awal kuliah sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini. Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun penulis harapkan demi kemajuan dimasa mendatang. Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Bandar Lampung, 15 Februari 2016 Penulis,
(14)
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ... i
HALAMAN JUDUL ... iii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iv
LEMBAR PENGESAHAN ... v
RIWAYAT HIDUP ... vii
PERSEMBAHAN ... viii
SANWACANA ... x
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR GAMBAR ……… xvii
DAFTAR TABEL ... xix
DAFTAR ISTILAH ... xx
DAFTAR SINGKATAN ... xxii
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Manfaat penelitian ... 4
1.4. Batasan Masalah ... 4
1.5. Perumusan Masalah ... 4
(15)
xv
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Jaringan Sensor Nirkabel ... 7
2.2. Komponen-komponen Jaringan Sensor Nirkabel ... 9
2.2.1. Nodal sensor ... 9
2.2.2. Media nirkabel ... 11
2.2.3. Nodal koordinator/gateway ... 12
2.2.4. PC server/administrator ... 12
2.3. Quality of Service (QoS) Jaringan Sensor Nirkabel ... 12
2.3.1. Delay ... 13
2.3.2. Throughput ... 14
2.3.3. Packet loss ... 14
2.3.4. Jitter ………... 15
2.4. MICAz Mote……….. 16
2.4.1. Pemodelan Sistem……… 16
2.4.2. Lapisan Fisik MICAz Mote ... 19
2.5 Network Simulator (NS) ... 20
2.5.1.Sejarah Perkembangan NS-2 ... 20
2.5.2 Kelebihan NS-2 ... 21
2.5.3 Arsitektur Dasar NS-2 ... 22
2.6 Fenomena Propagasi Gelombang……….. 25
2.6.1. Model Propagasi……….. 26
2.7 Protokol Jaringan Sensor Nirkabel……… 30
2.7.1. Protokol Transport……….. 30
2.7.2. Protokol Perutean……… 31
III. METODE PENELITIAN... 34
3.1. Metode Penelitian ... 34
3.2. Alat dan Bahan ... 35
3.3. Tahap Penelitian ... 35
(16)
xvi
3.3.2. Instalasi Perangkat Lunak……… 37
3.3.3. Simulasi……… 38
3.3.4. Trace File Hasil Simulasi………. 39
3.3.5. Pemrosesan Visualisasi Simulasi………. 40
3.3.6. Grafik Metrik Performansi………... 40
3.3.7. Penganalisaan Data………... 41
3.3.8. Pembuatan Laporan……….. 41
3.4. Spesifikasi Teknis Perangkat Jaringan ... 41
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1. Topologi Simulasi Jaringan Sensor Nirkabel ... 46
4.2. Pengukuran dan Perbandingan Parameter Quality of Service (QoS) dengan Variasi Ketinggian Nodal Sensor………. 50
A. Throughput……… 52
B. Delay………. 58
C. Jitter………... 62
D. Packet Loss………... 65
V. SIMPULAN DAN SARAN ... 73
5.1. Simpulan ... 73
5.2. Saran ... 75
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
(17)
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1. Beberapa band frequency ISM………. 29 4.2.Hasil pengukuran parameter Quality of Service (QoS) dengan ketinggian
nodal sensor 0-5 meter... 50 4.3. Hasil pengukuran parameter Quality of Service (QoS) dengan
ketinggian nodal sensor 0-10 meter... 51 4.4. Tabel paket simulasi dengan ketinggian 0-5 meter untuk interval
penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik... 66 4.5. Tabel paket simulasi dengan ketinggian 0-10 meter untuk interval
(18)
DAFTAR ISTILAH
Gateway : Media perantara jaringan sensor nirkabel dengan administrator jaringan.
Nodal : Sebutan untuk transceiver gelombang radio yang digunakan untuk mengirim dan menerima data hasil pementauan dari sensor.
Nodal sensor : Komponen kesatuan dari jaringan yang dapat menghasilkan informasi, biasanya merupakan sebuah sensor atau juga dapat berupa sebuah actuator yang menghasilkan umpan balik pada keseluruhan operasi.
Unguided medium : perambatan sinyal tidak terbatas pada lokasi atau saluran yang sudah ditentukan sebagaimana ditentukan pada transmisi menggunakan kabel berpelindung tertentu.
Quality of Service : kemampuan sebuah jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik lagi bagi layanan trafik yang melewatinya.
Throughput : jumlah total paket data yang berhasil sampai kepada tujuan pengiriman data dalam suatu satuan waktu. Pada umumnya pengukuran throughput dilakukan dalam satuan bits per second (bps).
Delay : waktu tunda seluruh paket yang berhasil sampai kepada tujuan pengirimannya, dimana waktu tunda tersebut merupakan selisih dari waktu sampainya paket dan waktu pengiriman paket.
Jitter : variasi dari delay yang terjadi pada suatu pengiriman paket terhadap delay yang terjadi untuk paket yang sebelumnya dari keseluruhan paket yang diterima pada penerima.
(19)
xxi
Packet loss : suatu nilai yang menyatakan jumlah paket yang gagal disampaikan kepada tujuannya melalui media transmisi tertentu.
Network Simulator-2: sebuah perangkat lunak yang dapat digunakan untuk simulasi jaringan yang sesuai dengan riset.
MICAz Mote : modul mote 2,4 GHz yang digunakan pada jaringan sensor.
Protokol : Aturan dalam komunikasi untuk menunjang terjalinnya komunikasi antar berbagai perangkat.
Ad Hoc : Model komunikasi tanpa infrastruktur yang dibangun untuk suatu tujuan pada waktu tertentu.
(20)
(21)
Tabel 1. Tabel rata-rata throughput dengan ketinggian 0-5 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor 0,5 detik 1 detik 2 detik
Throughput(KBps) Throughput (KBps) Throughput (KBps)
4 0 0 0
16 0.124 0.065 0.037
25 0.063 0.032 0.018
49 1.794 1.122 0.625
64 2.475 1.298 0.696
100 2.805 1.864 0.850
144 1.708 1.413 0.668
Tabel 2. Tabel rata-rata delay dengan ketinggian 0-5 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor 0.5 detik 1 detik 2 detik
Delay (ms) Delay (ms) Delay (ms)
4 0 0 0
16 6 7 11
25 6 7 9
49 61 204 166
64 64 178 129
100 129 139 115
(22)
Tabel 3. Tabel rata-rata jitter dengan ketinggian 0-5 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor 0.5 detik 1 detik 2 detik
Jitter (ms) Jitter (ms) Jitter (ms)
4 0 0 0
16 1 1 1
25 1 1 1
49 1 1 1
64 1 1 1
100 0.876 0.950 1
144 1 1 1
Tabel 4. Tabel rata-rata packet loss dengan ketinggian 0-5 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor 0.5 detik 1 detik 2 detik
Packet loss (%) Packet loss (%) Packet loss (%)
4 100 100 100
16 81 87 87.5
25 96 95 96
49 40 27 29
64 37 36 40
100 54 40.4 52.5
(23)
Tabel 5. Tabel rata-rata throughput dengan ketinggian 0-10 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor
0.5 detik 1 detik 2 detik
Throughput (KBps) Throughput (KBps) Throughput (KBps)
4 0 0 0
16 0.121 0.067 0.038
25 0.062 0.034 0.019
49 1.953 1.176 0.640
64 1.931 1.410 0.800
100 2.119 1.656 1.044
144 1.583 1.204 0.394
Tabel 6. Tabel rata-rata delay dengan ketinggian 0-10 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor
0.5 detik 1 detik 2 detik
Delay (ms) Delay (ms) Delay (ms)
4 0 0 0
16 6 7 9
25 6 6 8
49 53 86 181
64 61 92 177
100 150 162 203
(24)
Tabel 7. Tabel rata-rata jitter dengan ketinggian 0-10 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor
0.5 detik 1 detik 2 detik
Jitter (ms) Jitter (ms) Jitter(ms)
4 0 0 0
16 1.003 1.003 1.003
25 1.001 1.001 1.001
49 0.856 0.856 0.856
64 0.732 0.732 0.732
100 0.041 0.041 0.041
144 0.025 0.025 0.025
Tabel 8. Tabel rata-rata packet loss dengan ketinggian 0-10 meter untuk interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah sensor
0.5 detik 1 detik 2 detik
Packet loss (%) Packet loss (%) Packet loss (%)
4 100 99.40 100
16 87 87 87.50
25 95.70 95.70 96
49 24.70 24.70 27
