Spesifikasi Sistem Flowchart SIMULASI ZIGBEE PADA JARINGAN SENSOR WIRELESS

38

BAB III SIMULASI ZIGBEE PADA JARINGAN SENSOR WIRELESS

3.1 Spesifikasi Sistem

Simulasi Zigbee pada tugas akhir ini menggunakan program NS-2 dengan spesifikasi berikut:  Sistem disimulasikan menggunakan virtualisasi pada Oracle Virtualbox v4.3.12.0 .  NS-2 yang digunakan adalah NS-2 v2.35.  Host operating system adalah Windows 7 Ultimate.  Guest operating system adalah Ubuntu v14.04 LTS Long Term Support .  Grafik hasil simulasi menggunakan program GNUPLOT v4.6.  Jarak antar simpul 250 m jarak default koneksi wireless pada NS-2 .  Frekuensi simulasi adalah 914 MHz frekuensi default pada NS- 2 .  Jumlah channel simulasi adalah 1 jumlah channel yang disediakan oleh NS-2.  Jumlah skema simulasi adalah 9 3 skema simulasi topologi jaringan star, 3 skema simulasi topologi jaringan mesh, dan 3 skema simulasi topologi jaringan tree. Universitas Sumatera Utara

3.2 Perancangan Skema Simulasi

Secara default, node-node dalam NS-2 hanya dapat berkomunikasi wireless dalam jarak 250 m. Untuk jarak simulasi 250 m, user harus mengubah nilai receiving threshold RX_Thresh pada lapisan PHY. NS-2 menyediakan sebuah program khusus berbahasa C++ dengan nama “threshold.cc” yang berguna bagi user yang hendak menyesuaikan konfigurasi dalam simulasi. Program ini bersifat ready to use yang berarti tidak perlu di- compile kembali sebelum digunakan. Program ini ditulis oleh peneliti University of Southern California dan terdapat pada direktori ~ns-allinone- 2.35ns-2.35indep-utilspropagation. Program ini bertujuan untuk menghitung nilai receiving threshold sesuai dengan jarak komunikasi yang kita hendaki. Perhitungan nilai receiving threshold menggunakan nilai default transmit antenna gain, receive antenna gain, system loss, path loss exp, shadowing deviation, close-in reference distance dan receiving rate. Program “threshold.cc” mengizinkan user untuk mengubah salah satu dari nilai default parameter yang digunakan dalam perhitungan nilai receiving threshold. Berikut daftar nilai default parameter yang dapat diubah pada program “threshold.cc”: 1. –pl : path loss exponent 2. –std : shadowing deviation 3. –pt : power transmit 4. –fr : frequency 5. –Gt : transmit antenna gain Universitas Sumatera Utara 6. –Gr : receive antenna gain 7. –L : system loss 8. –ht : transmit antenna height 9. –hr : receive antenna height 10. -d0 : reference distance Parameter-parameter sistem yang digunakan dalam simulasi yaitu: 1. Model propagasi radio : Shadowing 2. Network Interface : 914 MHz Lucent WaveLan DSSS 3. Channel : Single 4. Antena : Omni-Directional 5. Interface Queue : Drop Tail 6. MAC Type : IEEE 802.15.4 7. Protokol routing : AODV 8. Ukuran paket : 24 bit 9. Area : 3000 m X 3000 m 10. Waktu : 120 s 11. Jumlah node : 11 Parameter-parameter sistem yang berbeda dalam simulasi antara lain: 1. Topologi jaringan : Star, Mesh dan Tree 2. Receive rate : 0,8; 0,9 dan 0,95 3. Receiving threshold Universitas Sumatera Utara 4. IP Traffic : TCP dan UDP 5. Event 6. Jarak antar simpul Simulasi pada tugas akhir ini menggunakan model propagasi shadowing karena perhitungan kekuatan sinyal paket data hasil model propagasi shadowing diperkirakan lebih realistis dibandingkan dengan model propagasi free space dan two-ray. Model propagasi shadowing diperkirakan lebih realistis karena memperhitungkan efek propagasi multipath dengan memasukkan nilai path loss exponent dan nilai shadowing deviation ke dalam persamaan 2.1, 2.2 dan 2.3. Parameter network interface, antena dan interface queue yang digunakan dalam simulasi merupakan parameter default pada NS-2. Ukuran paket maksimum Zigbee adalah 127 bit. Dalam tugas akhir ini, Zigbee diasumsikan memiliki paket data berukuran 24 bit. Angka 24 bit diperkirakan sudah bisa mewakili ukuran paket sensor Zigbee. Karena simulasi ini merupakan simulasi Zigbee maka simulasi pada tugas akhir ini mengimplementasikan MAC IEEE 802.15.4 dan menggunakan protokol routing AODV. Skema simulasi terbagi atas 3 yaitu: 1. Skema simulasi A yang mengimplementasikan topologi jaringan star. 2. Skema simulasi B yang mengimplementasikan topologi jaringan mesh. 3. Skema simulasi C yang mengimplementasikan topologi jaringan tree. Universitas Sumatera Utara 42

