2
2. Tinjauan Pustaka
Adapun penelitian terdahulu yang menjadi acuan dalam penelitian yang dilakukan adalah penelitian yang menjelaskan bahwa wireless sensor network
terdiri dari atas sejumlah sensor node yang bebas. Setiap node memiliki kemampuan untuk mengirim, menerima, dan mendeteksi. Selain itu sensor juga
dilengkapi peralatan pemrosesan, peralatan komunikasi dan power supply atau baterai. Melalui pendekatan berbasis geographical based, maka dibuat sebuah
simulasi yang nantinya diharapkan dapat memberikan jalur routing terpendek namun juga efisiensi energi yang digunakan oleh node sehingga terjadinya
penghematan jarak sebesar 10-20 [4].
Penelitian lain yang menjadi acuan dalam penelitian yang dilakukan adalah penelitian tentang pembuatan simulasi dengan yang menggunakan LEACH
protocol. Pada penelitian tersebut dijelaskan tentang bagaimana melakukan analisa dalam melakukan routing dan isu-isu desain jaringan pada WSN dengan
menggunakan LEACH protocol [5].
Penelitian lain yang juga dijadikan sebagai acuan dalam penelitian ini adalah penelitian yang menjelaskan tentang bagaimana membentuk suatu routing
alternatif dengan menggunakan gradient based sebagai algoritma yang rute pengiriman data. Dengan menggunakan pendekatan secara gradient atau jarak
relatif dan tidak menggunakan jarak absolut, nantinya akan dihasilkan sebuah rute terbaik yang bisa dihasilkan agar sistem tetap dapat berjalan meskipun terjadi
kerusakan dan kekurangan daya [6].
Berdasarkan penelitian-penelitian terdahulu mengenai efisiensi energi dan jarak yang menjadi rute dengan menggunakan metode Gradient Based dan
Georaphical Based, yang mampu memberikan efisiensi terhadap penggunaan energi, maka dilakukan penelitian yang membahas tentang penggunaan energi
node dengan memanfaatkan LEACH Protocol Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, yaitu dengan membuat sebuah simulasi agar dapat mempelajari
ketahanan energi terbaik meskipun terdapat node yang akan kehabisan energi. Dalam penelitian ini dilakukan perbandingan 2 protokol cluster pada WSN, yaitu
protokol LEACH dan Static-Clustering dengan menggunakan Network-Simulator 2.
Sebuah sensor network adalah infrastuktur yang terdiri dari penginderaan sensing, pengukuran computating, dan elemen komunikasi communication
yang memberikan administrator kemampuan untuk melakukan pengamatan dan memberikan reaksi terhadap suatu peristiwa maupun fenomena dalam suatu
lingkungan [7]. Kumpulan dari beberapa wireless sensor jika masing-masing diletakkan secara spesial dan diatur konfigurasinya, dapat disebut sebagai WSN
Wireless Sensor Network. WSN merupakan sensor yang menggunakan jaringan wireless untuk melakukan monitoring fisik atau kondisi lingkungan sekitar,
seperti suhu, getaran, suara, gelombang elektromagnetik, tekanan, gerakan, dll . Pada dasarnya jaringan komunikasi wireless sensor ini digunakan pada industri
ataupun aplikasi komersial lainnya yang kesulitan dengan sistem perkabelan. Area penggunaan dari wireless sensor ini adalah seperti sistem monitor tingkat polusi
atau kontaminasi udara, pengendali reaktor nuklir, sistem deteksi kebakaran atau
3 semburan panas bumi, area habitat monitoring, object tracking, traffic monitoring,
ataupun kondisi lainnya [8]. Routing protokol mengijinkan router-router untuk sharing informasi
tentang jaringan dan koneksi antar router. Sebuah jaringan terdiri dari beberapa node, yang pada umumnya paket data dikirim melewati beberapa node sebelum
akhirnya mencapai tujuan. Berikut merupakan berbagai macam routing yang ada pada WSN berdasarkan pada struktur jaringanya, routing dalam WSN dibagi
menjadi 3; Flat Routing, Hierarchical Routing, dan Location Based Routing [9].
Flat Routing memungkinkan setiap node biasanya memainkan peranan yang sama, dan sensor node bersama-sama berkolaborasi untuk melakukan tugas
penginderaan. Karena besarnya jumlah node maka tidak mungkin untuk memberikan pengenal global ke setiap node, yang menyebabkan flat routing
menjadi data-centric routing. Dimana base station mengirim queri ke daerah tertentu dan menunggu data dari sensor yang terletak di daerah yang dipilih.
Karena data yang diminta melalui queri tertentu, pemberian atribut dilakukan untuk menentukan sifat data yang akan diterima dan dikirim.