64 30.50 30.50 31
100 46 47 41.75
(25)
Tabel 9. Tabel perbandingan rata-rata throughput dengan variasi ketinggian nodal sensor dan interval penyensoran 0.5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah nodal sensor
Rata-rata Throughput (KBps)
0 meter 0-5 meter 0-10 meter
0.5detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik
4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
16 0 0 0 0.124 0.065 0.037 0.121 0.067 0.038
25 0.065 0.019 0.032 0.063 0.032 0.018 0.062 0.034 0.019
49 1.926 0.688 1.322 1.794 1.122 0.625 1.953 1.176 0.640
64 2.626 0.946 1.578 2.475 1.298 0.696 1.931 1.410 0.800
100 2.686 1.161 2.484 2.805 1.864 0.850 2.119 1.656 1.044
144 - - - 1.708 1.413 0.668 1.583 1.204 0.394
Tabel 10. Tabel perbandingan rata-rata delay dengan variasi ketinggian nodal sensor dan interval penyensoran 0.5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah nodal sensor
Rata-rata Delay (ms)
0 meter 0-5 meter 0-10 meter
0.5detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik
4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
16 0 0 0 6 7 11 6 7 9
25 6 10 7 6 7 9 6 6 8
49 88 177 126 61 204 166 53 86 181
64 63 116 119 64 178 129 61 92 177
100 149 203 96 129 139 115 150 162 203
(26)
Tabel 11. Tabel perbandingan rata-rata jitter dengan variasi ketinggian nodal sensor dan interval penyensoran 0.5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah nodal sensor
Rata-rata Jitter (ms)
0 meter 0-5 meter 0-10 meter
0.5detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik
4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
16 0 0 0 1 1 1 1.003 1.003 1.003
25 0.002 0.006 0.003 1 1 1 1.001 1.001 1.001
49 0.141 0.294 0.205 1 1 1 0.856 0.856 0.856
64 0.057 0.164 0.209 1 1 1 0.732 0.732 0.732
100 0.220 0.336 0.128 0.876 0.950 1 0.041 0.041 0.041
144 - - - 1 1 1 0.025 0.025 0.025
Tabel 12. Tabel perbandingan rata-rata packet loss dengan variasi ketinggian nodal sensor dan interval penyensoran 0.5 detik, 1 detik dan 2 detik
Jumlah nodal sensor
Rata-rata Packet Loss (%)
0 meter 0-5 meter 0-10 meter
0.5detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik 0.5 detik 1 detik 2 detik
4 100 100 100 100 100 100 100 99.40 100
16 100 100 100 81 87 87.50 87 87 87.50
25 95.66 96.41 96.00 96 95 96 95.70 95.70 96
49 35.47 15.49 23.98 40 27 29 24.70 24.70 27
64 33.16 21.93 18.36 37 36 40 30.50 30.50 31
100 56.13 20.74 35.25 54 40.40 52.50 46 47 41.75
(27)
(28)
Instalasi NS-2 dengan Tambahan Modul Mannasim
Perangkat lunak yang digunakan untuk simulasi adalah Network Simulator versi 2 (NS-2) dengan penambahan modul Mannasim sebagai pendukung bagi NS-2 untuk melakukan simulasi JSN. Tahapan-tahapan untuk menyiapkan penginstalan perangkat lunak simulasi ini adalah :
1. Melakukan pengunduhan perangkat lunak NS-2 dan modul Mannasim. Perangkat lunak NS-2 dan perangkat lunak Mannasim masing-masing dapat diunduh dari :
http://sourceforge.net/projects/nsnam/files/allinone/ns-allinone-2.34/ns-allinone-2.34.tar.gz/download,
http://www.mannasim.dcc.ufmg.br/download/mannasim-patch-ns2.34.tar.gz.
2. Setelah perangkat lunak tersebut diunduh, tahap selanjutnya adalah pembuatan direktori instalasi NS-2. Direktori instalasi NS-2 dibuat didalam direktori home dengan nama
simulasi. Agar dapat meudahkan dalam proses instalasi perangkat lunak NS-2
cd /home/simulasi
3. Meletakkan file ns-allinone-2.34.tar.gz pada direktori simulasi yang telah dibuat tersebut.
4. Melakukan ekstraksi dari file kompresi ns-allinone-2.34.tar.gz. ekstraksi dapat dilakuakan dengan perintah :
cd /home/simulation/
(29)
perintah pertama merupakan perintah untuk meletakkan terminal konsole pada direktori penyimpanan file ns-allinone-2.34.tar.gz. Perintah kedua merupakan perintah untuk ekstraksi file ns-allinone-2.34.tar.gz. Setalah ekstraksi selesai maka akan terbentuk folder allinone-2.34 yang berisikan kode sumber instalasi terpadu perangkat lunak ns-2 yang akan digunakan.
5. Meletakkan file perangkat lunak mannasim-patch-ns34.tar.gz di dalam folder ns-allinone-2.34.
6. Melakukan ekstraksi terhadap file mannasim-patch-ns229.tar.gz dengan perintah :
cd /root/simulation/ns-allinone-2.34/ tar -xzvf mannasim-patch-ns234.tar.gz
perintah pertama merupakan perintah untuk memposisikan terminal konsole pada tempat peletakan file kompresi mannasim-patch-ns2.34.tar.gz. Perintah kedua merupakan perintah untuk mengekstraksi file mannasim-patch-ns2.34.tar.gz. Setelah ekstraksi dilakukan, akan terciptakan file mannasim-patch.diff pada folder yang sama.
7. Memodifikasi dan memberikan beberapa modul tambahan Mannasim dan NS-2. Modifikasi dan penambahan ini dilakukan agar NS-2 dapat melakukan simulasi jaringan sensor nirkabel (JSN). Berikut ini cara memodifikasi pada maingg-masing modul. a. Masuk pada direktori
/home/simulasi/ns-allinone-2.34./otcl-1.13/configure.kemudian buka file configure tersebut dan melakukan perubahan pada bagian berikut ini :
Modul awal
Linux*)
SHLIB_CFLAGS="-fpic" SHLIB_LD="ld -shared"
(30)
SHLIB_SUFFIX=".so" DL_LIBS="-ldl" SHLD_FLAGS=""
Kemudian diubah menjadi
Linux*) SHLIB_CFLAGS="-fpic" SHLIB_LD="ld -shared" SHLIB_SUFFIX=".so" DL_LIBS="-ldl" SHLD_FLAGS=""
b. Masuk pada direktori /home/simulasi/ns-allinone-2.34/tools/ranvar.cc. kemudian membuka file ranvar.cc tersebut dan melakukan perubahan pada baris ke 219 berikut ini:
Modul awal
return GammaRandomVariable::GammaRandomVariable(1.0 + alpha_, beta_).value() * pow (u, 1.0 / alpha_);
kemudian diubah menjadi
return GammaRandomVariable(1.0 + alpha_, beta_).value() * pow (u, 1.0 / alpha_);
c. Masuk pada direktori /home/simulasi/ns-allinone-2.34/mac/mac-802_11Ext.h. kemudian membuka file tersebut dan melakukan penambahan pada line 65 seperti berikut ini:
#include "cstddef"
d. Masuk pada direktori /home/simulasi/ns-allinone-2.34/mobile/nakagami.cc. kemudian membuka file tersebut dan melakukan pada bagian merikut ini: Modul awal
if (int_m == m) {
resultPower = ErlangRandomVariable::ErlangRandomVariable(Pr/m, int_m).value();
} else {
resultPower = GammaRandomVariable::GammaRandomVariable(m, Pr/m).value();
(31)
}
return resultPower; }
Kemudian diubah menjadi
if (int_m == m) {
resultPower = ErlangRandomVariable(Pr/m, int_m).value(); } else {
resultPower = GammaRandomVariable(m, Pr/m).value(); }
return resultPower; }
}
e. Masuk pada direktori
/home/simulasi/ns-allinone-2.34/mannasim/onDemandData.cc. kemudian membuka file tersebut dan melakukan perubahan seperti berikut ini:
OnDemandData :: OnDemandData() {
/// REAL request type is default. OnDemandData::OnDemandData(REAL); }
f. Masuk pada direktori /home/simulasi/ns-allinone-2.34/linkstate/ls.h. kemudian mebuka file tersebut dan melakukan perubahan pada line 137 seperti berikut ini:
Modul awal
void eraseAll() { erase(baseMap::begin(), baseMap::end()); }
Kemudian diubah menjadi:
void eraseAll() { this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end()); }
(32)
g. Setelah modul-modul tersebut diubah, maka langkah selanjutnya adalah menyimpan perubahan tersebut dengan cara sudo apt-get install build-essential autoconf automake libxmu-dev pada terminal konsol.
