Simulasi Dan Analisis Kinerja Zigbee Pada Jaringan Sensor Wireless
BAB II
LANDASAN TEORI
4.1
Jaringan Sensor Wireless
Jaringan sensor wireless merupakan sebuah infrastruktur nirkabel yang
digunakan untuk mengukur, menghitung dan mengkomunikasikan elemenelemen guna memberi kemampuan bagi administrator untuk memantau,
mengatur dan bertindak terhadap suatu gejala atau fenomena dalam lingkungan
tertentu. Administrator dalam hal ini dapat berupa masyarakat umum,
pemerintah, komersial atau industri [1].
Secara garis besar jaringan sensor wireless dibagi atas [1]:
Category 1
1. Berbasis topologi jaringan mesh.
2. Menggunakan koneksi multihop dalam jaringan.
3. Memiliki rute yang dinamis dalam jaringan.
4. Digunakan dalam sistem militer dan keamanan negara.
Category 2
1. Berbasis point-to-point atau multipoint-to-point.
2. Menggunakan koneksi one-hop dalam jaringan.
3. Memiliki rute yang statis dalam jaringan.
4. Digunakan dalam sistem kontrol lingkungan.
2.1.1
Aplikasi Jaringan Sensor Wireless
Dahulu jaringan sensor hanya digunakan dalam teknologi aplikasi
canggih seperti sistem pendeteksi radiasi nuklir, sensor senjata pada kapal
4
Universitas Sumatera Utara
5
perang dan peralatan medis. Saat ini jaringan sensor sudah merambat ke
bidang lain seperti jaringan biologis, sensor kimia dan sebagainya [1].
Berikut contoh aplikasi jaringan sensor [1]:
Military applications
o Monitoring friendly forces and equipment
o Targeting
o Military-theater or battlefield surveillance
o Battle damage assessment
o Nuclear, biological, and chemical attack detection
Environmental applications
o Microclimates
o Forest fire detection
o Flood detection
o Precision agriculture
Health applications
o Remote monitoring of physiological data
o Tracking and monitoring doctors and patients inside a
hospital
o Drug administration
o Elderly assistance
Home applications
o Home automation
o Instrumented environment
o Automated meter reading
4.2
Zigbee
Zigbee merupakan salah satu teknologi jaringan wireless yang banyak
digunakan pada low power environment. Perangkat Zigbee beroperasi pada
frekuensi 868 MHz, 915 MHz dan 2.4 GHz. Data rate maksimum yang dapat
Universitas Sumatera Utara
6
dicapai oleh Zigbee sebesar 250 Kbps. Zigbee sangat ideal digunakan pada
aplikasi yang bertenaga baterai dengan data rate rendah, harga murah dan daya
tahan baterai lama [2].
Kebanyakan aplikasi Zigbee menghabiskan waktu dalam power saving
(sleep) mode. Dengan demikian, perangkat dapat beroperasi selama bertahuntahun sampai diperlukan pergantian baterai [2]. Zigbee dibagi atas 2 bagian.
Pertama, application layer (APL) dan network layer (NWK) yang diatur oleh
Aliansi Zigbee. Kedua, physical layer (PHY) dan medium access control layer
(MAC) yang distandarkan oleh IEEE 802.15.4.
2.2.1
Hubungan Zigbee dengan IEEE 802.15.4
Sebuah jaringan komunikasi (wired atau wireless) diciptakan
menggunakan konsep networking layers. Setiap layer bertanggung jawab
atas fungsi tertentu dalam jaringan. Layer melewatkan data dan perintah
hanya kepada layer yang tepat berada di atas atau di bawahnya [2]
Layer-layer pada Zigbee dapat dilihat pada gambar 2.1. Model layer
pada Zigbee dibuat berdasarkan referensi Open System Interconnect (OSI).
Gambar 2.1 Zigbee Layers [2]
Universitas Sumatera Utara
7
2.2.2
Frekuensi Operasi dan Data Rate Zigbee
Ada 3 frekuensi yang ditetapkan oleh IEEE 802.15.4 pada September
2006 yaitu [2]:
1.
868-868.6 MHz (868 MHz)
2.
902-928 MHz (915 MHz)
3.
2400-2483.5 MHz (2.4 GHz)
Tabel 2.1 Frekuensi Operasi dan Data Rate Zigbee [2]
Menurut IEEE 802.15.4, transceiver yang beroperasi di frekuensi 868
MHz harus mampu beroperasi di frekuensi 915 MHz dan sebaliknya. Oleh
karenanya, kedua frekuensi selalu digabung menjadi frekuensi operasi
868/915 MHz [2].
IEEE 802.15.4 memiliki spesifikasi bawaan dan optional bagi
frekuensi 868/915 MHz. Spesifikasi bawaan lebih mudah diimplementasikan
tetapi memiliki data rate rendah (20 Kbps dan 40 Kbps). Spesifikasi
optional lebih rumit diimplementasikan tetapi memiliki data rate sebesar
Universitas Sumatera Utara
8
250 Kbps. Jika user memilih untuk mengimplementasikan spesifikasi
optional, spesifikasi bawaan tetap harus digunakan karena transceiver akan
merubah mode-nya menjadi bawaan atau optional dalam pengoperasiannya
[2].
Transceiver 2.4 GHz mampu beroperasi di frekuensi 868/915 MHz
karena memiliki 16 channel. Frekuensi 868 MHz memiliki satu channel
sedangkan frekuensi 915 MHz memiliki 10 channel. Frekuensi 2.4 GHz
memiliki data rate dan jumlah channel tertinggi. Oleh karenanya,
transceiver 2.4 GHz lebih favorit di pasaran dibandingkan dengan
transceiver frekuensi lain. Akan tetapi IEEE 802.11b juga beroperasi pada
frekuensi yang sama dan keberadaanya dapat menimbulkan isu pada
beberapa aplikasi [2].
Ada 3 tipe modulasi dalam IEEE 802.15.4 yaitu binary phase shift
keying (BPSK), amplitude shift keying (ASK) dan offset quadrature phase
shift keying (O-QPSK). Pada BPSK dan O-QPSK, data digital merupakan
fase dari sinyal. Sedangkan data digital pada ASK merupakan amplitudo dari
sinyal [2].
2.2.3
Tipe dan Fungsi Device
Ada 2 tipe device dalam IEEE 802.15.4 yaitu full-function device
(FFD) dan reduced-function device (RFD). FFD mampu melaksanakan
semua tugas yang ditentukan oleh IEEE 802.15.4, sedangkan RFD memiliki
kemampuan yang terbatas. FFD dapat berkomunikasi dengan perangkat lain
Universitas Sumatera Utara
9
dalam jaringan, sedangkan RFD hanya dapat berkomunikasi dengan FFD.
RFD digunakan untuk aplikasi yang sangat sederhana seperti mengaktifkan
atau menonaktifkan switch. Kemampuan memproses dan ukuran memori
RFD lebih kecil dari FFD [2].
Dalam IEEE 802.15.4, FFD dapat berfungsi sebagai koordinator,
koordinator PAN atau device. Koordinator adalah FFD yang mampu
menyampaikan pesan. Jika koordinator tersebut juga merupakan ketua
pengontrol dari sebuah personal area network (PAN) maka disebut sebagai
koordinator PAN. Device yang tidak berfungsi sebagai koordinator atau
koordinator PAN dinamakan sebagai device [2].
Gambar 2.2 Tipe dan Fungsi Device dalam IEEE 802.15.4 [2]
2.2.4
Topologi Jaringan pada Zigbee
Bentuk jaringan pada Zigbee diatur dalam layer NWK. Jaringan yang
dibentuk harus sesuai dengan topologi-topologi jaringan yang di-support
oleh IEEE 802.15.4 yaitu star dan peer-to-peer [2].
Pada topologi jaringan star, setiap device dalam jaringan hanya dapat
berkomunikasi dengan koordinator PAN [2].
Universitas Sumatera Utara
10
Contoh topologi jaringan star dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Topologi Jaringan Star [2]
Pada
topologi
jaringan
peer-to-peer,
setiap
device
dapat
berkomunikasi dengan device lain jika jaraknya berdekatan. Semua FFD
dalam topologi jaringan ini dapat berfungsi sebagai koordinator PAN. FFD
pertama yang memulai komunikasi ditetapkan sebagai koordinator PAN.
Dalam jaringan peer-to-peer, semua device yang berpartisipasi dalam
menyampaikan pesan adalah FFD karena RFD tidak mampu menyampaikan
pesan. RFD dapat menjadi bagian dari jaringan tetapi hanya dapat
berkomunikasi dengan device tertentu (koordinator atau router) dalam
jaringan [2].
Gambar 2.4 Topologi Jaringan Mesh [2]
Topologi jaringan peer-to-peer dikenal sebagai topologi jaringan mesh
jika devices dalam jaringan tidak memiliki larangan dalam berkomunikasi
[2].