3.2.1 Skema Simulasi A

Skema simulasi A dapat dilihat pada gambar 3.1. Gambar 3.1 Skema simulasi A Universitas Sumatera Utara Skema simulasi A menggunakan 11 simpul yang terdiri dari sebuah koordinator PAN dan 10 sensor yang bersifat RFD. Skema ini hanya menggunakan sensor RFD karena sensor hanya bersifat mengirim data ke koordinator PAN. Jarak antar simpul dibuat linear dari 150 m sampai 1500 m dengan beda 150 m. Jarak antar simpul dibatasi sebesar 1500 m mengacu pada datasheet Zigbee. Dengan demikian skema ini membutuhkan 11 simpul. Skema ini membutuhkan luas 3000 m x 3000 m untuk melingkupi seluruh simpul. Koordinator PAN yang berada di tengah memiliki koordinat 1200,1200. Untuk membuat jarak antar simpul sebesar 1500 m, maka salah satu simpul harus diletakkan pada koordinat 2700. Angka 2700 kemudian dibulatkan menjadi 3000 agar lebih mudah dalam penulisan. Area dibuat berbentuk persegi sehingga luas simulasi berukuran 3000 m x 3000 m. Simulasi hanya berlangsung selama 120 detik karena dalam kurun waktu 2 menit sudah mampu menghasilkan 500 paket data. Skema simulasi A ini menggunakan 10 wireless link 5 linkTCP dan 5 link UDP . Kedua link tersebut dijadwalkan bergantian dengan jarak yang bervariasi. Simulasi ini tidak bersifat clear channel karena model propagasi shadowing diprogram dengan receive rate maksimal 0,95. Skema simulasi A disimulasikan sebanyak 3 kali dengan receive rate sebagai berikut:

1. Receive rate 0,95

Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,95 didapat dari program “threshold.cc” dengan cara Universitas Sumatera Utara memasukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.95 1500 ” pada terminal Ubuntu. Gambar 3.2 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,95 pada jarak 1500 m Tabel 3.1 Event pada skema simulasi A dengan receive rate 0,95 Source Destination Link Distance m Time s 2 UDP 300 1 - 22 1 TCP 150 22 – 23 4 UDP 600 24 – 45 3 TCP 450 46 – 47 6 UDP 900 48 – 70 5 TCP 750 71 – 71.5 8 UDP 1200 72 – 95 7 TCP 1050 96 – 97 10 UDP 1500 98 – 115 9 TCP 1350 116 – 116.7