Hierarchical Routing membuat node dengan energi tinggi dapat digunakan untuk memproses dan mengirimkan informasi sementara node dengan energi
rendah dapat digunakan untuk melakukan penginderaan. Hal ini menyebabkan penentuan cluster head memberikan kontribusi untuk skalabilitas, lifetime, dan
kebutuhan energi. Routing ini merupakan cara yang efisien untuk menurunkan konsumsi energi dalam cluster dan dengan melakukan data aggegation and fusion
untuk mengurangi jumlah data yang ditransmisikan ke base station.
Location Based Routing bekerja dengan cara sensor node ditangani sesuai dengan lokasi mereka. Jarak antar node diperkirakan atas dasar kekuatan sinyal
yang masuk. Koordinat relatif antar node diperoleh dengan pertukaran informasi antar tetangga node, maupun dengan koordinat dari Global Positioning System
GPS
Protokol yang digunakan dalam penelitian ini adalah Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy LEACH. LEACH adalah cluster-based protocol. Jumlah
cluster head dan anggota cluster yang dihasilkan oleh LEACH menjadi parameter penting untuk mencapai kinerja yang lebih baik. LEACH merupakan clustering
adaptif protokol yang menggunakan pengacakan untuk mendistribusikan beban energi secara merata antara sensor dalam jaringan.
Dalam LEACH, node terorganisir didalam cluster lokal, dengan satu node yang bertindak sebagai cluster head. Cluster head dipilih secara prioritas dan
tetap didalam seluruh sistem selamanya, seperti dalam algoritma clustering konvensional, mudah untuk melihat bahwa sensor yang dipilih untuk menjadi
cluster head akan kehabisan energi dengan cepat, dan akibatnya akan mengakhiri komunikasi dari semua node dalam cluster tersebut. Sensor dipilih untuk menjadi
cluster head pada waktu tertentu dengan probabilitas tertentu. Setiap node menentukan cluster dengan memilih cluster head yang membutuhkan energi
komunikasi minimum.
4
Gambar 1 Cluster based mechanism of LEACH in WSN [5].
Gambar 1 menjelaskan bagaimana cara kerja LEACH dalam WSN dimana node- node akan membentuk sebuah cluster dan memilih cluster head yang nantinya
akan mengirimkan informasi ke base station
Operasi dari LEACH terbagi menjadi putaran-putaran dimana setiap putaran dibagi menjadi dua tahapan, tiap tahapan dimulai dengan set-up phase,
saat cluster mulai berorganisir diikuti oleh steady-state phase, saat data ditransmisikan ke base station terjadi yang digambarkan pada Gambar 2.
Gambar 2
Set-Up Phase dan Steady-state LEACH [9].
Setup phase dibagi lagi menjadi 3 tahapan yaitu Advertisement phase: dimana algoritma pemilihan Cluster Head dieksekusi yang digambarkan pada Gambar 2,
Cluster setup: node-node bergabung menjadi sebuah cluster, Broadcast schedule: head melakukan penjadwalan untuk melakukan broadcast ke member clusternya.
1
Gambar 3 Selection Algorithm [10]
1 [ mod1 ]
, P
if n G
P r P
T n otherwise
5
Identifikasi Masalah dan Pengumpulan Data
Perancangan Sistem
Analisis Hasil dan Penyimpulan Hasil
Eksperimen dan Pengumpulan Data
Gambar 3 menjelaskan tentang tahapan advertisement dimana algoritma akan memilih cluster head dengan sebuah probabilitas, node N akan memilih random
number antara 0-1, jika mTn untuk node n, maka node akan menjadi cluster head, dimana P merupakan persentasi dari total jumlah node, r adalah putaran
sementara, dan G adalah node yang belum menjadi cluster head selama 1P putaran. Dengan menggunakan batasan ini setiap node akan berkesempatan
menjadi cluster head selama 1P putaran. Selama putaran 0 r=0, setiap node berkesempatan P untuk menjadi cluster head. Pada tahap Steady-state phase ini
semua node akan mengirim data ke cluster headnya masing-masing, kemudian cluster head melakukan pengumpulan data dan melakukan transmisi untuk
mengirimkan data ke Base Station dengan menggunakan transmisi secara langsung.
3.
Metode dan Perancangan Sistem Tahapan penelitian pada perancangan simulasi ini melalui beberapa
tahapan yang terlihat pada Gambar 3.