Universitas Sumatera Utara
11
Bentuk lain dari jaringan peer-to-peer adalah topologi jaringan tree.
Pada topologi jaringan tree, cabang-cabang dalam jaringan dibentuk oleh
router [2].
Gambar 2.5 Topologi Jaringan Tree [2]
Gambar 2.5 memperlihatkan bahwa pengiriman sebuah pesan dapat
menambah jangkauan suatu jaringan. Sebagai contoh, device A hendak
mengirim pesan kepada device B, tetapi terdapat sebuah barrier yang
menghalangi keduanya. Hal ini dapat diatasi dengan topologi jaringan tree.
Proses pengiriman pesan seperti ini disebut multihopping karena pesan hop
dari node ke node hingga mencapai destinasi. Proses ini berpotensi
menimbulkan message latency yang tinggi [2].
Topologi
jaringan
selalu
diciptakan
oleh
koordinator
PAN.
Koordinator PAN mengontrol jaringan dan melaksanakan tugas-tugas [2]:
1. Mengalokasikan alamat yang unik untuk setiap device dalam
jaringan.
2. Memulai, menghentikan dan mengarahkan pesan-pesan dalam
jaringan.
Universitas Sumatera Utara
12
3. Memilih sebuah PAN identifier untuk jaringan agar devices dapat
menggunakan metode 16-bit short-addressing sehingga mampu
berkomunikasi dengan device jaringan lain.
Setiap jaringan hanya
memiliki
sebuah koordinator
PAN.
Koordinator PAN membutuhkan waktu aktif yang lama sehingga
dihubungkan dengan power supply [2].
2.2.5
Layer pada Zigbee
PHY Layer
Layer terbawah pada Zigbee adalah PHY. Layer ini merupakan layer
yang paling dekat hubungannya dengan hardware. Layer ini mengontrol dan
berkomunikasi dengan transceiver radio secara langsung. Layer PHY
bertanggung jawab untuk mengaktifkan radio guna mengirim atau menerima
paket. Layer PHY juga memilih channel frekuensi dan memastikan bahwa
channel tersebut tidak sedang digunakan oleh device jaringan lain [2].
Struktur Umum Paket PHY
Data dan perintah dikomunikasikan antar devices dalam bentuk paketpaket. Struktur umum dari sebuah paket dapat dilihat pada gambar 2.6.
Paket PHY terdiri dari tiga bagian yaitu Synchronization header (SHR), PHY
header (PHR) dan PHY payload [2].
Gambar 2.6 Struktur Umum Paket PHY [2]
Universitas Sumatera Utara
13
SHR mengaktifkan receiver untuk memulai sinkronisasi dan
menguncinya menjadi bit stream. PHR berisi informasi panjang frame. PHY
payload disediakan oleh layer yang berada diatas dan berisi data atau
perintah untuk device penerima [2].
MAC frame (yang dikirim ke device lain sebagai PHY payload)
mempunyai tiga bagian. MAC header (MHR) berisi informasi alamat dan
keamanan. MAC payload mempunyai panjang yang berukuran variabel
(termasuk zero) dan berisi perintah atau data. MAC footer (MFR) berisi
sebuah 16-bit Frame Check Sequence (FCS) untuk verifikasi data [2].
NWK frame mempunyai dua bagian yaitu NWK header (NHR) dan
NWK payload. NWK header berisi informasi kontrol. NWK payload
disediakan oleh sublayer APS. Pada frame sublayer APS, APS header
(AHR) mempunyai kontrol APL layer dan informasi alamat. Auxiliary frame
header (Auxiliary HDR) berisi mekanisme keamanan pada frame
(penggunaan security key). NWK dan MAC frames juga mempunyai pilihan
auxilary header untuk tambahan keamanan. APS payload berisi data atau
perintah. Message Integrity Code (MIC) merupakan sebuah fungsi
keamanan pada APS frame untuk mendeteksi adanya perubahan yang
bersifat unauthorized pada isi pesan [2].
MAC Layer
Layer MAC merupakan interface antara layer PHY dengan layer NWK.
MAC bertanggung jawab untuk menghasilkan beacon dan mensinkronisasi
device dengan beacon (pada jaringan beacon-enabled) [2].
Universitas Sumatera Utara
14
Struktrur MAC Frame
IEEE 802.15.4 menyatakan struktur MAC frame dalam empat bagian
[2]:
a. Beacon frame
b. Data frame
c. Acknowledge frame
d. MAC command frame
Beacon frame digunakan oleh koordinator untuk mengirim beacon.
Beacon digunakan untuk mensinkronisasi waktu untuk semua device dalam
jaringan. Data dan acknowledge frame digunakan untuk mengirim data dan
menerima acknowledge dari frame penerima. MAC command dikirim
menggunakan MAC command frame [2].
Beacon Frame
Struktur beacon frame dapat dilihat pada gambar 2.7. Seluruh MAC
frame digunakan sebagai payload pada sebuah paket PHY. Isi dari PHY
payload berfungsi sebagai PHY Service Data Unit (PSDU) [2].
Dalam paket PHY,
preamble field digunakan oleh receiver untuk
sinkronisasi. Start-of-frame delimiter (SDF) mengindikasikan akhir dari
SHR dan awal dari PHR. Panjang frame menyatakan jumlah oktet PHY
payload (PSDU) [2].
MAC frame terdiri dari tiga bagian yaitu MAC header (MHR), MAC
payload dan MAC footer (MFR). Frame control field pada MHR berisi
informasi mengenai tipe frame, addressing field dan control flags lainnya.
Angka yang berurutan menyatakan beacon sequence number (BSN).
Universitas Sumatera Utara
15
Addressing field menyediakan alamat sumber dan alamat destinasi. Auxilary
security header bersifat tambahan untuk proses keamanan [2].
MAC payload disediakan oleh NWK layer. Superframe merupakan
frame yang dibatasi oleh dua beacon frame. Superframe bersifat tambahan
dalam jaringan beacon-enabled dan membantu menyatakan Guaranteed
Time Slot (GTS). Field GTS pada MAC payload menyatakan apakah GTS
digunakan untuk mengirim atau menerima [2].
Gambar 2.7 Struktur MAC Beacon Frame [2]
Beacon frame tidak hanya digunakan untuk mensinkronisasi device
dalam jaringan tetapi juga digunakan oleh koordinator untuk mengizinkan
device tertentu mengetahui status data. Jika ada data pending, device akan
menghubungi koordinator dan me-request data untuk dikirim ulang ke
device. Hal ini disebut indirect transmission. Pending address field pada
MAC payload berisi alamat device yang memiliki data pending. Setiap kali
device menerima sebuah beacon, koordinator akan memeriksa pending
address field untuk melihat apakah ada data yang pending untuk device atau
tidak [2].
Universitas Sumatera Utara
16
Beacon payload field bersifat optional untuk NWK layer dan dikirim
bersamaan dengan beacon frame. Receiver menggunakan Frame Check
Sequence (FCS) field untuk mengecek error pada frame penerima [2].
Data Frame
Struktur MAC data frame dapat dilihat pada gambar 2.8. Data payload
disediakan oleh NWK layer. Data pada MAC payload berfungsi sebagai
MAC Service Data Unit (MSDU). Field pada frame ini mirip dengan beacon
frame, tetapi tidak memiliki superframe, GTS dan pending address field.
MAC data frame berfungsi sebagai MAC Protocol Data Unit (MPDU) dan
menjadi PHY payload [2].
Gambar 2.8 Struktur MAC Data Frame [2]
Acknowledgement Frame
Frame ini merupakan format MAC frame yang paling sederhana dan
tidak memiliki MAC payload. Acknowledgement frame dikirim oleh device
untuk mengkonfirmasi bahwa paket telah diterima [2].
Gambar 2.9 Struktur MAC Acknowledgement Frame [2]
Universitas Sumatera Utara
17
Command Frame
Struktur MAC command frame dapat dilihat pada gambar 2.10.
Command type field menentukan tipe perintah. Command payload berisi
perintah bagi diri sendiri. Seluruh MAC command frame ditempatkan pada
PHY payload sebagai sebuah PSDU [2].
Gambar 2.10 Struktur MAC Command Frame [2]
NWK Layer
Layer NWK merupakan interface antara MAC dengan APL dan
bertanggung jawab untuk mengatur topologi jaringan dan proses routing.
Routing adalah proses memilih rute yang akan dilalui pesan untuk mencapai
destinasinya. Koordinator Zigbee dan router bertanggung jawab untuk
mencari dan mempertahankan rute-rute dalam jaringan [2].
APL Layer
Application (APL) layer merupakan layer teratas pada Zigbee dan
sebagai tempat dari objek aplikasi. Manufaktur mengembangkan objek
aplikasi agar sebuah device dapat dimodifikasi untuk berbagai aplikasi.