2. Receive rate 0,9

Dengan memasukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.9 1500 ” pada terminal Ubuntu, maka kita akan mendapatkan nilai Universitas Sumatera Utara receiving threshold untuk model propagasi shadowing dengan receive rate 0,9 pada jarak 1500 m. Gambar 3.3 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,9 pada jarak 1500 m Tabel 3.2 Event pada skema simulasi A dengan receive rate 0,9 Source Destination Link Distance m Time s 2 UDP 300 1 - 22 1 TCP 150 22 – 23 4 UDP 600 24 – 45 3 TCP 450 46 – 46.5 6 UDP 900 47 – 70 5 TCP 750 71 – 71.5 8 UDP 1200 72 – 82 7 TCP 1050 83 – 83.5 10 UDP 1500 84 – 110 9 TCP 1350 111 – 111.615

3. Receive rate 0,8

Masukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.8 1500 ” pada terminal Ubuntu untuk mendapatkan nilai receiving threshold pada Universitas Sumatera Utara jarak 1500 m untuk model propagasi shadowing dengan receive rate 0,8. Gambar 3.4 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,8 pada jarak 1500 m Tabel 3.3 Event pada skema simulasi A dengan receive rate 0,8 Source Destination Link Distance m Time s 2 UDP 300 1 - 22 1 TCP 150 22 – 23 4 UDP 600 24 – 45 3 TCP 450 46 – 46.5 6 UDP 900 47 – 70 5 TCP 750 71 – 71.5 8 UDP 1200 72 – 95 7 TCP 1050 96 – 96.5 10 UDP 1500 97 – 109 9 TCP 1350 110 – 110.25 Universitas Sumatera Utara 47

3.2.2 Skema Simulasi B

Skema simulasi B dapat dilihat pada gambar 3.5. Gambar 3.5 Skema simulasi B Universitas Sumatera Utara Berbeda dengan skema simulai A yang hanya menggunakan sensor RFD , seluruh simpul dalam skema simulasi B merupakan sensor yang bersifat FFD. Jaringan ini hanya menggunakan sensor FFD karena sensor harus mampu mengirim dan menerima data. Jarak antar simpul dalam simulasi ini yaitu 500 m, 600 m, 800 m dan 1000 m. Pemilihan jarak tersebut diperkirakan sudah bisa mewakili skema tanpa harus merubah luas 3000 m x 3000 m. Jumlah simpul dan waktu simulasi dalam simulasi ini sama dengan skema simulasi A agar tidak memunculkan faktor baru jumlah node dan waktu simulasi dalam analisis data. Skema simulasi B ini menggunakan 20 wireless link 10 link TCP dan 10 link UDP yang dijadwalkan bergantian dengan jarak yang bervariasi. Simulasi ini juga tidak bersifat clear channel. Skema simulasi B disimulasikan sebanyak 3 kali dengan receive rate sebagai berikut:

1. Receive rate 0,95

Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,95 didapat dari program “threshold.cc” dengan cara memasukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.95 1000 ” pada terminal Ubuntu. Universitas Sumatera Utara Nilai receiving threshold untuk skema simulasi B dengan receive rate 0,95 dapat dilihat pada gambar 3.6. Gambar 3.6 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,95 pada jarak 1000 m Tabel 3.4 Event pada skema simulasi B dengan receive rate 0,95 Source Destination Link Distance m Time s 1 UDP 1000 1 – 10 1 2 UDP 1000 11 – 20 2 7 UDP 800 21 – 30 7 10 UDP 600 31 – 40 2 6 UDP 600 41 – 50 6 9 UDP 600 51 – 60 10 6 UDP 800 61 – 70 6 1 UDP 800 71 – 80 7 6 UDP 1000 81 – 90 6 5 UDP 500 91 – 100 1 4 TCP 600 101 – 101.6 4 TCP 800 102 – 102.6 4 5 TCP 500 103 – 103.6 3 TCP 600 104 – 104.5 4 3 TCP 1000 105 – 105.5 3 8 TCP 800 106 – 106.5 4 8 TCP 600 107 – 107.5 Universitas Sumatera Utara 4 9 TCP 800 108 – 108.5 8 9 TCP 1000 109 – 114 9 10 TCP 1000 115 - 119