Gambar 4 Tahapan Penelitian [11]
Tahapan penelitian pada Gambar 4 dapat dijelaskan sebagai berikut. Tahap pertama adalah identifikasi masalah dan pengumpulan data, dilakukan
pengumpulan data berupa informasi-informasi mengenai berbagai masalah yang terdapat pada wireless sensor network dalam hal ini yang menjadi fokus utama
adalah masalah penggunaan energi yang digunakan. Tahapan kedua adalah tahapan perancangan sistem, yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah
perancangan simulasi dari wireless sensor network. Tahapan ketiga adalah eksperimen, dimana dilakukan pengimplementasian LEACH protokol pada
lingkungan simulasi untuk mendapatkan data sebagai bahan analisis. Tahap keempat adalah pengujian serta analisis hasil dari implementasi LEACH protokol
pada simulasi.
6 Adapun perangkat keras dan lunak yang dibutuhkan untuk melakukan
simulasi dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Kebutuhan Sistem
Komponen Fungsi
Spesifikasi 1
Buah mesin
virtual
Sebagai Host dari simulasi
- Base Memory 768 MB
- Storage 8 GB
Ubuntu 10.10
32 bit
Sistem Operasi
mesin virtual dari simulasi
yang dibangun
Network Simulator 2
Sebagai Simulator yang menjalankan
LEACH protokol ns-allinone-2.34
Pada tahap perancangan sistem yang dilakukan adalah langkah-langkah perancangan Network Simulator 2, yang akan dipergunakan untuk mendapatkan
hasil data penggunaan energi setelah menggunakan LEACH protokol. Perancangan sistem didasarkan pada perencanaan area simulasi, jumlah node
sensor, lama waktu simulasi berjalan, dan sistem komunikasi node. Area simulasi ditetapkan sebagai luasan yang didefinisikan sebagai sumbu x dan sumbu y.
Jumlah node yang telah ditentukan kemudian diposisikan dengan aturan yang sudah ditentukan, dimana dalam perancangan ini node sensor diposisikan dengan
aturan
random. Keseluruhan
perencanaan parameter-parameter
ini diinisialisasikan yang kemudian menjadi kebutuhan untuk simulasi. Proses
algoritma pada protokol LEACH terbagi menjadi 2 fase, yaitu fase setup-state dan steady-state yang dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 5 Proses setup-phase pada LEACH [5]
7 Gambar 5 merupakan flowchart proses setup-phase dimana pada tahapan
ini node akan dipilih untuk menjadi cluster head dengan selection algorithm. Kemudian setiap node akan dicek kembali apakah node i merupakan cluster head,
node yang menjadi cluster head akan mengirimkan brodcast ADV kepada node- node disekitarnya, sementara node yang bukan cluster head akan menerima setiap
broadcast ADV dari cluster head, dan memilih akan bergabung dengan cluster terdekat. Node yang bukan cluster head akan mengirim kembali joint-Req kepada
node yang dia pilih, dan node yang menjadi cluster head akan menerima joint-Req dari node yang bukan cluster head dan membentuk cluster. Node non Cluster
head menunggu jadwal TDMA yang dibuat oleh cluster head, setelah cluster head membuat jadwal TDMA, kemudian jadwal dikirimkan ke anggota clusternya, dan
node non cluster head menerima dan proses steady-state selesai yang akan dilanjutkan dengan setup-phase yang digambarkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Proses steady-state pada LEACH [12]
Pada fase ini node akan diperiksa apakah merupakan sebuah cluster head, apabila merupakan cluster head maka, cluster head akan menerima data dari
semua anggota cluster. Node yang bukan cluster head hanya akan mengirim data sesuai dengan jadwal TDMA yang sudah diterima. Node cluster head akan
mengumpulkan dan melakukan kompresi terhadap data dan semua data yang sudah dikompresi akan dikirimkan ke Base Station, proses steady-state pun
selesai.
Parameter yang menjadi acuan untuk melihat kinerja dari LEACH dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Parameter Simulasi
Parameter Nilai
Area Simulasi 100 Yard x 100 Yard
Waktu Simulasi 3600 Putaran
Posis Base Station
50, 175
Energy Awal Node
2 Joule
8 Tabel 2 menjelaskan tentang parameter-parameter yang akan digunakan dalam
melakukan eksperimen dari penggunaan LEACH protokol. Penempatan Base Station pada koordinat x = 50 dan y = 175 yang dimaksudkan untuk
menyesuaikan dengan keadaan aslinya dimana Base Station selalu berada paling jauh dari node dan tetapi dekat dengan administrator. Penggunaan energi 2
Joulenode merupakan inisiatif dari penulis dikarenakan pada penelitian sebelumya telah digunakan energi 0.5
– 1 Joulenode [10], sehingga hasil yang akan didapatkan akan berbeda dari penelitian - penelitian sebelumnya.
4. Hasil dan Pembahasan
Kategori