Universitas Sumatera Utara
18
Objek aplikasi mengontrol dan mengatur layer-layer pada Zigbee. Sebuah
device dapat memuat hingga 240 objek aplikasi [2].
Alliansi Zigbee menawarkan pilihan untuk menggunakan profil
aplikasi dalam mengembangkan sebuah aplikasi. Sebuah profil aplikasi
merupakan sebuah perjanjian pada aplikasi (format pesan khusus dan
tindakan memproses). Profil aplikasi mengizinkan interoperability antara
produk yang dikembangkan oleh berbagai vendor untuk aplikasi yang sama.
Jika dua vendor menggunakan profil aplikasi yang sama dalam
mengembangkan produknya, produk dari satu vendor akan mampu
berinteraksi dengan produk yang dibuat oleh vendor lain seolah-olah
keduanya dibuat oleh vendor yang sama [2].
Security Services
Dalam jaringan wireless, pesan yang dikirim dapat diterima oleh
semua device yang berdekatan termasuk penyusup. Ada 2 pertimbangan
keamanan
dalam
jaringan
wireless.
Pertama,
data
harus
bersifat
confidentiality. Device penyusup mendapatkan informasi hanya dengan
mendengarkan pesan yang dikirim. Mengenkripsikan pesan sebelum
pengiriman akan menyelesaikan permasalahan confidentiality. Algoritma
enkripsi memodifikasi sebuah pesan menggunakan string of bits yang
dikenal sebagai security key dan hanya penerima yang tepat yang dapat
membukanya. IEEE 802.15.4 mendukung penggunaan Advanced Encryption
Standar (AES) untuk mengenkripsi pesan-pesan [2].
Universitas Sumatera Utara
19
Pertimbangan kedua adalah device penyusup mampu memodifikasi
dan mengirim ulang pesan walaupun pesan tersebut telah dienkripsi. Dengan
adanya message integrity code (MIC) dalam frame, maka penerima dapat
mengetahui apakah pesan tersebut dimodifikasi sewaktu pengiriman. Proses
ini disebut data authentication [2].
Salah satu keterbatasan dalam mengimplementasikan fitur keamanan
pada Zigbee adalah sumber daya yang terbatas. Node-node pada Zigbee
memiliki kemampuan komputasi dan ukuran memori yang terbatas. Zigbee
ditargetkan untuk aplikasi low-cost dan hardware-nya tidak bersifat tamperresistant. Jika penyusup berhasil menguasai sebuah node dalam jaringan
maka security key dapat diperoleh dengan mudah dari memori device.
Tamper-resistant node dapat menghapus security keys jika ada tamper yang
terdeteksi [2].
4.3
NS-2
NS-2 adalah sebuah software simulasi yang telah diakui di seluruh dunia
untuk mempelajari sifat dinamis suatu jaringan komunikasi. Simulasi jaringan
wired atau wireless dari berbagai protokol dapat disimulasikan menggunakan
software NS-2 [3].
NS-2 merupakan simulator yang memiliki dampak besar dalam
pengembangan internet. NS-2 berperan sebagai alat untuk menemukan sifat
protokol, mengidentifikasi masalah dan menguji solusi yang diusulkan [3]. NS-2
didistribusikan sebagai software gratis dan open source.
Universitas Sumatera Utara
20
2.3.1
Pemodelan IEEE 802.15.4 ke dalam NS-2
IEEE 802.15.4 dimodelkan ke dalam NS-2 melalui 34 file yang
terdapat pada direktori ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35/wpan. File-file tersebut
diprogram oleh Jianliang Zheng dan Myung J. Lee dari The City University
of New York yang bekerja sama dengan Samsung Advanced Institute of
Technology. File-file pemodelan IEEE 802.15.4 terdiri atas 14 C header file
(.h), 10 C++ source file (.cc) dan 10 object code file (.o). Berikut file-file
pemodelan IEEE 802.15.4:
1. p802_15_4const.h
Header file p802_15_4const menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini berisi nilai maksimum untuk ukuran
paket, waktu peralihan Rx-to-Tx atau Tx-to-Rx, waktu CCA (Clear
Channel Assessment) bagi lapisan PHY dan nilai maksimum untuk
ukuran beacon payload, frame respond time, frame retries, frame
overhead, MAC frame size dan sebagainya bagi lapisan MAC.
2. p802_15_4csmaca.cc
Source
file
p802_15_4csmaca
“p802_15_4csmaca.h”,
menggunakan
3
“p802_15_4const.h”
file
yaitu
dan
“p802_15_4trace.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) untuk
802.15.4 terhadap lapisan PHY dan MAC, reset, adjust time,
canProceed, debug, new beacon, start, shutdown, cancel, backoff
handler, RX_ON_confirm, beacon other handler, defer CCA handler
dan CCA confirm.
Universitas Sumatera Utara
21
3. p802_15_4csmaca.h
Header
file
p802_15_4csmaca
menggunakan
3
file
yaitu
“p802_15_4timer.h”, “p802_15_4phy.h” dan “p802_15_4mac.h”
sebagai library. Header file ini memiliki kelas CsmaCA802_15_4
yang mendefinisikan struktur CSMA/CA untuk 802.15.4. Kelas
CsmaCA802_15_4 memiliki 5 friend class yaitu macBackoffTimer,
macWakeupTimer, macBeaconOtherTimer, macDeferCCATimer
dan Mac802_15_4 yang dapat mengakses nilai reset, adjust time,
start, stop, cancel, backoff handler, RX_ON_confirm, CCA_confirm
dan sebagainya.
4. p802_15_4csmaca.o
p802_15_4csmaca.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4csmaca.cc.
5. p802_15_4def.h
Header file p802_15_4def menggunakan file sebagai
library. Tipe data unsigned char, unsigned short dan unsigned int
didefinisikan sebagai suatu variabel baru didalam header file ini.
Header file ini juga berisi nilai data rate untuk berbagai frekuensi dan
nilai maksimum untuk delay propagasi.
6. p802_15_4fail.cc
Source file p802_15_4fail menggunakan file “p802_15_4fail.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur untuk add link failure,
update link failure, check addition link failure, add node failure,
update node failure dan check addition node failure.
Universitas Sumatera Utara
22
7. p802_15_4fail.h
Header file p802_15_4fail menggunakan file sebagai
library. Header file ini berisi 2 kelas yaitu LFAILLINK yang
mendefinisikan struktur
link failure
dan
NFAILLINK
yang
mendefinisikan struktur node failure.
8. p802_15_4fail.o
p802_15_4fail.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4fail.cc.
9. p802_15_4field.h
Header file p802_15_4field menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini menspesifikasikan Frame Control,
Superframe dan GTS (Guaranteed Time Slot).
10. p802_15_4hlist.cc
Source file p802_15_4hlist menggunakan file dan
“p802_15_4hlist.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
untuk add header list link, update header list link, check addition
updated header list link, empty header list link dan dump header list
link.
11. p802_15_4hlist.h
Header file p802_15_4hlist menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini berisi kelas HLISTLINK yang
mendefinisikan struktur header list untuk setiap paket yang diterima.
12. p802_15_4hlist.o
Universitas Sumatera Utara
23
p802_15_4hlist.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4hlist.cc.
13. p802_15_4mac.cc
Source
file
p802_15_4mac
“p802_15_4pkt.h”,
“p802_15_4csmaca.h”,
menggunakan
“p802_15_4mac.h”,
“p802_15_4sscs.h”,
8
file
yaitu
“p802_15_4const.h”,
“p802_15_4trace.h”,
“p802_15_4fail.h” dan “p802_15_4nam.h” sebagai library. Source
file ini berisi prosedur bagi MAC 802.15.4 handler untuk meng-handle
event. Source file ini juga berisi prosedur bagi MAC 802.15.4 untuk
inisialisasi, PD data confirm, PLME CCA confirm, PLME get confirm,
PLME set confirm, MCPS data request, MCPS data indication, MLME
get request dan sebagainya.
14. p802_15_4mac.h
Header
file
p802_15_4mac
“p802_15_4pkt.h”,
menggunakan
“p802_15_4phy.h”,
5
file
yaitu
“p802_15_4timer.h”,
“p802_15_4hlist.h” dan “p802_15_4transac.h” sebagai library.
Header file ini mendefinisikan struktur elemen koordinator PAN, task
pending,
elemen MAC ACL (m_CHANNEL_ACCESS_FAILURE,
m_FRAME_TOO_LONG,
m_NO_ACK,
m_NO_BEACON,
m_NO_DATA dan sebagainya) dan MAC PIB (macAckWaitDuration,
macBeaconPayLoad, macBeaconPayloadLength dan sebagainya).