2. Receive rate 0,9

Dengan memasukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.95 1000 ” pada terminal Ubuntu, maka kita akan mendapatkan nilai receiving threshold untuk model propagasi shadowing dengan receive rate 0,9 pada jarak 1000 m. Gambar 3.7 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,9 pada jarak 1000 m Tabel 3.5 Event pada skema simulasi B dengan receive rate 0,9 Source Destination Link Distance m Time s 1 UDP 1000 1 – 10 1 2 UDP 1000 11 – 20 2 7 UDP 800 21 – 30 7 10 UDP 600 31 – 40 2 6 UDP 600 41 – 50 6 9 UDP 600 51 – 60 10 6 UDP 800 61 – 70 6 1 UDP 800 71 – 80 Universitas Sumatera Utara 7 6 UDP 1000 81 – 90 6 5 UDP 500 91 – 100 1 4 TCP 600 101 – 101.6 4 TCP 800 102 – 102.6 4 5 TCP 500 103 – 103.6 3 TCP 600 104 – 104.6 4 3 TCP 1000 105 – 105.6 3 8 TCP 800 106 – 106.6 4 8 TCP 600 107 – 107.6 4 9 TCP 800 108 – 108.6 8 9 TCP 1000 109 – 109.6 9 10 TCP 1000 110 – 110.72

3. Receive rate 0,8

Masukkan perintah “ .threshold –m Shadowing –r 0.8 1000 ” pada terminal Ubuntu untuk mendapatkan nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,8 pada jarak 1000 m. Gambar 3.8 Nilai receiving threshold pada model propagasi shadowing dengan receive rate 0,8 pada jarak 1000 m Universitas Sumatera Utara Tabel 3.6 Event pada skema simulasi B dengan receive rate 0,8 Source Destination Link Distance m Time s 1 UDP 1000 1 – 10 1 2 UDP 1000 11 – 20 2 7 UDP 800 21 – 30 7 10 UDP 600 31 – 40 2 6 UDP 600 41 – 50 6 9 UDP 600 51 – 60 10 6 UDP 800 61 – 70 6 1 UDP 800 71 – 80 7 6 UDP 1000 81 – 87.5 6 5 UDP 500 91 – 100 1 4 TCP 600 101 – 101.7 4 TCP 800 102 – 102.6 4 5 TCP 500 103 – 103.5 3 TCP 600 104 – 104.3 4 3 TCP 1000 105 – 105.5 3 8 TCP 800 106 – 106.5 4 8 TCP 600 107 – 107.5 4 9 TCP 800 108 – 108.5 8 9 TCP 1000 109 – 109.5 9 10 TCP 1000 110 – 110.5 Universitas Sumatera Utara 53