8. Setelah semua modifikasi dilakukan, langkah selanjutnya adalah melakukan instalasi perangkat lunak ns-2. instalasi dapat dilakukan dengan menggunakan perintah :
cd /home/simulation/ns-allinone-2.34/ ./install
9. Jika proses instalasi berhasil, maka akan muncul beberapa parameter pada terminal konsole sebagai berikut :
# LD_LIBRARY_PATH
OTCL_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/otcl-1.13 NS2_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/lib
X11_LIB=/usr/X11R6/lib
USR_LOCAL_LIB=/usr/local/lib export
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$OTCL_LIB:$NS2_LIB:$X11_LI B:$USR_LOCAL_LIB
# TCL_LIBRARY
TCL_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/tcl8.4.18/library
USR_LIB=/usr/lib
export TCL_LIBRARY=$TCL_LIB:$USR_LIB
# PATH
XGRAPH=/home/novia/simulasi/ns-allinone-
(33)
2.34/bin:/home/novia/simulasi/ns-allinone- 2.34/tcl8.4.18/unix:/home/novia/simulasi//ns-allinone-2.34/tk8.4.18/unix
NS=/home/novia/simulasi//ns-allinone-2.34/ns-2.34/ NAM=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/nam-1.14/ PATH=$PATH:$XGRAPH:$NS:$NAM
10. Setelah proses instalasi berhasil dilakukan, langkas selanjutnya adalah melakukan pengaturan pada environment variable untuk NS-2. hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan perintah :
cd
kwrite ~/.bashrc
perintah pertama merupakan perintah untuk meletakkan posisi terminal konsole pada
home directory. Perintah kedua merupakan perintah untuk membuka file .bashrc
11. setelah file .bashrc terbuka maka masukkan parameter berikut pada file tersebut ini:
# LD_LIBRARY_PATH
OTCL_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/otcl-1.13 NS2_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/lib
X11_LIB=/usr/X11R6/lib
USR_LOCAL_LIB=/usr/local/lib export
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$OTCL_LIB:$NS2_LIB:$X11_LI B:$USR_LOCAL_LIB
(34)
TCL_LIB=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/tcl8.4.18/library
USR_LIB=/usr/lib
export TCL_LIBRARY=$TCL_LIB:$USR_LIB
# PATH
XGRAPH=/home/novia/simulasi/ns-allinone-
2.34/bin:/home/novia/simulasi/ns-allinone- 2.34/tcl8.4.18/unix:/home/novia/simulasi//ns-allinone-2.34/tk8.4.18/unix
NS=/home/novia/simulasi//ns-allinone-2.34/ns-2.34/ NAM=/home/novia/simulasi/ns-allinone-2.34/nam-1.14/ PATH=$PATH:$XGRAPH:$NS:$NAM
parameter-paramter tersebut hanya berfungsi tepat jika lokasi instalasi ns-2 adalah /homet/simulasi/ dan versi ns-2 yang digunakan adalah ns-allinone-2.34. Jika instalasi dilakukan pada direktori yang berbeda maka lokasi /home/simulasi/ pada parameter-parameter diatas diganti dengan lokasi penginstalan ns-2.
12. Melakukan implementasi isi dari file .bashrc (posisi terminal konsole harus berada pada
home directory), hal ini dapat dilakukan dengan perintah :
source ~/.bashrc
13. Setelah seluruh langkah diatas berhasil dilakukan, maka proses instalasi telah berhasil dilakukan. Untuk menjalankan simulator NS-2 dapat dilakuakan dengan mengetikkan perintah berikut pada terminal konsole:
(35)
perintah tersebut dapat dimasukkan dimana saja posisi terminal konsole berada. Jika keluaran dari perintah tersebut adalah tanda “%” (tanpa tanda kutip), maka proses instalasi ns-2 berhasil dan ns-2 siap untuk digunakan. gunakan perintah exit untuk keluar dari mode tersebut. Jika timbul pesan kesalahan sebgai keluaran dari perintah diatas, maka dapat dilakukan restart pada komputer untuk memperoleh efek perubahan setelah instalsi ns-2. Setelah sistem operasi siap digunakan, dapat dituliskan ulang perintah ns untuk menjalankan NS-2. Jika tetap tidak muncul keluaran “%” dimungkinkan terjadi kesalahan pada proses instalasi ns-2 dan harus dilakukan peninjauan kembali.
14. Untuk menjalankan simulasi dengan ns-2 dapat dilakukan dengan menjalankan perintah berikut melalui terminal console :
(36)
(37)
Format trace file simulasi menggunakan NS-2 pada Jaringan Sensor Nirkabel.
s -t 0.039634818 -Hs 14 -Hd -2 -Ni 14 -Nx 339.63 -Ny 306.80 -Nz 0.00 –Ne 100.000000 -Nl AGT -Nw --- -Ma 0 -Md e000000 -Ms 0 -Mt 0 -Is 14.0 -Id -1.0 -It tcp -Il 1 -If 0 -Ii 0 -Iv 32 -Pn tcp -Ps 0 -Pa 0 -Pf 0 -Po 0.
Keterangan : 1.Event Type
s : send r : receive d : drop f : forward 2. General Tag
-t : time 3. Node Property Tags
-Ni : node id
-Nx : coordinate node X -Ny : coordinate node Y -Nz : coordinate node Z -Ne : node energy level
-Nl : trace file. AGT, RTR, MAC -Nw : reason for the node
4. Packet information in level IP
(38)
-ld : destination port number -lt : packet type
-il : packet size -lf : flow id -li : iniqui id -lv : ttl value
5. Next hop info
-Hs : Id for this node
-Hd : Id next hope forward node
6. Packet info pada level MAC -Ma : Duration
-Md : destination Ethernet address -Ms : source Ethernet address -Mt : Ethernet Type
7. Packet info pada level aplikasi -P arp
(39)
-Pm : src mac address -Ps : src address
-Pa : destination mac address -Pd : destination address -P cbr
-Pi : sequence number
-Pf : how many times this packet forwarded -Po : optimal number of forward
-p tcp
-Ps : sequency number -Pa : ack number
-Pf : how many times this packet forwarded -Po : optimal number forwarded
(40)
DAFTAR SINGKATAN
IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers adalah organisasi nirlaba internasional yang merupakan asosiasi profesional utama untuk peningkatan teknologi elektro.
JSN : Jaringan Sensor Nirkabel yaitu jaringan sensor yang menggunakan komunikasi nirkabel sebagai media transmisi datanya.
LOS : Line of Sight adalah suatu keadaan dimana antena pemancar dan penerima dapat saling berhadapan dan bebas dari penghalang pada batas-batas tertentu.
NLOS : Non Line of Sight adalah kondisi dimana terdapat penghalang antara antena pemancar dan penerima.
MAC : Medium Acces Control adalah suatu lapisan protokol pertama yang berada diatas physical layer (lapisan fisik). Tugas pokok dari protokol ini adalah mengatur akses dari sejumlah nodal ke suatu media yang dapat dibagi cara sedemikian rupa tergantung aplikasi sehingga suatu jaringan komunikasi memiliki kinerja yang memuaskan.
(41)
xxiii QOS : Quality of Service yang dapat diterjemahkan secara
bebas adalah sebuah bentuk jaminan kualitas atas sebuah layanan.
NS-2 : Network Simulator 2, yakni sebuah perangkat lunak yang dikembangkan dengan lisensi open-source.
Tcl : Tool Command Language, yaitu komponen bahasa pemrograman yang dilengkapi dengan perangkat Tk, sebagai ekstensi bagi Tcl dalam menyediakan pustaka antarmuka grafis pengguna.
Otcl : Object-oriented Tool Command Language, yaitu untuk menangani interaksi langsung antara pengguna dengan simulator serta menangani interaksi antara objek-objek OTcl lainnya.
ISM : Alokasi frekuensi unlicense untuk bidang Industrial, Scientific, and Medical. ISM terdiri dari tiga band frekuensi yaitu 2,4 GHz, 868 MHz dan 915 MHz.
UDP : User Datagram Protocol merupakan protokol transport
sederhana dengan model layanan yang minimalis.
AODV : Ad-hoc On Demand Distance Vector Routing merupakan sebuah algoritma yang dapat mendukung pengoperasian jaringan ad-hoc tersebut.
(42)
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Jaringan sensor nirkabel (wireless sensor network) terdiri atas sejumlah besar nodal sensor yang bebas dan dapat melakukan komunikasi tanpa kabel. Setiap nodal memiliki kemampuan untuk mengirim, menerima dan mendeteksi. Selain itu nodal sensor juga dilengkapi dengan peralatan pemrosesan data, penyimpanan data sementara atau memory, peralatan komunikasi dan power supply atau baterai. Pada jaringan sensor nirkabel, beberapa sensor diposisikan pada koordinat-koordinat tertentu. Sensor-sensor tersebut mempermudah kita untuk melakukan berbagai pemantauan atau monitoring terhadap berbagai hal, salah satunya adalah pemantauan lingkungan (environment monitoring). Hasil dari pendeteksian tersebut akan dianalisa dan dilakukan pemantauan objek [1].