Header file ini juga mendefinisikan enumerasi MAC dan atribut MAC
PIB. Header file ini berisi kelas Mac802_15_4 dengan 16 friend class
yaitu Phy802_15_4, Mac802_15_4Handler, macTxOverTimer,
Universitas Sumatera Utara
24
macTxTimer,
macExtractTimer,
macDataWaitTimer,
macAssoRspWaitTimer,
macRxEnableTimer,
macBeaconTxTimer,
macScanTimer,
macBeaconRxTimer,
macBeaconSearchTimer, macWakeupTimer, CsmaCA802_15_4,
SSCS802_15_4 dan Nam802_15_4 yang dapat mengakses nilai PD
data confirm, PLME CCA confirm, MCPS data confirm, MCPS data
indication, MLME reset confirm dan sebagainya.
15. p802_15_4mac.o
p802_15_4mac.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4mac.cc.
16. p802_15_4nam.cc
Source file p802_15_4nam menggunakan file “p802_15_4mac.h” dan
“p802_15_4nam.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
untuk add mac link, update mac link, get mac link, check addition mac
link, add attribute link, update attribute link, check addition atribute
link, find attribute link, tampilan NAM 802.15.4, flow atribute, change
playback rate, change node color, change backnode color, flash node
color, change mark color, flash node mark, change label dan flash link
fail.
17. p802_15_4nam.h
Header file p802_15_4nam memiliki 3 kelas yaitu MACLINK yang
mendefinisikan struktur link MAC, ATTRIBUTELINK yang
mendefinisikan
atribut
suatu
link
dan
Nam802_15_4
yang
mendefinisikan struktur tampilan node 802.15.4 dalam NAM.
Universitas Sumatera Utara
25
18. p802_15_4nam.o
p802_15_4nam.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4nam.cc.
19. p802_15_4phy.cc
Source
file
p802_15_4phy
menggunakan
9
file
yaitu
“p802_15_4pkt.h”,
“p802_15_4phy.h”,
“p802_15_4mac.h”,
“p802_15_4sscs.h”,
“p802_15_4const.h”,
“p802_15_4timer.h”,
“p802_15_4trace.h”, “p802_15_4fail.h” dan “p802_15_4nam.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi PHY 802.15.4
Timer untuk start, cancel dan meng-handle event. Source file ini juga
berisi prosedur bagi PHY 802.15.4 untuk transmit time, PD data
request, PD data indication, PLME CCA request, PLME get request,
measure quality link dan sebagainya.
20. p802_15_4phy.h
Header file p802_15_4phy menggunakan 3 file yaitu ,
dan “p802_15_4def.h” sebagai library. Header file
ini mendefinisikan enumerasi PHY (p_BUSY, p_IDLE, p_RX_ON,
p_TX_ON dan sebagainya), atribut PHY PIB (phyCurrentChannel,
phyChannelsSupported, phyTransmitPower dan phyCCAMode) dan
struktur PHY PIB. Header file ini berisi 2 kelas yaitu Phy802_15_4
dengan friend class Phy802_15_4Timer dan Phy802_15_4Timer
dengan friend class Phy802_15_4 yang dapat mengakses nilai
Universitas Sumatera Utara
26
transmit time, PD data request, PD data indication, CCA handler,
CCA report hander dan sebagainya.
21. p802_15_4phy.o
p802_15_4phy.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4phy.cc.
22. p802_15_4pkt.h
Header file p802_15_4pkt menggunakan 3 file yaitu ,
“p802_15_4const.h” dan “p802_15_4field.h” sebagai library. Header
file ini berisi struktur panAddrInfo (informasi address untuk PAN) dan
struktur
untuk
PHY
header
(lrwpan_beacon_frame,
lrwpan_data_frame, lrwpan_ack_frame, lrwpan_command_frame dan
hdr_lrwpan).
23. p802_15_4sscs.cc
Source file p802_15_4sscs menggunakan file “p802_15_4sscs.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi SSCS (scan
channels) 802.15.4 untuk start, cancel, handle event, status name,
MCPS data confirm, MCPS data indication, start koordinator PAN
dan start device.
24. p802_15_4sscs.h
Header file p802_15_4sscs menggunakan file “p802_15_4def.h” dan
“p802_15_4mac.h” sebagai library. Header file ini mendefinisikan
struktur sscsTaskPending (scan channels untuk task yang pending).
Header file ini memiliki 2 kelas yaitu SSCS802_15_4Timer dengan
Universitas Sumatera Utara
27
friend class SSCS802_15_4 dan SSCS802_15_4 dengan friend class
Mac802_15_4 dan SSCS802_15_4Timer yang dapat mengakses nilai
MCPS data confirm, MCPS data indication, MLME reset confirm,
MLME Rx enable confirm, MLME scan confirm dan sebagainya.
25. p802_15_4sscs.o
p802_15_4sscs.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4sscs.cc.
26. p802_15_4timer.cc
Source file p802_15_4timer menggunakan 4 file yaitu ,
,
“p802_15_4csmaca.h”
dan
“p802_15_4timer.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi MAC 802.15.4
timer untuk reset, start dan stop. Source file ini juga berisi prosedur
bagi MAC backoff timer, MAC Beacon Other Timer, MAC Defer CCA
Timer, MAC Tx Over Timer, MAC Tx Timer, MAC Extract Timer,
MAC Assosiation Recipient Wait Timer, MAC Data Wait Timer, MAC
Rx Enable Timer, MAC Scan Timer, MAC Beacon Tx Timer, MAC
Beacon Rx Timer, MAC Beacon Search Timer dan MAC Wakeup
Timer untuk meng-handle event.
27. p802_15_4timer.h
Header
file
p802_15_4timer
menggunakan
3
file
yaitu
, dan sebagai library. Header file
ini memiliki 15 kelas yaitu Mac802_15_4Timer, macBackoffTimer,
macBeaconOtherTimer, macDeferCCATimer, macTxOverTimer,
macTxTimer,
macExtractTimer,
macAssoRspWaitTimer,
Universitas Sumatera Utara
28
macDataWaitTimer,
macRxEnableTimer,
macBeaconTxTimer,
macBeaconSearchTimer
macScanTimer,
macBeaconRxTimer,
dan
yang
macWakeupTimer
dapat
mengakses nilai untuk meng-handle event.
28. p802_15_4timer.o
p802_15_4timer.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4timer.cc.
29. p802_15_4trace.cc
Source file p802_15_4trace menggunakan 4 file yaitu ,
, dan “p802_15_4trace.h” sebagai library.
Source file ini berisi prosedur tampilan header data 802.15.4, header
ACK 802.15.4, header beacon 802.15.4, header command 802.15.4,
nama objek dan sebagainya pada trace file.
30. p802_15_4trace.h
Header file p802_15_4trace menggunakan file sebagai
library. Header file ini mendefinisikan MAC subtype RTS dengan
alamat 0x0B, MAC subtype CTS dengan alamat 0x0C, MAC subtype
ACK dengan alamat 0x0D dan MAC subtype Data dengan alamat
0x00.
31. p802_15_4trace.o
p802_15_4trace.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4trace.cc.
32. p802_15_4transac.cc
Source
file
,
p802_15_4transac
menggunakan
“p802_15_4transac.h”
dan
3
file
yaitu
“p802_15_4pkt.h”
Universitas Sumatera Utara
29
sebagai library. Source file ini berisi prosedur untuk add device link,
update device link, number device link, check addition device link,
empty device link, dump device link, add transac link, update transac
link, number transac link, check addition transac link, empty transac
link dan dump transac link.
33. p802_15_4transac.h
Header file p802_15_4transac menggunakan 4 file yaitu ,
“p802_15_4def.h”, “p802_15_4const.h” dan “p802_15_4field.h”
sebagai library. Header file ini memiliki 2 kelas yaitu DEVICELINK
yang mendefinisikan struktur link antar device dan TRANSACLINK
yang mendefinisikan struktur link yang sedang bertransaksi (link yang
sedang dilalui data).
34. p802_15_4transac.o
p802_15_4transac.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4transac.cc.
2.3.2
Parameter-parameter Sistem
Model Propagasi Radio
Model propagasi radio adalah suatu formula matematika untuk
memprediksi besar kekuatan sinyal dari setiap paket yang diterima. Hasil
perhitungan dari model propagasi radio akan dibandingkan dengan nilai
receiving threshold yang tertera pada lapisan PHY setiap node. Paket dengan
kuat sinyal yang lebih kecil dari receiving threshold akan ditandai sebagai
error dan dibuang oleh lapisan MAC (Medium Access Control) [4].
Universitas Sumatera Utara
30
Ada 3 model propagasi radio yang di-support oleh NS-2 yaitu:
1. Free space model
Model propagasi ini mengasumsikan bahwa kondisi propagasi
yang ideal berupa satu jalur LOS (Line of Sight) antara pemancar
dan penerima [4].