3.2.3 Skema Simulasi C

Skema simulasi C dapat dilihat pada gambar 3.9. Gambar 3.9 Skema simulasi C Universitas Sumatera Utara Skema simulasi C menggunakan 11 node yang terdiri dari 7 sensor yang bersifat FFD dan 4 sensor yang bersifat RFD. Jarak antar simpul dalam skema ini yaitu 500 m, 800 m, 1000 m, 1200 m dan 1500 m. Pemilihan jarak tersebut diperkirakan sudah bisa mewakili skema. Skema simulasi C ini menggunakan 12 wireless link 6 link TCP dan 6 link UDP dengan penjadwalan yang sama dengan skema simulasi B. Sama halnya dengan kedua skema simulasi sebelumnya, skema simulasi C juga tidak bersifat clear channel dengan waktu simulasi 120 detik dan luas 3000 m x 3000 m. Skema simulasi C disimulasikan sebanyak 3 kali dengan receive rate yang sama dengan kedua skema lainnya. Nilai receiving threshold untuk skema simulasi C sama dengan nilai receiving threshold untuk skema simulasi A karena kedua skema memiliki jarak antar simpul terjauh yang sama 1500 m. Tabel 3.7 Event pada skema simulasi C dengan receive rate 0,95 Source Destination Link Distance m Time s 7 3 UDP 1500 1 – 16 3 1 UDP 1000 17 – 32 1 UDP 500 33 – 48 2 UDP 500 49 – 64 2 5 UDP 800 65 – 80 5 9 UDP 1200 81 - 96 10 6 TCP 1500 101 – 101.5 6 2 TCP 1000 102 – 102.5 2 TCP 500 103 – 103.5 1 TCP 500 104 – 104.4 1 4 TCP 800 105 – 105.4 4 8 TCP 1200 106 – 106.39 Universitas Sumatera Utara Tabel 3.8 Event pada skema simulasi C dengan receive rate 0,9 Source Destination Link Distance m Time s 7 3 UDP 1500 1 – 16 3 1 UDP 1000 17 – 32 1 UDP 500 33 – 48 2 UDP 500 49 – 64 2 5 UDP 800 65 – 80 5 9 UDP 1200 81 – 95.7 10 6 TCP 1500 97 – 99 6 2 TCP 1000 100 – 102 2 TCP 500 103 – 105 1 TCP 500 106 – 108 1 4 TCP 800 109 – 111 4 8 TCP 1200 112 - 114 Tabel 3.9 Event pada skema simulasi C dengan receive rate 0,8 Source Destination Link Distance m Time s 7 3 UDP 1500 1 – 16 3 1 UDP 1000 17 – 32 1 UDP 500 33 – 48 2 UDP 500 49 – 64 2 5 UDP 800 65 – 80 5 9 UDP 1200 81 – 96 10 6 TCP 1500 101 – 102 6 2 TCP 1000 103 – 104 2 TCP 500 105 – 105.86 1 TCP 500 107 – 107.5 1 4 TCP 800 109 – 109.5 4 8 TCP 1200 111 – 111.3687 Universitas Sumatera Utara