Dikarenakan keadaan alam dengan perbedaan ketinggian di masing-masing tempat, simulasi ini dibuat dengan ketinggian yang acak. Penelitian ini dibuat untuk melihat hasil perbandingan yang terjadi pada throughput, delay, jitter dan packet loss dengan ketinggian nodal sensor acak dan ketinggian nodal sensor yang teratur yang sudah didapatkan dari penelitian sebelumnya.
(43)
2
Sebelumnya ada dua penelitian yang berhubungan dengan simulasi ini, yaitu mengamati perubahan yang terjadi pada throughput, delay, jitter dan packet loss pada jaringan sensor nirkabel dengan pengaturan beberapa parameter. Penelitian pertama dengan parameter luas bidang 500 m x 500 m, posisi nodal secara acak, ketinggian nodal secara teratur, dan penambahan jumlah nodal sensor. Sedangkan penelitian kedua dengan parameter luas bidang 500 m x 500 m, posisi nodal secara teratur, ketinggian nodal 0 meter, penambahan jumlah nodal sensor dan interval waktu penyensoran yang berubah.
Pada penelitian ini, akan dilakukan juga simulasi untuk mengamati perubahan yang terjadi pada throughput, delay, jitter dan packet loss pada jaringan sensor nirkabel dengan parameter luas bidang 500 m x 500 m, posisi nodal secara teratur, ketinggian nodal secara acak, penambahan jumlah nodal sensor dan interval waktu penyensoran yang berubah. Hal yang membedakan penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah variasi ketinggian nodal sensor.
Penelitian pertama, yaitu Fajar Ahmad Dewanto dengan parameter luas bidang 500 m x 500 m, posisi nodal secara acak, ketinggian nodal secara teratur ; 0.5 meter, 1 meter, dan 2 meter, dan penambahan jumlah nodal sensor ; 4 sensor, 16 sensor, 25 sensor, 49 sensor, 64 sensor, 100 sensor didapatkan hasil peningkatan nilai rata-rata throughput, delay, jitter dan packet loss. Kecuali pada ketinggian 0,5 meter dan 2 meter mengalami penurunan untuk delay dan jitter disaat pemasangan 64 nodal sensor [2].
(44)
3
Penelitian kedua, yaitu Fadil Hamdani dengan parameter luas bidang 500 m x 500 m, posisi nodal secara teratur, ketinggian nodal 0 meter, penambahan jumlah nodal sensor ; 4 sensor, 16 sensor, 25 sensor, 49 sensor, 64 sensor, 100, dan interval waktu penyensoran ; 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik didapatkan hasil rata-rata throughput yang diperoleh pada simulasi dengan 64 nodal sensor hampir mencapai nilai maksimum rata-rata throughput dengan nilai rata-rata delay dan jitter yang minimum serta pencapaian persentase packet loss yang paling rendah dibandingkan dengan simulasi menggunakan jumlah nodal sensor lainnya dengan interval penyensoran 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik [3].
Sehingga dapat diketahui hasil terbaik dari kedua simulasi ini. Selanjutnya saat peletakan sensor di keadaan nyata sudah dapat diantisipasi dengan pembuatan simulasi ini.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah mengetahui pengaruh ketinggian nodal sensor micaz note terhadap Quality of Services (QoS) jaringan sensor nirkabel dengan Network Simulator 2.
(45)
4
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Dengan menganalisa data hasil pengukuran dapat diketahui pengaruh ketinggian nodal sensor terhadap nilai rata-rata delay, rata-rata throughput, jitter dan persentase packet loss.
2. Dengan menganalisa data hasil pengukuran dapat diketahui hasil perbandingan pada simulasi antara variasi ketinggian nodal sensor acak dan ketinggian nodal sensor 0 meter.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Fokus pembahasan dalam penelitian ini adalah pengukuran nilai rata-rata delay, rata-rata throughput, jitter dan persentase packet loss dengan ketinggian nodal sensor secara acak.
2. Perbandingan antara nilai rata-rata delay, rata-rata throughput, jitter dan persentase packet loss dengan ketinggian nodal sensor secara acak dan ketinggian nodal sensor 0 meter.
1.5. Perumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi untuk melihat perbandingan antara nilai rata-rata delay, rata-rata throughput, jitter dan persentase packet loss dengan ketinggian nodal sensor secara acak dan ketinggian nodal sensor 0 meter.
(46)
5
Perbandingan nilai hasil dari simulasi untuk parameter Quality of Services (QoS) berupa rata-rata delay, rata-rata throughput, jitter dan persentase packet loss didapatkan karena perbedaan ketinggian nodal sensor.
Dari hasil penelitian ini dapat dilihat hasil perbandingan untuk parameter Quality of Services (QoS) antara ketinggian nodal sensor acak dan ketinggian nodal sensor 0 meter yang sudah didapatkan dari penelitian sebelumnya.
Dilakukannya simulasi dengan ketinggian nodal secara acak dikarenakan bidang simulasi yang tidak datar. Sehingga dapat diketahui hasil terbaik dari kedua simulasi ini.
1.6. Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini disusun secara sistematis dengan urutan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, perumusan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan secara garis besar tentang jaringan sensor nirkabel, Network Simulator 2, Quality of Services (QoS) jaringan sensor nirkabel, dan hasil dari penelitian sebelumnya.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini menjelaskan metode yang digunakan dalam penelitian, alat dan bahan, tahap penelitian dan spesifikasi teknis perangkat jaringan.
(47)
6
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini memaparkan hasil pengukuran kinerja jaringan sensor nirkabel dan pembahasan data yang diperoleh.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini memberikan simpulan berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dan saran untuk penelitian selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
(48)
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1Jaringan Sensor Nirkabel
Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) merupakan sebuah jaringan yang disusun oleh sensor–sensor yang terdistribusi dalam suatu cakupan area tertentu yang dihubungkan melalui kanal komunikasi nirkabel untuk saling bekarja sama melakukan pengukuran dan pemantauan fenomena fisik seperti temperatur, suara, getaran, tekanan, tekanan atau kodisi – kondisi fisik tertentu [4]. Secara umum JSN terdiri dari target atau fenomena fisik yang akan di sensor, nodal sensor yang melakukan sensing fenomena fisik dan nodal koordinator/gateway yang bertanggung jawab mengatur jaringan dan mengumpulkan data dari nodal sensor [4,5]. Nodal sebuah JSN bersifat individu untuk melakukan sensing, controlling dan communication terhadap parameter–parameter fisik. Nodal sensor dikomposisikan dari beberapa modul seperti embeded processor, memori, sensor dan perangkat Radio Frequency (RF) transceiver dengan konsumsi energi yang minimum[4].
Terdapat berbagai aplikasi JSN yang merupakan pemantauan, pencarian jejak (tracking), dan pengendalian (controlling) [4]. Pada bidang militer JSN digunakan untuk pengawasan dan pengintaian di medan perang, pada pabrik-pabrik JSN digunakan untuk melakukan pemeliharaan perangkat, pada bangunan-bangunan
(49)
8
JSN digunakan untuk melakukan pemantauan keadaan infrastruktur, pada rumah tinggal JSN digunakan untuk menciptakan sebuah rumah cerdas (smart home) serta pada tubuh manusia JSN digunakan dalam melakukan pemantauan tubuh pasien. Pemantauan suatu area merupakan salah satu aplikasi JSN. Pada aplikasi ini, sensor-sensor disebarkan pada suatu area untuk memantau suatu fenomena fisik tertentu. Sebagai contoh, sejumlah nodal sensor disebarkan pada medan perang untuk mendeteksi posisi musuh. Ketika sensor-sensor tersebut mendeteksi timbulnya gejala fisik yang menjadi objek pantau (panas, tekanan, suara, cahaya, medan elektromagnetik, getaran, dan sebagainya), hasil deteksi ini dilaporkan ke sebuah gateway yang menjadi titik pengumpulan data dari JSN. Selanjutnya, data pemantauan pada gateway akan digunakan oleh administrator jaringan.