2. Two-ray ground reflection model
Model propagasi ini memperhitungkan jalur LOS dan jalur ground
reflection [4].
3. Shadowing model
Model propagasi free space dan two-ray memprediksi kekuatan
sinyal dari paket yang diterima sebagai suatu fungsi yang bersifat
deterministik
terhadap
jarak.
Model
propagasi
shadowing
memprediksi besar kekuatan sinyal dari paket data yang diterima
sebagai suatu random variable pada jarak tertentu dikarenakan
efek propagasi multipath yang dikenal sebagai fading effects [4].
Model propagasi shadowing terbagi atas 2 bagian. Bagian pertama
dikenal sebagai path loss model yang memprediksi besar rata-rata
kekuatan sinyal dari paket yang diterima pada jarak tertentu.
Berikut persamaan path loss model [4]:
Pr(d 0) d
Pr(d ) d 0
......... .......................................... 2.1
Keterangan:
Pr(d0)
= besar kekuatan sinyal dari paket yang diterima
pada jarak referensi d0 (W)
Universitas Sumatera Utara
31
Pr(d)
= besar kekuatan sinyal dari paket yang diterima
pada jarak d (W)
d
= jarak (m)
d0
= jarak referensi (m)
�
= path loss exponent
Tabel 2.2 Beberapa nilai path loss exponent � [4]
β
Lingkungan
Free Space
2
Shadowed urban area
2.7 - 5
Dalam
Line of sight
1.6 – 1.8
gedung
Obstructed
4-6
Outdoor
Persamaan path loss model biasanya dihitung dengan
satuan decibel (dB) sehingga persamaan (3.1) diubah menjadi [4]:
Pr(d 0)
d
Pr(d ) 10 log d 0 .................................. 2.2
Bagian
kedua
dari
model
propagasi
shadowing
memperlihatkan variasi dari kekuatan sinyal dari paket yang
diterima pada jarak tertentu. Bagian kedua dari model propagasi
shadowing merupakan distribusi Gaussian dengan satuan dB
(Decibel) dan simbol XdB [4].
Universitas Sumatera Utara
32
Dengan menggabungkan kedua persamaan diatas maka kita
mendapatkan rumus overall shadowing model sebagai berikut [4]:
Pr(d 0)
d
Pr(d ) 10 log d 0 XdB ............................. 2.3
Tabel 2.3 Beberapa nilai shadowing deviation �dB [4]
Outdoor
�dB (dB)
4 - 12
Factory, line of sight
�dB (dB)
Office, hard partition
7
Factory, obstructed
6.8
Office, soft partition
9.6
Lingkungan
Lingkungan
3-6
Network Interface
Network interface berfungsi sebagai interface hardware yang
digunakan oleh node untuk mengakses channel. Network interface yang
digunakan dalam NS-2 adalah 914 MHz Lucent WaveLan DSSS (Direct
Sequence Spread Spectrum) radio interface.
Receiving Threshold
Nilai receiving threshold diatur dalam layer PHY. Receiving threshold
berperan penting dalam proses penerimaan paket data.
Receive Rate
Noise dalam NS-2 digambarkan dengan receive rate. Receive rate
merupakan ukuran keberhasilan receiver dalam menerima paket data. Nilai
dari receive rate berkisar antara 0-1. Apabila receive rate bernilai 0.8 maka
80% paket data berhasil diterima oleh receiver. 20% paket data yang tidak
Universitas Sumatera Utara
33
berhasil diterima oleh receiver menyatakan seberapa besar noise yang
terdapat pada sistem komunikasi tersebut [4].
Antena
Fungsi antena adalah mengubah sinyal listrik menjadi sinyal
elektromagnetik, lalu meradiasikannya. Dan sebaliknya, antena juga dapat
berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik dan mengubahnya
menjadi sinyal listrik.
Berdasarkan pola radiasinya antena dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Antena Directional / Unidirectional
Antena directional merupakan jenis antena yang memiliki sudut
pemancaran yang kecil sehingga daya yang dipancarkan oleh
antena lebih terarah dan relatif mampu menjangkau jarak yang
cukup jauh. Antena directional mengirim dan menerima sinyal
radio hanya pada satu arah.
2. Antena Omni-Directional
Antena omni-directional mempunyai pola radiasi sinyal 360o
dalam bidang tegak lurus berdasarkan medan magnetnya. Antena
omni-directional mengirim dan menerima sinyal radio dari semua
arah secara sama. Antena omni-directional banyak digunakan
dalam wireless sensor networks (WSNs) karena pola radiasinya
360o arah horizontal sehingga tidak ada sinyal radio yang terbuang
percuma ke tanah atau langit.
Universitas Sumatera Utara
34
Interface Queue
Antrian dalam jaringan merupakan sekumpulan paket data yang
menunggu untuk ditransmisikan. Dibutuhkan suatu algoritma untuk
mengatur antrian pada jaringan.
Beberapa algoritma antrian yang di-support oleh NS-2 yaitu:
1. Drop Tail
Drop Tail merupakan algoritma pengaturan antrian yang sangat
sederhana. Setiap paket diperlakukan sama. Ketika antrian telah
mencapai kapasitas maksimal, semua paket yang tiba di-drop
sampai antrian memiliki ruang yang cukup untuk menerima
kembali [5].
2. Random Early Detection (RED)
RED merupakan algoritma pengaturan antrian yang lebih rumit.
RED menghitung nilai average queue length setiap paket data dan
membandingkannya dengan nilai queue length threshold. RED
mengambil tindakan untuk memasukkan paket dalam antrian atau
drop paket berdasarkan hasil perbandingan tersebut [5].
PriQueue digunakan dalam sistem antrian NS-2. PriQueue merupakan
prioritas antrian yang diberikan kepada paket-paket protokol routing
sehingga paket-paket tersebut diposisikan di awal antrian.
Link Layer (LL)
Setiap paket yang akan dikirim atau diterima pasti melalui LL. Dalam
LL terdapat modul ARP (Address Resolution Protocol) yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
35
dalam proses pengiriman data. ARP merupakan suatu protokol untuk
memetakan IP address ke alamat fisik (dikenal dengan istilah MAC
address).
Protokol Routing
Protokol routing yang digunakan Zigbee adalah AODV (Ad hoc OnDemand Distance Vector). AODV merupakan algoritma berdasarkan
permintaan, yang berarti hanya membangun rute antar node apabila ada
permintaan dari source node. Rute dipertahankan selama masih dibutuhkan
oleh source node. Ketika source node hendak mengirim data ke node lain
dan belum memiliki rute, maka source node mem-broadcast paket RREQ
(route request) dalam jaringan. Node yang menerima paket RREQ akan
memperbaharui paket dengan informasi tambahan (IP address, current
sequence number dan broadcast ID) dan mengirim pointer kembali ke
source node. Node yang memiliki destinasi yang dikehendaki source node
akan mengirim RREP (route reply) [6].
Internet Protocol (IP) Traffic
Ada 2 jenis IP Traffic yaitu TCP (Transmission Control Protocol) dan
UDP (User Datagram Protocol).
Tabel 2.4. Perbandingan antara TCP dan UDP [7]
TCP
Koneksi
Connection-oriented
protocol
UDP
Connectionless protocol
Universitas Sumatera Utara
36
Cocok digunakan untuk
aplikasi yang memerlukan
Kegunaan
daya tahan tinggi dan waktu
transmisi tidak begitu
Cocok digunakan untuk
aplikasi yang memerlukan
transmisi cepat dan efisien
seperti sensor
penting
UDP umumnya lebih cepat
Kecepatan
TCP umumnya lebih lambat
dari TCP karena tidak
dari UDP
adanya error-checking
pada paket
Parameter Dasar
Parameter dasar suatu sistem simulasi jaringan antara lain:
Jarak
Area
Waktu
Jumlah Node
Event
Pengaturan parameter dasar sistem yang baik membuat simulasi
bersifat realistis dan dapat dipertanggungjawabkan.
2.3.3
Parameter-parameter Simulasi
End-to-end Delay
End-to-end delay merupakan waktu yang dibutuhkan oleh paket data
untuk mencapai destinasi. End-to-end delay dihitung dari mode ke
koordinator PAN dengan satuan detik.
End _ to _ end _ delay (s) Re ceived _ time(s) Sent _ time(s) .... 2.4
Average _ end _ to _ end _ delay ( s)
End _ to _ end _ delay (s) . 2.5
banyak _ paket
Universitas Sumatera Utara
37
Throughput
Throughput merupakan besar aliran data yang diterima tiap detik
(kbit/s). Throughput dihitung dengan membagikan besar ukuran paket data
yang diterima dengan end-to-end delay.
