IMPLEMENTASI KOMUNIKASI DATA DENGAN PROTOKOL ADHOC BERBASIS WSN UNTUK SMKS JEMBATAN

  

IMPLEMENTASI KOMUNIKASI DATA DENGAN PROTOKOL

ADHOC BERBASIS WSN UNTUK SMKS JEMBATAN _{1 2 3 1} Faridatun Nadziroh , Eko Setijadi dan Wirawan _2,3

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus Sukolilo, Surabaya

Intitut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus Sukolilo, Surabaya,

  

Kontak Person:

Faridatun Nadziroh

Jalan Deles 4 no. 19

  

Surabaya, 60117

Telp: 085655004205, E-mail: faridatun.nadziroh@yahoo.com

Abstrak

  

Terjadinya kerusakan suatu bangunan besar seperti jembatan adalah sebuah masalah serius, karena

jembatan merupakan infrastuktur penghubung antar tempat. Meminimalisir hal itu terjadi maka perlu

adanya sistem pemantauan secara berkala sehingga diterapkanlah Sistem Monitoring Kesehatan

Stuktur (SMKS) Jembatan. Proses komunikasi pada sistem ini memanfaatkan beberapa node yang

diposisikan dengan jarak tertentu dengan model komunikasi menggunakan sistem Wireless Sensor

Network (WSN). Dalam proses transmisi data sistem wireless sensor network menggunakan protokol

ad-hoc. Sehingga data-data yang di kirim antar node sudah di tata rapi dalam suatu paket data. Pada

sistem ini, node dikategorikan dalam dua golongan yakni tiga node sebagai node sensor dan satu

node sebagai node koordinator. Node koordinator sebagai penerima data hasil pembacaan sensor

pada node sensor yang kemudian data dikumpulkan pada komputer yang terhubung dengan node

koordinator, sedangkan node sensor sebagai pembaca dan pengolah data hasil dari sensor yang

kemudian data dikirimkan ke koordinator. Implementasi jaringan ad-hoc pada modul wireless sensor

network disini menggunakan perangkat RF XBee Pro Series 1 dan arduino due. Sedangkan sensor

meggunakan sensor accelerometer. Dari hasil pengukuran didapatkan beberapa nilai parameter

unjuk kerjanya dari node-node tersebut yakni nilai troughput sebesar117.57 Bps, packet loss sebesar

18.35% paket dan delay sebesar 1.3 detik.

  

Kata kunci: Ad-hoc, Xbee, arduino due, wireless sensor network, sistem monitoring kesehatan stuktur.

  Pendahuluan

  Jembatan merupakan suatu insfrastruktur penghubung antar daerah. Seiring berjalannya waktu, usia jembatan pun bertambah. Pertambahan usia jembatan ini memerlukan suatu pemeliharaan untuk menjaga kondisi jembatan tetap aman. Pemeliharaan secara rutin, rehabilitasi dan perbaikan sangatlah diperlukan agar tidak terjadi kerusakan yang berdampak buruk. Kerusakan suatu jembatan dapat terjadi kapanpun. Sebagai contoh, peristiwa runtuhnya Jembatan Kutai Kertanegara pada 26 November 2011 yang memiliki panjang 720 meter mengakibatkan mengakibatkan 13 orang tewas dan 32 orang terluka. Peristiwa ini disebabkan adanya beban yang melebihi batas maksimum jembatan tersebut [1].

  Untuk meminimalisir hal serupa terjadi diterapkanlah suatu sistem teknologi pemantauan untuk jembatan yakni SHMS (Structural Health Monitoring System) atau SMKS (Sistem Monitoring Kesehatan Struktur Jembatan). Sistem ini berguna untuk memberikan pemeliharan secara rutin pada jembatan. Dalam realisasinya SMKS menggunakan beberapa sensor dalam prosesnya. Sensor-sensor ini di letakkan pada jarak tertentu sehingga didapatkan kondisi dan hasil yang baik. Beberapa sensor yang digunakan pada SMKS yakni sensor gerakan dan getaran (accelerometer), sensor tekanan (pressure gauge), sensor suhu (thermocouple), dan sensor akustik (piezoelectric) [2]. Proses komunikasi antar sensor awalnya menggunakan kabel sehingga untuk installasi kabel sendiri memerlukan banyak biaya, menanggulangi hal itu maka ditawarkanlah sistem monitoring yang tidak memerlukan instalasi kabel yakni menggunakan jaringan sensor nirkabel atau WSN (Wireless Sensor Network) [3]. Dalam penelitian ini proses transmisi node-node sensor, dimana node-node di bagi menjadi dua jenis yakni node koordinator dan node sensor. Node koordinator atau sink sebagai pengumpul data dari node sensor yang bertransmisi. Komunikasi antar node menggunakan ZigBee (Standar IEEE 802.15.4). Sedangkan node sensor berfungsi sebagai pengolah data pembacaan sensor dan mengirimkannya pada node koordinator. Transmisi data memenfaatkan protokol ad-hoc. Sehinga data- data yang dikirim dari node sebelumnya sudah dikemas dalam paket-paket data yang didalamnya terdapat informasi alamat node pengirim agar ketika digabung dengan paket data dari node lain saat transmisi data dapat diketahui asal paket data yang di terima.