Untuk penelitian ini, simulasi dilakukan dengan batasan parameter luas bidang 500 m x 500 m. Dimana posisi nodal sensor akan diatur secara teratur berdasarkan banyaknya nodal sensor yang disimulasikan. Banyaknya nodal sensor yang digunakan adalah 4, 16, 25, 49, 64, 100, dan 144. Pada penelitian ini juga mengatur interval penyensoran, yaitu 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik. Selain itu, simulasi ini juga mengatur ketinggian nodal sensor secara acak. Ketinggian nodal sensor yang diatur akan dimulai dari 0 meter hingga 10 meter. Dengan dua variasi ketinggian, yaitu 0-5 meter dan 0-10 meter. Hal tersebut dilakukan untuk menggambarkan keadaan secara nyata saat melakukan penyensoran di alam terbuka. Dimana terdapat berbagai kemungkinan keadaan lingkungan yang tidak selalu rata. Pada penelitian ini juga akan mengamati perubahan yang terjadi pada
(50)
9
Wireless Sensor Network
throughput, delay, jitter dan packet loss pada jaringan sensor nirkabel. Serta akan membandingkan hasilnya dengan penelitian sebelumnya.
Pada penelitian sebelumnya, parameter yang digunakan untuk luas bidang adalah sama, yaitu 500 m x 500 m dengan pertambahan nodal sensor, posisi nodal sensor dan interval waktu yang sama. Hal yang membedakan penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah variasi ketinggian nodal sensor.
2.2Komponen – komponen Jaringan Sensor Nirkabel
JSN terdiri dari empat komponen yaitu nodal sensor, media nirkabel, nodal koordinator/gateway dan PC server/administrator seperti pada Gambar 2.1. di bawah ini.
Gambar 2.1. Komponen dasar JSN [4]
2.2.1 Nodal sensor
Nodal sensor merupakan seperangkat device pada JSN yang bertugas melakukan pemantauan atau penyensoran terhadap suatu fenomena fisik tertentu, melakukan
Gateway Nodal
Internet Remote Users
(51)
10
pemrosesan terhadap data yang diperoleh dari fenomena fisik tersebut, dan mengirimkan data yang diperoleh tersebut kepada koordinator/gateway. Sebuah nodal sensor harus memenuhi kebutuhan minimum agar dapat berfungsi dengan baik pada JSN. Kebutuhan yang harus dipenuhi setiap nodal sensor ini berdasarkan kebutuhan masing-masing dari tiap aplikasi JSN dimana nodal tersebut diimplementasikan. Secara umum nodal sensor harus berukuran kecil, murah, efisien dalam mengkomsumsi energi, dilengkapi dengan perangkat sensor yang tepat untuk suatu pemantauan, mampu melakukan komputasi yang dibutuhkan dan memiliki sumber daya penyimpanan (memori), serta memiliki fasilitas komunikasi yang memadai.
Sebuah nodal sonsor tersusun dari lima komponen sebagai berikut [4] :
a. Controller
Controller meruapkan sebuah pengendali untuk memproses seluruh data. b. Memory
Memori merupakan media penyimpanan program-program dan data hasil pemrosesan. Pada umumnya tipe memori yang berbeda digunakan untuk menyimpan program dan data.
c. Sensor atau aktuator
Sensor merupakan antarmuka antara nodal sensor dengan lingkungan fisik, perangkat ini dapat mengamati parameter fisik dari lingkungan.
d. Communication Device
Komponen ini merupakan media untuk mengirimkan dan menerima informasi, yaitu melalui kanal nirkabel.
(52)
11
e. Power Supply
Komponen ini merupakan perangkat yang menyediakan sumber daya untuk kebutuhan elektrifikasi nodal sensor, sebagian besar nodal sensor menngunakan baterai sebagai sumber daya.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Komponen perangkat keras nodal sensor [4]
2.2.2 Media nirkabel
Media nirkabel merupakan unguided medium yang berarti bahwa perambatan sinyal tidak terbatas pada lokasi atau saluran yang sudah ditentukan sebagaimana ditentukan pada transmisi menggunakan kabel berpelindung tertentu. Pada media nirkabel gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang bebas antara pemancar dan penerima, dimana sinyal merambat bukan pada medium terbatas sebagaimana pada media transmisi kabel. Jaringan nirkabel menggunakan radio sebagai media transmisi informasinya. Radio adalah teknologi untuk pengiriman sinyal dengan cara modulasi dan radiasi elektromagnetik (gelombang elektromagnetik). Media nirkabel memiliki tingkat atenuasi sinyal yang lebih tinggi dibandingkan dengan media kabel. Kualitas kanal aktual tergantung pada beberapa faktor termasuk frekuensi, jarak antara pengirim dan penerima,
Memory
Controller Sensor/
Actuator Communication
device
(53)
12
kecepatan relatifnya, lingkungan propagasi (jumlah saluran atau path yang dilewati dan pelemahannya), dan lain-lain [6,7].
2.2.3 Nodal koordinator/gateway
Pada implentasinya JSN tidak cukup jika hanya dapat berinteraksi dengan dirinya sendiri. JSN harus mampu berinteraksi dengan perangkat informasi lainnya seperti PDA maupun perangkat komputer pengguna yang memberikan permintaan data dari JSN. Selain dapat melakukan pertukaran data pada perangkat tersebut, JSN juga harus mampu melakukan pertukaran data dengan perangkat internet.
2.2.4 PC server/administrator
PC server/administrator merupakan perangkat pengguna yang melakukan permintaan terhadap data hasil pemantauan oleh JSN, perangkat ini dapat berupa komputer yang terhubung secara langsung dengan koordinator/gateway.
2.3 Quality of Service (QoS) Jaringan Sensor Nirkabel (JSN)
Quality of Service (QoS) menunjukkan kemampuan sebuah jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik lagi bagi layanan trafik yang melewatinya. Quality of Services (QoS) suatu jaringan merujuk ke tingkat kecepatan dan keandalan penyampaian berbagai jenis beban data di dalam suatu komunikasi. Kemampuan JSN dalam menyediakan suatu penanganan terhadap permintaan data
(54)
13
hasil pemantauannya menentukan tingkat performansi JSN, tingkat performansi JSN bergantung pada bidang implementasinya. Mayoritas pengembangan JSN ditujukan untuk melakukan pemantauan terhadap fenomena fisik seperti temperatur, tekanan, kelambaban, atau lokasi dari suatu objek. Untuk aplikasi tersebut, mayoritas JSN didesain hanya untuk mendapatkan hasil berupa data (nilai hasil perhitungan dari pemantauan) dengan delay yang dapat ditoleransi dan menggunakan ukuran bandwidth minimal atau kecil. Tingkat performansi JSN pada implementasinya tersebut akan berbeda dengan tingkat performansi yang dibutuhkan untuk aplikasi JSN pada implementasi teknologi yang digunakan untuk mendapatkan tipe data yang berbeda. Untuk mengetahui Quality of Services (QoS) suatu JSN, perlu dilakukan kuantifikasi terhadap beberapa metrik parameter yang dapat mewakili QoS JSN. Beberapa parameter tersebut yaitu throughput, delay, jitter dan packet loss [1,3].
2.3.1 Delay [3]
Delay adalah waktu tunda seluruh paket yang berhasil sampai kepada tujuan pengirimannya, dimana waktu tunda tersebut merupakan selisih dari waktu sampainya paket dan waktu pengiriman paket. Rata-rata delay diperoleh dengan Persamaan 2.1 :
(55)
14
2.3.2 Throughput [3]
Throughput adalah jumlah total paket data yang berhasil sampai kepada tujuan pengiriman data dalam suatu satuan waktu. Pada umumnya pengukuran throughput dilakukan dalam satuan bits per second (bps). Perhitungan throughput tidak mengikutsertakan frame header namun hanya memperhitungkan payload yang dikirimkan. Hal ini dikarenakan throughput merupakan nilai dari data aktual (payload) yang sampai pada penerima tanpa mengikutsertakan nilai besarnya paket header yang disisipkan selama pengiriman data. Hal ini dapat dirumuskan dengan Persamaan 2.2 :
�� � − � ��ℎ �ℎ = � ℎ���� � �� �� � �� � � (2.2)
2.3.3 Packet Loss [3]
Packet loss merupakan suatu nilai yang menyatakan jumlah paket yang gagal disampaikan kepada tujuannya melalui media transmisi tertentu. Packet loss dapat disebabkan oleh berbagai faktor termasuk degradasi sinyal pada kanal jaringan, paket yang rusak (corrupt) menyebabkan ditolaknya paket pada transit, kegagalan pada perangkat jaringan, kegagalan dalam routing jaringan. Persentase Packet loss diperoleh dari Persamaan 2.3.
% 100 et dikirim Jumlah pak et sampai Jumlah pak et dikirim Jumlah pak s Packet Los
(56)
15
2.3.4.Jitter [2]
Jitter adalah variasi dari delay yang terjadi pada suatu pengiriman paket terhadap delay yang terjadi untuk paket yang sebelumnya dari keseluruhan paket yang diterima pada penerima. Perhitungan terhadap jitter diperoleh dari selisih waktu tempuh suatu paket dengan paket sebelumnya dari sumber ke tujuan pengiriman paket tersebut.