Packet _ size(kbit)
kbit
.................... 2.6
Throughput
s End _ to _ end _ delay ( s)
kbit
Average _ throughput
s
kbit
s
................ 2.7
banyak _ paket
Throughput
Packet Loss
Packet Loss menunjukkan banyaknya paket data yang hilang dalam
suatu jaringan. Packet Loss dihitung dengan membagikan packet dropped
dengan packet sent.
Packet _ dropped Packet _ sent Packet _ received ......... 2.8
Packet _ loss(%)
Packet _ dropped
x100% ....................... 2.9
Packet _ sent
Universitas Sumatera Utara
LANDASAN TEORI
4.1
Jaringan Sensor Wireless
Jaringan sensor wireless merupakan sebuah infrastruktur nirkabel yang
digunakan untuk mengukur, menghitung dan mengkomunikasikan elemenelemen guna memberi kemampuan bagi administrator untuk memantau,
mengatur dan bertindak terhadap suatu gejala atau fenomena dalam lingkungan
tertentu. Administrator dalam hal ini dapat berupa masyarakat umum,
pemerintah, komersial atau industri [1].
Secara garis besar jaringan sensor wireless dibagi atas [1]:
Category 1
1. Berbasis topologi jaringan mesh.
2. Menggunakan koneksi multihop dalam jaringan.
3. Memiliki rute yang dinamis dalam jaringan.
4. Digunakan dalam sistem militer dan keamanan negara.
Category 2
1. Berbasis point-to-point atau multipoint-to-point.
2. Menggunakan koneksi one-hop dalam jaringan.
3. Memiliki rute yang statis dalam jaringan.
4. Digunakan dalam sistem kontrol lingkungan.
2.1.1
Aplikasi Jaringan Sensor Wireless
Dahulu jaringan sensor hanya digunakan dalam teknologi aplikasi
canggih seperti sistem pendeteksi radiasi nuklir, sensor senjata pada kapal
4
Universitas Sumatera Utara
5
perang dan peralatan medis. Saat ini jaringan sensor sudah merambat ke
bidang lain seperti jaringan biologis, sensor kimia dan sebagainya [1].
Berikut contoh aplikasi jaringan sensor [1]:
Military applications
o Monitoring friendly forces and equipment
o Targeting
o Military-theater or battlefield surveillance
o Battle damage assessment
o Nuclear, biological, and chemical attack detection
Environmental applications
o Microclimates
o Forest fire detection
o Flood detection
o Precision agriculture
Health applications
o Remote monitoring of physiological data
o Tracking and monitoring doctors and patients inside a
hospital
o Drug administration
o Elderly assistance
Home applications
o Home automation
o Instrumented environment
o Automated meter reading
4.2
Zigbee
Zigbee merupakan salah satu teknologi jaringan wireless yang banyak
digunakan pada low power environment. Perangkat Zigbee beroperasi pada
frekuensi 868 MHz, 915 MHz dan 2.4 GHz. Data rate maksimum yang dapat
Universitas Sumatera Utara
6
dicapai oleh Zigbee sebesar 250 Kbps. Zigbee sangat ideal digunakan pada
aplikasi yang bertenaga baterai dengan data rate rendah, harga murah dan daya
tahan baterai lama [2].
Kebanyakan aplikasi Zigbee menghabiskan waktu dalam power saving
(sleep) mode. Dengan demikian, perangkat dapat beroperasi selama bertahuntahun sampai diperlukan pergantian baterai [2]. Zigbee dibagi atas 2 bagian.
Pertama, application layer (APL) dan network layer (NWK) yang diatur oleh
Aliansi Zigbee. Kedua, physical layer (PHY) dan medium access control layer
(MAC) yang distandarkan oleh IEEE 802.15.4.
2.2.1
Hubungan Zigbee dengan IEEE 802.15.4
Sebuah jaringan komunikasi (wired atau wireless) diciptakan
menggunakan konsep networking layers. Setiap layer bertanggung jawab
atas fungsi tertentu dalam jaringan. Layer melewatkan data dan perintah
hanya kepada layer yang tepat berada di atas atau di bawahnya [2]
Layer-layer pada Zigbee dapat dilihat pada gambar 2.1. Model layer
pada Zigbee dibuat berdasarkan referensi Open System Interconnect (OSI).
Gambar 2.1 Zigbee Layers [2]
Universitas Sumatera Utara
7
2.2.2
Frekuensi Operasi dan Data Rate Zigbee
Ada 3 frekuensi yang ditetapkan oleh IEEE 802.15.4 pada September
2006 yaitu [2]:
1.
868-868.6 MHz (868 MHz)
2.
902-928 MHz (915 MHz)
3.
2400-2483.5 MHz (2.4 GHz)
Tabel 2.1 Frekuensi Operasi dan Data Rate Zigbee [2]
Menurut IEEE 802.15.4, transceiver yang beroperasi di frekuensi 868
MHz harus mampu beroperasi di frekuensi 915 MHz dan sebaliknya. Oleh
karenanya, kedua frekuensi selalu digabung menjadi frekuensi operasi
868/915 MHz [2].
IEEE 802.15.4 memiliki spesifikasi bawaan dan optional bagi
frekuensi 868/915 MHz. Spesifikasi bawaan lebih mudah diimplementasikan
tetapi memiliki data rate rendah (20 Kbps dan 40 Kbps). Spesifikasi
optional lebih rumit diimplementasikan tetapi memiliki data rate sebesar
Universitas Sumatera Utara
8
250 Kbps. Jika user memilih untuk mengimplementasikan spesifikasi
optional, spesifikasi bawaan tetap harus digunakan karena transceiver akan
merubah mode-nya menjadi bawaan atau optional dalam pengoperasiannya
[2].
Transceiver 2.4 GHz mampu beroperasi di frekuensi 868/915 MHz
karena memiliki 16 channel. Frekuensi 868 MHz memiliki satu channel
sedangkan frekuensi 915 MHz memiliki 10 channel. Frekuensi 2.4 GHz
memiliki data rate dan jumlah channel tertinggi. Oleh karenanya,
transceiver 2.4 GHz lebih favorit di pasaran dibandingkan dengan
transceiver frekuensi lain. Akan tetapi IEEE 802.11b juga beroperasi pada
frekuensi yang sama dan keberadaanya dapat menimbulkan isu pada
beberapa aplikasi [2].
Ada 3 tipe modulasi dalam IEEE 802.15.4 yaitu binary phase shift
keying (BPSK), amplitude shift keying (ASK) dan offset quadrature phase
shift keying (O-QPSK). Pada BPSK dan O-QPSK, data digital merupakan
fase dari sinyal. Sedangkan data digital pada ASK merupakan amplitudo dari
sinyal [2].
2.2.3
Tipe dan Fungsi Device
Ada 2 tipe device dalam IEEE 802.15.4 yaitu full-function device
(FFD) dan reduced-function device (RFD). FFD mampu melaksanakan
semua tugas yang ditentukan oleh IEEE 802.15.4, sedangkan RFD memiliki
kemampuan yang terbatas. FFD dapat berkomunikasi dengan perangkat lain
Universitas Sumatera Utara
9
dalam jaringan, sedangkan RFD hanya dapat berkomunikasi dengan FFD.
RFD digunakan untuk aplikasi yang sangat sederhana seperti mengaktifkan
atau menonaktifkan switch. Kemampuan memproses dan ukuran memori
RFD lebih kecil dari FFD [2].
Dalam IEEE 802.15.4, FFD dapat berfungsi sebagai koordinator,
koordinator PAN atau device. Koordinator adalah FFD yang mampu
menyampaikan pesan. Jika koordinator tersebut juga merupakan ketua
pengontrol dari sebuah personal area network (PAN) maka disebut sebagai
koordinator PAN. Device yang tidak berfungsi sebagai koordinator atau
koordinator PAN dinamakan sebagai device [2].
Gambar 2.2 Tipe dan Fungsi Device dalam IEEE 802.15.4 [2]
2.2.4
Topologi Jaringan pada Zigbee
Bentuk jaringan pada Zigbee diatur dalam layer NWK. Jaringan yang
dibentuk harus sesuai dengan topologi-topologi jaringan yang di-support
oleh IEEE 802.15.4 yaitu star dan peer-to-peer [2].
Pada topologi jaringan star, setiap device dalam jaringan hanya dapat
berkomunikasi dengan koordinator PAN [2].
Universitas Sumatera Utara
10
Contoh topologi jaringan star dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Topologi Jaringan Star [2]
Pada
topologi
jaringan
peer-to-peer,
setiap
device
dapat
berkomunikasi dengan device lain jika jaraknya berdekatan. Semua FFD
dalam topologi jaringan ini dapat berfungsi sebagai koordinator PAN. FFD
pertama yang memulai komunikasi ditetapkan sebagai koordinator PAN.
Dalam jaringan peer-to-peer, semua device yang berpartisipasi dalam
menyampaikan pesan adalah FFD karena RFD tidak mampu menyampaikan
pesan. RFD dapat menjadi bagian dari jaringan tetapi hanya dapat
berkomunikasi dengan device tertentu (koordinator atau router) dalam
jaringan [2].