3.3 Flowchart

Flowchart proses simulasi Zigbee dapat dilihat pada gambar 3.10. Gambar 3.10 Flowchart proses simulasi Zigbee Universitas Sumatera Utara Prosedur simulasi adalah sebagai berikut: 1. Skema jaringan, event dan parameter-parameter simulasi yang telah disiapkan diimplementasikan ke dalam file TCL dengan nama “star.tcl” untuk skema simulasi A, “mesh.tcl” untuk skema simulasi B dan “tree.tcl” untuk skema simulasi C. 2. Nilai receiving threshold dari program “threshold.cc”diimplementasikan ke dalam file “star.tcl”, “mesh.tcl” dan “tree.tcl”. 3. Eksekusi file “star.tcl”, “mesh.tcl” dan “tree.tcl” dengan memasukkan perintah “ ns star.tcl ”, “ ns mesh.tcl ” dan “ ns tree.tcl ” dalam terminal Ubuntu secara bergantian. 4. Hasil eksekusi file TCL akan menghasilkan trace files “trace- star.tr”, “trace-mesh.tr” dan “trace-tree.tr”. 5. Trace files diolah menggunakan program awk dengan script file awk bernama “filter.awk”. Script file menerima masukan data dari trace files kemudian memproses nilai data packets sent, data packets received dan data packets dropped untuk disimpan dalam file hasil olahan dengan nama “packets.tr” serta nilai sent time dan receive time untuk disimpan dalam file “sent-time.tr” dan “receive- time.tr”. 6. Dari file “sent-time.tr” dan “receive-time.tr” serta file TCL dibuat tabel berisi nilai sent time, receive time, source node, destination Universitas Sumatera Utara node dan packet size untuk menghitung nilai end-to-end delay dan throughput. 7. Nilai end-to-end delay dan throughput setiap skema yang telah dihitung digandakan ke dalam 18 file baru yaitu: 1. File “delay-star –r 0.95.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi A dengan receive rate 0.95. 2. File “delay-star –r 0.9.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi A dengan receive rate 0.9. 3. File “delay-star –r 0.8.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi A dengan receive rate 0.8. 4. File “delay-mesh –r 0.95.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi B dengan receive rate 0.95. 5. Fil e “delay-mesh –r 0.9.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi B dengan receive rate 0.9. 6. File “delay-mesh –r 0.8.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi B dengan receive rate 0.8. 7. File “delay-tree –r 0.95.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi C dengan receive rate 0.95. 8. File “delay-tree –r 0.9.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi C dengan receive rate 0.9. 9. File “delay-tree –r 0.8.tr” yang berisi nilai end-to-end delay dari skema simulasi C dengan receive rate 0.8. Universitas Sumatera Utara 10. File “throughput-star –r 0.95.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi A dengan receive rate 0.95. 11. File “throughput-star –r 0.9.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi A dengan receive rate 0.9. 12. File “throughput-star –r 0.8.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi A dengan receive rate 0.8. 13. File “throughput-mesh –r 0.95.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi B dengan receive rate 0.95. 14. File “throughput-mesh –r 0.9.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi B dengan receive rate 0.9. 15. File “throughput-mesh –r 0.8.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi B dengan receive rate 0.8. 16. File “throughput-tree –r 0.95.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi C dengan receive rate 0.95. 17. File “throughput-tree –r 0.9.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi C dengan receive rate 0.9. 18. File “throughput-tree –r 0.8.tr” yang berisi nilai throughput dari skema simulasi C dengan receive rate 0.8. 8. 18 file yang berisi nilai end-end delay dan throughput kemudian disajikan dalam bentuk grafik dengan program GNUPLOT. Prosedur untuk menampilkan grafik dengan GNUPLOT dilakukan dengan cara berikut: Universitas Sumatera Utara 1. Masukkan perintah “ gnuplot ” pada terminal Ubuntu untuk menjalankan program GNUPLOT. 2. Masukkan perintah “ set xlabel „nama kolom X‟ “ atau “ set ylabel „nama kolom Y‟ “ untuk memberi nama pada kolom X dan Y. 3. Masukkan perintah “ set term png “ dan “ set output “nama image” “ untuk mengkonversi hasil grafik GNUPLOT menjadi gambar dengan format png dan memberi nama gambar. Kedua perintah dimasukkan kembali setiap hendak menghasilkan grafik dalam format png. 4. Masukkan perintah “ p „delay-star –r 0.95.tr‟ with lines ” pada terminal Ubuntu untuk menghasilkan grafik end-to-end delay skema simulasi A dengan receive rate 0.95 dengan nama “delay-star –r 0.95.png”. 5. Masukkan perintah “ p „nama file‟ with lines ” pada terminal Ubuntu untuk menghasilkan grafik sesuai isi file. 6. Masukkan perintah “ p „nama file 1‟ with lines, „nama file 2‟ with lines dan seterusnya ” pada terminal Ubuntu untuk menggabungkan beberapa grafik menjadi satu. Grafik ini nantinya digunakan untuk analisis data. Universitas Sumatera Utara 61

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Simulasi

Simulasi jaringan dengan program NS-2 akan menghasilkan trace files. Trace files diolah menggunakan program awk untuk mendapatkan nilai parameter tertentu data packets sent, data packets received, data packets dropped , sent time dan received time. Nilai-nilai parameter yang didapat kemudian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik untuk memudahkan analisis. Tabel hasil simulasi terbagi atas 2 yaitu: 1. Tabel A : berisi nilai data packets sent, data packets received, data packets dropped dan ratio packet loss. Nilai ratio packet loss dihitung menggunakan persamaan 2.9. 2. Tabel B : berisi nilai sent time, received time, end-to-end delay dan throughput . Nilai end-to-end delay dan throughput dihitung menggunakan persamaan 2.4 dan 2.6. Grafik hasil simulasi terbagi atas 2 yaitu: 1. Grafik jumlah paket data terhadap end-to-end delay. 2. Grafik jumlah paket data terhadap throughput. Tabel B hasil simulasi dapat dilihat pada lampiran, sedangkan tabel A dan grafik hasil simulasi dapat dilihat pada sub-bab selanjutnya. Universitas Sumatera Utara