Waktu tempuh suatu paket dari sumber ke tujuan pengiriman paket tersebut disebut juga dengan latency.
1
n n
n Latency Latency
Jitter (2.4)
Di mana n adalah paket pada suatu waktu tertentu. Jika latency diekspresikan dalam,
n n
n Arrival Departure
Latency (2.5)
Di mana Arrivaln menunjukkan waktu kedatangan paket (paket sampai ke tujuan)
dan Departuren menunjukkan waktu keberangkatan paket (paket dikirim dari
sumber), maka jitter dapat ditulis sebagai,
1 1
n n n n
n Arrival Departure Arrival Departure
Jitter
(2.6) Persamaan tersebut dapat disusun kembali sehingga diperoleh,
1
1
n n n n
n Arrival Arrival Departure Departure
Jitter (2.7)
Jitter rata-rata dari sejumlah i paket yang dikirimkan dapat diperoleh dengan
i Jitter ter AverageJit i n n
(57)
16
2.4 MICAz Mote 2.4.1 Pemodelan Sistem
Simulasi adalah proses perancangan model dari sistem sesungguhnya dan melakukan beberapa eksperimen terhadap model tersebut untuk tujuan mengetahui kebiasaan sistem dan atau mengevaluasi operasi dari sistem tersebut [9].
Gambar 2.3. Arsitektur JSN MICAz Mote [9]
Gambar 2.3. diatas menunjukkan arsitektur JSN MICAz Mote, dimana beberapa nodal sensor tersebut membentuk suatu jaringan sensor nirkabel dan gateway sebagai pusat pengumpulan informasi. Jaringan sensor nirkabel tersebut terhubung oleh software pemantau untuk melihat hasil dari simulasi yang dilakukan.
(58)
17
Adapun nodal sensor yang digunakan terdiri dari MTS240CC + MPR2400CB. Sedangkan nodal gateway terdiri dari MIB520CA + MPR2400CB.
Berikut merupakan penjelasan dari beberapa sensor diatas.
Processing Board (MPR2400CA)
Gambar 2.4. MPR2400CA [9]
Gambar 2.4. merupakan platform radio dan pemrosesan yang berbasis pada mikrokontroler Atmel ATmega128L yang merupakan mikrokontroler daya rendah yang mampu menjalankan sistem operasi TinyOS dari internal flash memory yang dimiliki mikrokontroler ini. Dengan mengimplementasikan TinyOS, sebuah papan prosesor (MPR2400CA) dapat dikonfigurasi untuk menjalankan aplikasi penyensoran/pemrosesan dan kebutuhan jaringan/komunikasi radio secara bersamaan. Pada MPR2400CA terdapat konektor 51-pin yang merupakan penghubung dengan peripheral eksternal. Perangkat radio MPR2400CA memberikan kemampuan transmisi data kecepatan tinggi (250 kbps) [9].
(59)
18
Papan Sensor MTS420CC
Gambar 2.5. MTS420CC [10]
Gambar 2.5. merupakan papan sensor yang memiliki kapabilitas untuk melakukan pemantauan temperatur lingkungan. Jangkauan operasional dalam pemantauan temperatur ini berkisar dari -10oC hingga 60oC. Papan sensor MTS420CC dihubungkan dengan papan pemrosesan MPR2400CA melalui konektor 51-pin [10].
Mote Interface Board/MIB (MIB520CA)
(60)
19
Gambar 2.6. merupakan sebuah komponen MICAz Mote yang berfungsi sebagai gateway pada jaringan sensor. MIB520CA dihubungkan dengan papan pemrosesan MPR2400CA melalui konektor 51-pin [11].
2.4.2 Lapisan Fisik MICAz Mote
Lapisan fisik yang digunakan pada JSN yang dirancang dalam tugas akhir ini meliputi lapisan fisik nodal sensor dan lapisan fisik nodal gateway. Lapisan fisik untuk kedua komponen JSN tersebut berdasarkan pada lapisan fisik MICAz Mote. MICAz Mote merupakan modul mote 2,4 GHz yang digunakan pada jaringan sensor. Beberapa fitur yang dimiliki MICAz Mote yaitu :
a. Memiliki RF Transceiver yang berdasarkan standar IEEE 802.15.4
b. Beroperasi pada pita frekuens 2,4 GHz sampai 2,48 GHz yang termasuk ke dalam kelompok pita frekuensi ISM.
c. Mengimplementasikan teknik radio Direct Sequence Spread Spectrum yang memilik ketahanan terhadap interferens RF.
d. Memiliki data rate hingga 250 kbps.
e. Mampu melakukan komunikasi melalui medium nirkabel dan setiap nodal berkemampuan berfungsi sebagai router.
f. Memiliki konektor ekspansi untuk papan sensor cahaya, temperatur, RH, tekanan barometrik, accelerator / seismic, akustik, magnetik dan beberapa papan sensor dari crossbow lainnya.
(61)
20
2.5Network Simulator (NS)
Network Simulator versi kedua atau disebut juga NS-2 adalah sebuah open-source event-driven simulator. NS-2 merupakan sebuah perangkat lunak yang dikembangkan dengan lisensi open-source. Lisensi open-source tersebut mengizinkan setiap pengguna dapat mengakses kode sumber kompilasi NS-2. Dengan akses terhadap kode sumber ini, dapat dilakukan pengembangan, perbaikan, maupun modifikasi terhadap NS-2 oleh siapapun [6]. Dengan kontribusi terhadap pengembangan NS-2 dari berbagai pihak ini, membuat NS-2 menjadi perangkat lunak simulasi dengan kehandalan yang baik. Hal ini berlawanan dengan perangkat lunak yang berlisensi terbatas, di mana hanya hasil kompilasi dari kode sumber yang dipublikasikan kepada pengguna dan hanya kalangan terbatas yang dapat melakukan pengembangan dan perbaikan terhadap perangkat lunak tersebut.
2.5.1 Sejarah Perkembangan NS-2 [1]
NS-2 diciptakan pada tahun 1989 sebagai perangkat lunak untuk mendukung penelitian terhadap jaringan komunikasi. NS-2 terus mendapatkan revisi dan perbaikan dari beberapa kontributor yang berperan dalam pengembangan perangkat lunak simulator ini. Beberapa kontributor tersebut di antaranya adalah Universitas California dan Universitas Cornell yang mengembangkan REAL Network Simulator. REAL Network Simulator pada awalnya diimplementasikan sebagai perangkat lunak untuk mempelajari karakteristik dinamik dari skema kendali aliran dan kongesti (kemacetan) pada packet-switched data network. NS-2 diciptakan berdasarkan pada REAL Network Simulator. Sejak tahun 1995,
(62)
21
Defence Advance Research Project Agency (DARPA) mendukung pengembangan dari Network Simulator (NS) melalui proyek Virtual InterNetwork Testbed (VINT). Proyek VINT yang didanai oleh DARPA tersebut bertujuan untuk menciptakan sebuah simulator jaringan untuk mempelajari berbagai protokol yang berbeda untuk jaringan komunikasi. Saat ini, National Science Foundation (NSF) telah bergabung dalam usaha pengembangan perangkat lunak NS-2 ini. Selain itu, para peneliti dan pengembang tetap bekerja untuk menjaga dan meningkatkan kehandalan serta versatilitas perangkat lunak NS-2 ini.
2.5.2 Kelebihan NS-2
Kelebihan NS-2 adalah sebagai perangkat lunak simulasi pembantu analisis dalam riset atau penelitian. NS-2 dilengkapi dengan tool validasi. Tool validasi digunakan untuk menguji validitas pemodelan yang ada pada NS-2. Penggunaan simulasi pada NS-2 jauh lebih mudah, karena pada software ini user hanya membuat topologi dan skenario simulasi yang sesuai dengan riset.
Keuntungan lain dari NS-2 adalah perangkat lunak ini dapat didistribusikan kembali tanpa berbayar sehingga akan sangat memudahkan kalangan akademia maupun kalangan umum untuk menggunakannya sebagai perangkat lunak pendukung pembelajaran. NS-2 dapat digunakan untuk simulasi fungsi dan protokol jaringan kabel maupun jaringan nirkabel.