Gambar 2.4 Topologi Jaringan Mesh [2]
Topologi jaringan peer-to-peer dikenal sebagai topologi jaringan mesh
jika devices dalam jaringan tidak memiliki larangan dalam berkomunikasi
[2].
Universitas Sumatera Utara
11
Bentuk lain dari jaringan peer-to-peer adalah topologi jaringan tree.
Pada topologi jaringan tree, cabang-cabang dalam jaringan dibentuk oleh
router [2].
Gambar 2.5 Topologi Jaringan Tree [2]
Gambar 2.5 memperlihatkan bahwa pengiriman sebuah pesan dapat
menambah jangkauan suatu jaringan. Sebagai contoh, device A hendak
mengirim pesan kepada device B, tetapi terdapat sebuah barrier yang
menghalangi keduanya. Hal ini dapat diatasi dengan topologi jaringan tree.
Proses pengiriman pesan seperti ini disebut multihopping karena pesan hop
dari node ke node hingga mencapai destinasi. Proses ini berpotensi
menimbulkan message latency yang tinggi [2].
Topologi
jaringan
selalu
diciptakan
oleh
koordinator
PAN.
Koordinator PAN mengontrol jaringan dan melaksanakan tugas-tugas [2]:
1. Mengalokasikan alamat yang unik untuk setiap device dalam
jaringan.
2. Memulai, menghentikan dan mengarahkan pesan-pesan dalam
jaringan.
Universitas Sumatera Utara
12
3. Memilih sebuah PAN identifier untuk jaringan agar devices dapat
menggunakan metode 16-bit short-addressing sehingga mampu
berkomunikasi dengan device jaringan lain.
Setiap jaringan hanya
memiliki
sebuah koordinator
PAN.
Koordinator PAN membutuhkan waktu aktif yang lama sehingga
dihubungkan dengan power supply [2].
2.2.5
Layer pada Zigbee
PHY Layer
Layer terbawah pada Zigbee adalah PHY. Layer ini merupakan layer
yang paling dekat hubungannya dengan hardware. Layer ini mengontrol dan
berkomunikasi dengan transceiver radio secara langsung. Layer PHY
bertanggung jawab untuk mengaktifkan radio guna mengirim atau menerima
paket. Layer PHY juga memilih channel frekuensi dan memastikan bahwa
channel tersebut tidak sedang digunakan oleh device jaringan lain [2].
Struktur Umum Paket PHY
Data dan perintah dikomunikasikan antar devices dalam bentuk paketpaket. Struktur umum dari sebuah paket dapat dilihat pada gambar 2.6.
Paket PHY terdiri dari tiga bagian yaitu Synchronization header (SHR), PHY
header (PHR) dan PHY payload [2].
Gambar 2.6 Struktur Umum Paket PHY [2]
Universitas Sumatera Utara
13
SHR mengaktifkan receiver untuk memulai sinkronisasi dan
menguncinya menjadi bit stream. PHR berisi informasi panjang frame. PHY
payload disediakan oleh layer yang berada diatas dan berisi data atau
perintah untuk device penerima [2].
MAC frame (yang dikirim ke device lain sebagai PHY payload)
mempunyai tiga bagian. MAC header (MHR) berisi informasi alamat dan
keamanan. MAC payload mempunyai panjang yang berukuran variabel
(termasuk zero) dan berisi perintah atau data. MAC footer (MFR) berisi
sebuah 16-bit Frame Check Sequence (FCS) untuk verifikasi data [2].
NWK frame mempunyai dua bagian yaitu NWK header (NHR) dan
NWK payload. NWK header berisi informasi kontrol. NWK payload
disediakan oleh sublayer APS. Pada frame sublayer APS, APS header
(AHR) mempunyai kontrol APL layer dan informasi alamat. Auxiliary frame
header (Auxiliary HDR) berisi mekanisme keamanan pada frame
(penggunaan security key). NWK dan MAC frames juga mempunyai pilihan
auxilary header untuk tambahan keamanan. APS payload berisi data atau
perintah. Message Integrity Code (MIC) merupakan sebuah fungsi
keamanan pada APS frame untuk mendeteksi adanya perubahan yang
bersifat unauthorized pada isi pesan [2].
MAC Layer
Layer MAC merupakan interface antara layer PHY dengan layer NWK.
MAC bertanggung jawab untuk menghasilkan beacon dan mensinkronisasi
device dengan beacon (pada jaringan beacon-enabled) [2].
Universitas Sumatera Utara
14
Struktrur MAC Frame
IEEE 802.15.4 menyatakan struktur MAC frame dalam empat bagian
[2]:
a. Beacon frame
b. Data frame
c. Acknowledge frame
d. MAC command frame
Beacon frame digunakan oleh koordinator untuk mengirim beacon.
Beacon digunakan untuk mensinkronisasi waktu untuk semua device dalam
jaringan. Data dan acknowledge frame digunakan untuk mengirim data dan
menerima acknowledge dari frame penerima. MAC command dikirim
menggunakan MAC command frame [2].
Beacon Frame
Struktur beacon frame dapat dilihat pada gambar 2.7. Seluruh MAC
frame digunakan sebagai payload pada sebuah paket PHY. Isi dari PHY
payload berfungsi sebagai PHY Service Data Unit (PSDU) [2].
Dalam paket PHY,
preamble field digunakan oleh receiver untuk
sinkronisasi. Start-of-frame delimiter (SDF) mengindikasikan akhir dari
SHR dan awal dari PHR. Panjang frame menyatakan jumlah oktet PHY
payload (PSDU) [2].
MAC frame terdiri dari tiga bagian yaitu MAC header (MHR), MAC
payload dan MAC footer (MFR). Frame control field pada MHR berisi
informasi mengenai tipe frame, addressing field dan control flags lainnya.
Angka yang berurutan menyatakan beacon sequence number (BSN).
Universitas Sumatera Utara
15
Addressing field menyediakan alamat sumber dan alamat destinasi. Auxilary
security header bersifat tambahan untuk proses keamanan [2].
MAC payload disediakan oleh NWK layer. Superframe merupakan
frame yang dibatasi oleh dua beacon frame. Superframe bersifat tambahan
dalam jaringan beacon-enabled dan membantu menyatakan Guaranteed
Time Slot (GTS). Field GTS pada MAC payload menyatakan apakah GTS
digunakan untuk mengirim atau menerima [2].
Gambar 2.7 Struktur MAC Beacon Frame [2]
Beacon frame tidak hanya digunakan untuk mensinkronisasi device
dalam jaringan tetapi juga digunakan oleh koordinator untuk mengizinkan
device tertentu mengetahui status data. Jika ada data pending, device akan
menghubungi koordinator dan me-request data untuk dikirim ulang ke
device. Hal ini disebut indirect transmission. Pending address field pada
MAC payload berisi alamat device yang memiliki data pending. Setiap kali
device menerima sebuah beacon, koordinator akan memeriksa pending
address field untuk melihat apakah ada data yang pending untuk device atau
tidak [2].
Universitas Sumatera Utara
16
Beacon payload field bersifat optional untuk NWK layer dan dikirim
bersamaan dengan beacon frame. Receiver menggunakan Frame Check
Sequence (FCS) field untuk mengecek error pada frame penerima [2].
Data Frame
Struktur MAC data frame dapat dilihat pada gambar 2.8. Data payload
disediakan oleh NWK layer. Data pada MAC payload berfungsi sebagai
MAC Service Data Unit (MSDU). Field pada frame ini mirip dengan beacon
frame, tetapi tidak memiliki superframe, GTS dan pending address field.
MAC data frame berfungsi sebagai MAC Protocol Data Unit (MPDU) dan
menjadi PHY payload [2].
Gambar 2.8 Struktur MAC Data Frame [2]
Acknowledgement Frame
Frame ini merupakan format MAC frame yang paling sederhana dan
tidak memiliki MAC payload. Acknowledgement frame dikirim oleh device
untuk mengkonfirmasi bahwa paket telah diterima [2].
Gambar 2.9 Struktur MAC Acknowledgement Frame [2]
Universitas Sumatera Utara
17
Command Frame
Struktur MAC command frame dapat dilihat pada gambar 2.10.
Command type field menentukan tipe perintah. Command payload berisi
perintah bagi diri sendiri. Seluruh MAC command frame ditempatkan pada
PHY payload sebagai sebuah PSDU [2].
Gambar 2.10 Struktur MAC Command Frame [2]
NWK Layer
Layer NWK merupakan interface antara MAC dengan APL dan
bertanggung jawab untuk mengatur topologi jaringan dan proses routing.