  Metode Penelitian Alur Pengambilan Data

  Dalam proses pengambilan data node sensor dan node coordinator digunakan alur penelitian sebagai berikut:

  Start Perancangan desain wireless sensor network pada jembatan Perancangan perangkat keras

  (hardware) yang terdiri dari node sensor dan node koordinator Integrasi perangkat keras

  (hardware) node sensor dan _{Data dikirim node sensor dan diterima node koordinator} node koordinator Tidak Ya Pengukuran delay, throughput, dan packet loss End

  

Gambar 1 Diagram alir proses pengambilan data.

  Proses pengambilan data diawali dengan perancangan desain sensor pada jembatan kemudian dilanjutkan dengan perancangan perangkat keras (hardware) yang terdiri dari node sensor dan node koordinator. Node koordinator atau sink sebagai pengumpul data dari node sensor yang bertransmisi. Sedangkan node sensor berfungsi sebagai pengolah data pembacaan sensor dan mengirimkannya pada node koordinator. Selanjutnya men-integrasikan antar perangkat keras (hardware). Setelah proses integrasi selesai maka proses transmisi dijalankan.

  Setelah proses integrasi perangkat keras berhasil dan data yang dikirimkan antar node berjalan lancar maka di lakukan pengambilan data melalui pengukuran dengan mengambil beberapa parameter diantaranya delay, throughput dan packet loss.

  Parameter Kinerja Simulasi

  Beberapa parameter yang akan diukur sebagai analisa kinerja sistem yakni:

  1. Packet Loss Packet Loss adalah parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang.Kegagalan tersebut dapat disebabkan oleh beberapa kemungkinkan, diantaranya yaitu:

  a. Terjadinya overload trafik didalam jaringan, b.

   Tabrakan dalam jaringan,

IV-36 SENTRA

  c. Error yang terjadi pada media fisik,

  d. Kegagalan yang terjadi pada sisi penerima antara lain dapat disebabkan karena overflow yang terjadi pada buffer. Packet loss dapat dirumuskan seperti pada persamaan:

  PL = Pl _{s – Pl r} (1)

  2. Throughput Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Throughput juga dapat di definisikan sebagai kecepatan transfer data yang diukur dalam satuan bit per sekon (bps).Troughput dapat dirumuskan seperti pada persamaan:

  Troughput (2) 3.

   Delay Delay atau waktu tunda adalah interval waktu yang dibutuhkan paket data untuk

  menempuh jarak dari data mulai di kirim sampai dengan data sampai ditujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, atau juga waktu proses yang lama.Delay dinyatakan dalam satuan detik atau second. Perhitungan delay di dapat dari mengurangkan waktu saat pengiriman paket data dengan waktu saat paket data di terima.Delay dapat dirumuskan seperti pada persamaan:

  Delay = t s – t r (3)

  Hasil Penelitian dan Pembahasan Perancangan Perangkat keras

  Perangkat keras teridiri dari dua bagian, yaitu bagian sensing sebagai pengambil data sensor dan bagian pengolahan data. Tiap bagian tersebut menggunakan perangkat keras yang berbeda sesuai dengan fungsinya masing-masing. Pada sisi node sensor penggunaan perangkat keras berbeda dengan perangkat keras pada sisi node koordinator.

  Gambar 2 Bentuk fisik node .

  Perancangan Node Koordinator

  Node koordinator terdiri dari mikrokontroler arduino due sebagai pengolah data serta Xbee sebagai modul komunikasi untuk dapat berkomunikasi dengan perangkat pada sisi node sensor. Pada sisi koordinator tidak menggunakan ataupun terhubung dengan sensor karena pada sisi koordinator ini hanya berfungsi sebagai penerima data dari node sensor. Pada node koordinator menggunakan mikrokontroler arduino duemilanove sebagai pengolah data dan modul komunikasi xbee untuk dapat terhubung secara nirkabel dengan node sensor. Selanjutnya, modul xbee sebagai modul komunikasi data. Xbee yang digunakan adalah Xbee Pro Series 1. Modul ini adalah perangkat dengan protokol standart IEEE 802.15.4. Xbee Pro Series 1 memiliki kemampuan berkomunikasi secara point-to-point, dan point-to-multipoint. Pada bagian node sensor modul xbee diatur agar dapat melakukan komunikasi data secara multipoint-to-point.