(63)
22
2.5.3 Arsitektur Dasar NS-2
NS-2 menyediakan sebuah perintah ns, yang merupakan sebuah perintah yang dapat dieksekusi (executable) oleh penggunanya. Dalam menjalankan simulasi pada NS-2, perintah ns tersebut membutuhkan argumen masukan. Argumen masukan yang dibutuhkan tersebut berupa nama dari skrip simulasi Tcl yang telah dipersiapkan untuk simulasi terlebih dahulu. NS-2 akan menjalankan simulasi berdasarkan skenario yang terdapat pada file skrip simulasi Tcl tersebut. Simulasi tersebut akan menghasilkan sebuah trace file yang berisikan data hasil simulasi. File tersebut akan digunakan sebagai dasar dalam menampilkan grafik hasil simulasi dan/atau menampilkan animasi simulasi. Gambar 2.7. menunjukkan arsitektur dari NS.
Gambar 2.7. Arsitektur dasar dari NS [10]
NS-2 dapat diperoleh dari situs resmi pendistribusian perangkat lunak simulator jaringan [10]. Perangkat lunak NS-2 dijalankan dengan dukungan dari komponen-komponen utama pendukung NS-2, yaitu Tcl/Tk, OTcl, dan TclCL. Tcl/Tk merupakan komponen bahasa pemrograman Tcl (Tool Command Language) yang
Objek Simulas
Objek Simulas TclCL
C++ OTcl
NS-2 Shell Executable Command (ns) Skrip Simulasi Tcl Trace file Simulasi NAM (Animasi ) Xgraph (Plotting )
(64)
23
dilengkapi dengan perangkat Tk, sebagai ekstensi bagi Tcl dalam menyediakan pustaka antarmuka grafis pengguna (graphical user interface) untuk berbagai sistem operasi. OTcl merupakan komponen utama untuk NS-2 untuk bahasa pemrograman OTcl (Object-oriented Tool Command Language).
Simulator NS-2 dijalankan dengan menggunakan dua bahasa pemrograman, yaitu C++ dan Object-orientes Tool Command Language (OTcl). C++ berfungsi dalam menangani mekanisme internal pada simulasi dengan NS-2. OTcl menangani interaksi langsung antara pengguna dengan simulator serta menangani interaksi antara objek-objek OTcl lainnya. C++ dan OTcl saling terhubung dengan menggunakan komponen TclCL. Variabel-variabel pada domain OTcl dipetakan pada objek C++. Variabel ini cenderung dikenal sebagai sebuah handle. Secara konseptual, sebuah handle (misal, n sebagai handle untuk nodal) hanyalah sebuah kalimat atau karakter biasa dan tidak memiliki fungsional apapun dalam domain OTcl. Fungsionalitas handle tersebut (misal, penerimaan paket) didefinisikan pada objek C++ yang dipetakan (misal, pada kelas connector pada domain C++). Dalam domain OTcl, sebuah handle berfungsi sebagai substansi untuk menangani interaksi simulator dengan pengguna, maupun interaksi dengan objek OTcl lainnya. Dalam melaksanakan fungsi ini, sebuah handle dapat mendefinisikan sendiri prosedur (procedure) dan variabel (variable) untuk memfasilitasi interaksi tersebut. Pada domain OTcl, procedure dan variable disebut dengan instance procedure (instproc) dan instance variable (instvar) secara berurutan. Tanpa adanya komponen-komponen tersebut, simulator NS-2 tidak dapat berjalan sebagaimana mestinya.
(65)
24
Selain komponen-komponen utama di atas, terdapat pula komponen-komponen pendukung yang bersifat opsional. Komponen-komponen opsional ini di antaranya adalah NAM (Network Animator), Zlib, dan Xgraph. NAM merupakan komponen untuk memvisualisasikan simulasi jaringan dan perjalanan paket pada simulasi. Zlib adalah file pustaka (library) yang dibutuhkan oleh NAM. Xgraph adalah komponen untuk memvisualisasikan data yang diperoleh dari simulasi ke dalam bentuk grafik. Kode sumber (source code) NS-2 terdistribusi dalam dua bentuk, yaitu bentuk terpadu (all-in-one) dan bentuk tidak terpadu. Pada bentuk terpadu, komponen-komponen utama pendukung NS-2 telah dipaketkan dalam sebuah sebuah file. Pada bentuk tidak terpadu, komponen-kompoen NS-2 tidak dipaketkan dalam sebuah file sebagaimana pada bentuk terpadu, sehingga pengguna harus mengunduh atau memperoleh masing-masing komponen dari pengembang penyedia masing-masing komponen tersebut.
Pada simulasi yang dilakukan terhadap JSN, setelah proses simulasi selesai akan diperoleh trace file sebagai file keluaran simulasi dimana dapat diperoleh data yang diinginkan. Untuk melakukan visualisasi simulasi, diperlukan pemrosesan tambahan terhadap file tersebut dengan menggunakan perangkat lunak lainnya. Salah satu perangkat lunak visualisator ini adalah iNSpect. Perangkat lunak iNSpect merupakan perangkat lunak visualisator untuk simulasi jaringan Mobile Ad-hoc Network (MANET).
(66)
25
2.6 Fenomena Propagasi Gelombang
Gelombang yang dipropagasikan melalui media nirkabel akan mengalami beberapa fenomena fisik yang mendistorsi bentuk gelombang asli yang diperoleh penerima. Distorsi menimbulkan ketidakpastian pada data asli yang dimodulasi dan dikodekan yang menyebabkan bit error pada penerima. Gambar 2.8. menunjukkan fenomena propagasi gelombang dasar.
(a) (b) (c)
Gambar 2.8. Ilustrasi fenomena propagasi gelombang pada media nirkabel [4].
Refleksi merupakan fenomena yang terjadi ketika suatu gelombang merambat pada medium A menumbuk perbatasan medium tersebut dengan medium B. Lapisan perbatasan antara kedua medium tersebut sangat halus, hal ini mengakibatkan sebagian dari bentuk gelombang akan dipantulkan kembali ke medium A, sedangkan sebagian yang lain akan dipancarkan ke medium B, sedangkan sisanya akan terserap, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.8.(a). Jika suatu gelombang yang merambat pada ruang bebas menumbuk permukaan yang lancip dapat menyebabkan gelombang tersebut mengalami difraksi sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.(b). Penghamburan gelombang terjadi ketika suatu gelombang yang merambat pada ruang bebas menumbuk permukaan yang kasar sehingga menyebabkan pantulan sinyal terhambur ke
(67)
26
segala arah sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.8.(c). Ketika pemancar dan penerima masing-masing bergerak terhadap yang lainnya, bentuk gelombang akan mengalami perubahan pada frekuensinya, berdasarkan efek Doppler. Terlalu banyak perubahan dapat menyebabkan penerima melakukan proses sampling sinyal pada frekuensi yang salah. Fenomena ini disebut dengan doppler fading [3,4,6].
2.6.1Model Propagasi
Model propagasi dilakukan untuk memprediksikan besarnya nilai daya sinyal yang diterima pada jarak tertentu dari pemancar. Pada lapisan fisik dari setiap nodal terdapat nilai ambang batas daya minimal penerimaan sinyal. Ketika suatu paket diterima dengan daya penerimaan sinyal di bawah nilai ambang batas tersebut, paket tersebut dianggap sebagai paket yang rusak dan dibuang pada lapisan MAC.
Berikut merupakan berbagai model propagasi.
1. Free Space Propagation Model
Model ini mengasumsikan keadaan propagasi ideal di mana hanya terdapat sebuah saluran line-of-sight antara pemancar dan penerima serta tidak terdapat penghalang yang menghalangi saluran transmisi tersebut. Model propagasi ini memprediksikan bahwa tingkat daya sinyal akan menurun dengan bertambahnya jarak pemisah antara pemancar dan penerima. Daya sinyal yang diterima oleh
(68)
27
antena penerima yang terpisah pada jarak d dimodelkan dengan persamaan ruang bebas Friss sebagai berikut,
d L G G P dPr t t r
2 2 2 4 (2.9)
Di mana Pr(d) adalah daya yang diterima sebagai fungsi jarak pemisahan
pemancar dan penerima, Pt adalah daya yang dipancarkan, Gt adalah gain antena
pemancar, Gr adalah gain antena penerima, d adalah jarak pemisahan antena
pemancar dan antena penerima dalam meter, adalah panjang gelombang dalam meter dan L adalah faktor rugi-rugi sistem. Nilai L di mana L ≥ 1 merupakan faktor rugi-rugi sistem yang dikarenakan oleh pelemahan sinyal pada saluran transmisi, rugi-rugi filter, dan rugi-rugi antena pada sistem komunikasi. Jika nilai L = 1 mengindikasikan tidak terdapat rugi-rugi pada perangkat keras sistem. Model Propagasi free space merepresentasikan jangkauan komunikasi dari perangkat komunikasi sebagai suatu lingkaran yang melingkupi pemancar. Jika penerima berada pada cakupan lingkaran tersebut, maka penerima akan menerima seluruh paket-paket. Jika posisi penerima berada di luar cakupan lingkaran tersebut maka penerima akan kehilangan seluruh paket-paket yang dipancarkan.