  Gambar 3 Susunan node koordinator.

  Perancangan Node Sensor

  Node sensor terdiri dari sensor accelerometer sebagai alat sensing, mikrokontroler arduino due sebagai pengolah data serta Xbee sebagai modul komunikasi untuk dapat terhubung dengan perangkat pada sisi node koodinator .

  Gambar 4 Susunan node sensor.

  Spesifikasi perangkat keras yang digunakan pada node sensor sama dengan spesifikasi perangkat keras yang digunakan pada node koordinator. Sedangkan untuk sensor menggunakan, sensor accelerometer tipe MMA 7361. Sensor ini mampu mempresentasikan tiga sumbu gerakan pada sumbu X, Y, dan Z yang telah disesuikan dengan titik grafitasi bumi. Sensor ini memiliki switch range ₂ getaran yaitu ±2 g dan ±6 g, dimana g adalah satuan untuk percepatan grafitasi m/s . Untuk penelitian ini range yang digunakan range terbesar yaitu ±6 g.

  Pengujian Sistem

  Pengujian dilakukan pada tiap node sensor. Pengujian dilakukan untuk mendapatkan data pembacaan sensor accelerometer sebelum dikirimkan pada node koordinator.

IV-38 SENTRA

  Gambar 6 proses pengambilan data.

  Untuk skenario pengambilan data terdiri dari 1 node koordinator dan 3 node sensor. Dimana setiap node sensor mengirimkan data ke koordinator. Jarak sepanjang 100 meter dan 12 meter. Berikut skenario desain letak sensornya.

  Gambar 8 Skenario desain sensor .

  Hasil pembahasan

  Dari sistem yang dilakukan, dengan mengacu jarak yang dipakai seperti pada penelitian [4] di dapatkan hasil beberapa parameter yakni sebagai berikut :  Throughput

  

Tabel 1 Pengukuran Throughput

Node Sensor Througput

  Node Sensor1 117.60 Node Sensor2 117.57 Node Sensor3 117.56

   Packet loss

  

Tabel 2 Pengukuran Packet Loss

Paket Paket Packet Loss % Node Sensor

  

Dikirim Diterima (paket)

  960 785 175

  18.229167 Node Sensor1 960 786 18.125 Node Sensor2 174 960 778 18.958333 Node Sensor3 182

   Delay node

  

Tabel 3 Pengukuran Delay

Node Sensor Delay (Detik)

  Node Sensor1

  1.59 Node Sensor2

  1.30 Node Sensor3

  1.35 Kesimpulan Dari hasil pembahasan dan uji coba, dapat di tarik kesimpulan sebagai berikut :

  1. Pada penelitian ini menunjukkan nilai unjuk kerja dari sistem wireless sensor network sebagai berikut :  Throughput node sensor rata-rata sebesar117.57 Bps  Packet loss node sensor sebesar 18.35% paket  Delay node sensor rata-rata sebesar 1.3 detik.

  2. Posisi jarak antar node bergantung pula pada kondisi lingkungan sekitar sehingga berpengaruh pada unjuk kinerja sistem komunikasi data WSN tersebut.

  3. Kondisi Line Of Sight sangatlah membantu memperoleh unjuk kinerja yang maksimal dalam komunikasi berbasis WSN ini.

  Daftar Notasi

  Keterangan : = Banyak paket loss (paket) = Banyak paket yang dikirim (paket) = Banyak paket yang diterima (paket)

  Troughput = Throuphput (bps) = Banyak paket yang diterima (paket) = Waktu pengambilan sampel (detik)

  Delay = Delay (s) = Waktu pengiriman paket data (s) = Waktu penerimaan paketdata (s)

  Referensi [1] Http://www.enn.com/top_stories/article/28124/print,diunduh pada tanggal 11 Desember 2013.

  [2] W. Dargie and C. Poellabauer. 2010. Fundamentals of Wireless Sensor Networks: Theory and Practice. John Wiley. [3] Wei Chen, Miguel R. D. Rodrigues and Ian Wassell. A Frechet Mean Approach for Compressive

  Sensing Date Acquisition and Reconstruction in Wireless Sensor Networks, IEEE Transactions on wireless communications, vol. 11, no. 10, October 2012. [4] Faridatun Nadziroh, Eko Setijadi dan Wirawan. Perbandingan Topologi dan Routing untuk

  Memanajemen Konsumsi Daya Sensor pada Sistem Monitoring Kesehatan Struktur (SMKS) Jembatan Berbasis WSN. SNSRT. 2015; volume : B.04.