2. Ground Reflection Propagation (2-ray) Model
Model propasi ini memodelkan perambatan sinyal pada media nirkabel tidak hanya sebagai suatu saluran langsung (LOS) antara pemancar dan penerima, sebagaimana dimodelkan pada Model propagasi free space, namun juga mengikutsertakan saluran pantulan permukaan (ground reflection) perambatan
(69)
28
sinyal antara pemancar dan penerima. Model propagasi ini digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2.9. Model propagasi Ground Reflection (2-ray) [4]
Pada Gambar 2.9. di atas, ht adalah tinggi antena pemancar, hr adalah tinggi
antena penerima dan d adalah jarak pemisah yang memisahkan antena pemancar dan antena penerima. Pada model propagasi ini permukaan bumi dianggap sebagai permukaan yang datar sehingga sinyal yang diterima pada penerima merupakan hasil penjumlahan antara komponen sinyal yang merambat pada saluran langsung dan komponen sinyal yang merambat pada saluran terpantulkan (ground reflected). Sinyal yang diterima pada penerima untuk model propagasi ini diperhitungkan dengan persamaan
L d
h h G G P d
P t t r t r
r 4
2 2
(2.10)
Model propagasi two-ray ground reflection ini tidak memberikan hasil yang akurat jika dimodelkan untuk transmisi jarak dekat karena adanya osilasi yang disebabkan oleh kombinasi konstruktif dan destruktif dari gelombang-gelombang yang merambat pada saluran yang berbeda. Ketika jarak pemisahan d bernilai
(70)
29
kecil, maka model propagai free space lebih cocok untuk digunakan. Oleh karena itu, sebuah jarak cross-over, dc perlu diperhitungkan pada model ini. Ketika d < dc
maka persamaan model propagasi free space digunakan. Ketika d > dc maka persamaan model propagasi two-ray ground reflection digunakan. Jika jarak sama dengan jarak cross-over maka penggunaan persamaan untuk model propagasi free space maupun two-ray ground reflection akan memberikan hasil yang sama. Nilai jarak cross-over dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11 [3].
t r
c
h h
d 4 (2.11)
Tabel.2.1. Beberapa band frequency ISM [1].
Frequency comment
13.553 – 13.567 MHz 26.957 – 27.283 MHz 40.66 – 40.70 MHz
433 – 464 MHz Europe
902 – 928 MHz Only in the Americas
2.4 – 2.5 GHz Used by WLAN/WPAN technologies 5.725 – 5.875 GHz Used by WLAN technologies
24 – 24.25 GHz
Tabel 2.1. berisikan daftar beberapa band frekuensi Industrial Scientifik and Medical (ISM). Mayoritas alokasi band frekuensi yang populer digunakan pada aplikasi JSN adalah band frekuensi ISM. Band frekuensi ISM merupakan alokasi band frekuensi unlicense, dimana penggunaan band frekuensi tersebut tidak memerlukan perizinan dari pemerintah atau badan yang menangani masalah alokasi frekuensi.
(1)
45
e.Ketinggian nodal
Tinggi minimal : 0 meter Tinggi maksimal : 10 meter f. Nomor port : 2020
g.Protokol perutean : AODV h.Protokol transport : UDP
(2)
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Berdasarkan pengujian pengaruh ketinggian nodal sensor micaz note terhadap Quality of Services (QoS) jaringan sensor nirkabel dengan Network Simulator 2 dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai optimal dari hasil simulasi JSN dengan luas bidang 500 m x 500 m, waktu simulasi 10 detik, jumlah nodal sensor 4 sampai 144 nodal sensor, posisi nodal sensor secara teratur, ketinggian nodal sensor secara acak, dan interval waktu pengiriman 0,5 detik, 1 detik dan 2 detik dicapai dengan jumlah nodal sensor sebanyak 100 nodal.
2. Nilai rata-rata throughput, delay dan jitter cenderung mengalami kenaikan seiring dengan bertambah banyaknya nodal sensor yang digunakan hingga mencapai nilai optimal untuk setiap jumlah paket data yang dikirimkan dengan variasi ketinggian 0-5 meter dan 0-10 meter.
3. Nilai rata-rata packet loss cenderung mengalami penurunan seiring dengan bertambah banyaknya nodal sensor yang digunakan hingga mencapai nilai optimal untuk setiap jumlah paket data yang dikirimkan dengan variasi ketinggian 0-5 meter dan 0-10 meter.
4. Variasi interval waktu penyensoran 0.5 detik, 1 detik dan 2 detik dengan nilai optimal mempengaruhi nilai rata-rata throughput, delay dan jitter
(3)
74
namun tidak mempengaruhi nilai rata-rata packet loss dengan variasi ketinggian 0-5 meter dan 0-10 meter.
5. Nilai rata-rata throughput dengan nilai optimal cenderung mengalami penurunan seiring dengan bertambah interval waktu penyensoran dengan variasi ketinggian 0-5 meter dan 0-10 meter.
6. Nilai rata-rata delay dan jitter dengan nilai optimal cenderung mengalami kenaikan seiring dengan bertambah interval waktu penyensoran dengan variasi ketinggian 0-5 meter dan 0-10 meter.
7. Berdasarkan perbandingan simulasi dengan ketinggian 0 meter dan ketinggian acak, didapatkan nilai optimal untuk hasil Quality of Service (QoS) yang lebih baik pada ketinggian 0 meter. Hal tersebut menunjukkan bahwa ketinggian nodal sensor berpengaruh terhadap kinerja QoS JSN.
(4)
75
5.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian dan kesimpulan yang telah diperoleh maka disarankan,
1. Pada penelitian selanjutnya dapat menambahkan parameter kondisi lingkungan seperti faktor cuaca yang bervariasi agar lebih sesuai dengan kondisi lingkungan.
2. Pada penelitian selanjutnya dapat menambahkan parameter yang lebih kompleks, misalnya dengan mengasumsikan bidang simulasi yang lebih luas dan jumlah nodal sensor yang lebih banyak.
3. Pada penelitian selanjutnya dapat menghitung konsumsi daya yang digunakan pada setiap nodal sensor sehingga dapat diketahui lifetime dari masing-masing nodal sensor yang digunakan.
4. Pada penelitian selanjutnya dapat menggunakan algoritma tertentu terlebih dahulu untuk memastikan nilai minimal dan maksimal untuk mengetahui pengaruh ketinggian nodal sensor MICAz Mote terhadap QoS JSN.
(5)
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Stallings, William. Wireless Communication and Networks 2nd Edition. Pearson Prentice Hall Upper. 2005.
[2]. Ahmad, Fajar. Simulasi Pengaruh Posisi Nodal Sensor Terhadap Qos Jaringan Sensor Nirkabel Micaz Mote Dengan Network Simulator 2. Universitas Lampung. 2011
[3]. Hamdani, Fadil. Pemodelan dan Simulasi Jaringan Sensor Nirkabel Micaz Mote Berdasarkan Standar IEEE 802.15.4. Universitas Lampung. 2010. [4]. Karl, Holger and Willig, Andreas. Protocol and Architectures for Wireless
Sensor Networks. John Wiley and Sons. 2005, pp. 55.
[5]. Faludi, Robert. Building Wireless Sensor Networks. O’Reilly Media Inc. 2011
[6]. Laurent, A.M . Understanding Open Source and Free Software Licensing. O'Reilly Media. 2004.
[7]. Issariyakul, T and Hossain, E. Introduction to Network Simulator NS2. Springer Science. 2009.
[8]. Shannon, R.E. Introduction to the art and science of simulation. Proc. Of
the 30th conference on Winter simulation (WSC’98). 1989.
[9]. Crossbow. MPR2400CA Processor and Radio Platform Datasheet. Doc. 6020-0060-04 Rev A.
[10]. Crossbow. MTS420/400 Environtmental Sensor Board Datasheet. Doc. 6020-0053-04 Rev A.
[11]. Crossbow. MIB520 USB Interface Board Datasheet. Doc. 6020-0091-03 Rev A.
[12]. Network Simulator, www.isi.edu/nsnam/ns/, diakses pada tanggal 14 Agustus 2015 pukul 13.30 WIB
(6)
[13]. Yu, Y., Prasanna, V.K. and Krishnamachari, B. information processing and routing in wireless sensor networks. World Scientific Publishing. 2006. [14]. Perkins, C.E. and Royer, E.M. Ad-hoc On-Demand Distance Vector
Routing. February 1999. Proc. 2nd IEEE Workshop on Mobile Computer Systems and Applications, pp. 90-100.