Routing adalah proses memilih rute yang akan dilalui pesan untuk mencapai
destinasinya. Koordinator Zigbee dan router bertanggung jawab untuk
mencari dan mempertahankan rute-rute dalam jaringan [2].
APL Layer
Application (APL) layer merupakan layer teratas pada Zigbee dan
sebagai tempat dari objek aplikasi. Manufaktur mengembangkan objek
aplikasi agar sebuah device dapat dimodifikasi untuk berbagai aplikasi.
Universitas Sumatera Utara
18
Objek aplikasi mengontrol dan mengatur layer-layer pada Zigbee. Sebuah
device dapat memuat hingga 240 objek aplikasi [2].
Alliansi Zigbee menawarkan pilihan untuk menggunakan profil
aplikasi dalam mengembangkan sebuah aplikasi. Sebuah profil aplikasi
merupakan sebuah perjanjian pada aplikasi (format pesan khusus dan
tindakan memproses). Profil aplikasi mengizinkan interoperability antara
produk yang dikembangkan oleh berbagai vendor untuk aplikasi yang sama.
Jika dua vendor menggunakan profil aplikasi yang sama dalam
mengembangkan produknya, produk dari satu vendor akan mampu
berinteraksi dengan produk yang dibuat oleh vendor lain seolah-olah
keduanya dibuat oleh vendor yang sama [2].
Security Services
Dalam jaringan wireless, pesan yang dikirim dapat diterima oleh
semua device yang berdekatan termasuk penyusup. Ada 2 pertimbangan
keamanan
dalam
jaringan
wireless.
Pertama,
data
harus
bersifat
confidentiality. Device penyusup mendapatkan informasi hanya dengan
mendengarkan pesan yang dikirim. Mengenkripsikan pesan sebelum
pengiriman akan menyelesaikan permasalahan confidentiality. Algoritma
enkripsi memodifikasi sebuah pesan menggunakan string of bits yang
dikenal sebagai security key dan hanya penerima yang tepat yang dapat
membukanya. IEEE 802.15.4 mendukung penggunaan Advanced Encryption
Standar (AES) untuk mengenkripsi pesan-pesan [2].
Universitas Sumatera Utara
19
Pertimbangan kedua adalah device penyusup mampu memodifikasi
dan mengirim ulang pesan walaupun pesan tersebut telah dienkripsi. Dengan
adanya message integrity code (MIC) dalam frame, maka penerima dapat
mengetahui apakah pesan tersebut dimodifikasi sewaktu pengiriman. Proses
ini disebut data authentication [2].
Salah satu keterbatasan dalam mengimplementasikan fitur keamanan
pada Zigbee adalah sumber daya yang terbatas. Node-node pada Zigbee
memiliki kemampuan komputasi dan ukuran memori yang terbatas. Zigbee
ditargetkan untuk aplikasi low-cost dan hardware-nya tidak bersifat tamperresistant. Jika penyusup berhasil menguasai sebuah node dalam jaringan
maka security key dapat diperoleh dengan mudah dari memori device.
Tamper-resistant node dapat menghapus security keys jika ada tamper yang
terdeteksi [2].
4.3
NS-2
NS-2 adalah sebuah software simulasi yang telah diakui di seluruh dunia
untuk mempelajari sifat dinamis suatu jaringan komunikasi. Simulasi jaringan
wired atau wireless dari berbagai protokol dapat disimulasikan menggunakan
software NS-2 [3].
NS-2 merupakan simulator yang memiliki dampak besar dalam
pengembangan internet. NS-2 berperan sebagai alat untuk menemukan sifat
protokol, mengidentifikasi masalah dan menguji solusi yang diusulkan [3]. NS-2
didistribusikan sebagai software gratis dan open source.
Universitas Sumatera Utara
20
2.3.1
Pemodelan IEEE 802.15.4 ke dalam NS-2
IEEE 802.15.4 dimodelkan ke dalam NS-2 melalui 34 file yang
terdapat pada direktori ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35/wpan. File-file tersebut
diprogram oleh Jianliang Zheng dan Myung J. Lee dari The City University
of New York yang bekerja sama dengan Samsung Advanced Institute of
Technology. File-file pemodelan IEEE 802.15.4 terdiri atas 14 C header file
(.h), 10 C++ source file (.cc) dan 10 object code file (.o). Berikut file-file
pemodelan IEEE 802.15.4:
1. p802_15_4const.h
Header file p802_15_4const menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini berisi nilai maksimum untuk ukuran
paket, waktu peralihan Rx-to-Tx atau Tx-to-Rx, waktu CCA (Clear
Channel Assessment) bagi lapisan PHY dan nilai maksimum untuk
ukuran beacon payload, frame respond time, frame retries, frame
overhead, MAC frame size dan sebagainya bagi lapisan MAC.
2. p802_15_4csmaca.cc
Source
file
p802_15_4csmaca
“p802_15_4csmaca.h”,
menggunakan
3
“p802_15_4const.h”
file
yaitu
dan
“p802_15_4trace.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) untuk
802.15.4 terhadap lapisan PHY dan MAC, reset, adjust time,
canProceed, debug, new beacon, start, shutdown, cancel, backoff
handler, RX_ON_confirm, beacon other handler, defer CCA handler
dan CCA confirm.
Universitas Sumatera Utara
21
3. p802_15_4csmaca.h
Header
file
p802_15_4csmaca
menggunakan
3
file
yaitu
“p802_15_4timer.h”, “p802_15_4phy.h” dan “p802_15_4mac.h”
sebagai library. Header file ini memiliki kelas CsmaCA802_15_4
yang mendefinisikan struktur CSMA/CA untuk 802.15.4. Kelas
CsmaCA802_15_4 memiliki 5 friend class yaitu macBackoffTimer,
macWakeupTimer, macBeaconOtherTimer, macDeferCCATimer
dan Mac802_15_4 yang dapat mengakses nilai reset, adjust time,
start, stop, cancel, backoff handler, RX_ON_confirm, CCA_confirm
dan sebagainya.
4. p802_15_4csmaca.o
p802_15_4csmaca.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4csmaca.cc.
5. p802_15_4def.h
Header file p802_15_4def menggunakan file sebagai
library. Tipe data unsigned char, unsigned short dan unsigned int
didefinisikan sebagai suatu variabel baru didalam header file ini.
Header file ini juga berisi nilai data rate untuk berbagai frekuensi dan
nilai maksimum untuk delay propagasi.
6. p802_15_4fail.cc
Source file p802_15_4fail menggunakan file “p802_15_4fail.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur untuk add link failure,
update link failure, check addition link failure, add node failure,
update node failure dan check addition node failure.
Universitas Sumatera Utara
22
7. p802_15_4fail.h
Header file p802_15_4fail menggunakan file sebagai
library. Header file ini berisi 2 kelas yaitu LFAILLINK yang
mendefinisikan struktur
link failure
dan
NFAILLINK
yang
mendefinisikan struktur node failure.
8. p802_15_4fail.o
p802_15_4fail.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4fail.cc.
9. p802_15_4field.h
Header file p802_15_4field menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini menspesifikasikan Frame Control,
Superframe dan GTS (Guaranteed Time Slot).
10. p802_15_4hlist.cc
Source file p802_15_4hlist menggunakan file dan
“p802_15_4hlist.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
untuk add header list link, update header list link, check addition
updated header list link, empty header list link dan dump header list
link.
11. p802_15_4hlist.h
Header file p802_15_4hlist menggunakan file “p802_15_4def.h”
sebagai library. Header file ini berisi kelas HLISTLINK yang
mendefinisikan struktur header list untuk setiap paket yang diterima.
12. p802_15_4hlist.o
Universitas Sumatera Utara
23
p802_15_4hlist.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4hlist.cc.
13. p802_15_4mac.cc
Source
file
p802_15_4mac
“p802_15_4pkt.h”,
“p802_15_4csmaca.h”,
menggunakan
“p802_15_4mac.h”,
“p802_15_4sscs.h”,
8
file
yaitu
“p802_15_4const.h”,
“p802_15_4trace.h”,
“p802_15_4fail.h” dan “p802_15_4nam.h” sebagai library. Source
file ini berisi prosedur bagi MAC 802.15.4 handler untuk meng-handle
event. Source file ini juga berisi prosedur bagi MAC 802.15.4 untuk
inisialisasi, PD data confirm, PLME CCA confirm, PLME get confirm,
PLME set confirm, MCPS data request, MCPS data indication, MLME
get request dan sebagainya.
14. p802_15_4mac.h
Header
file
p802_15_4mac
“p802_15_4pkt.h”,
menggunakan
“p802_15_4phy.h”,
5
file
yaitu
“p802_15_4timer.h”,
“p802_15_4hlist.h” dan “p802_15_4transac.h” sebagai library.
Header file ini mendefinisikan struktur elemen koordinator PAN, task
pending,
elemen MAC ACL (m_CHANNEL_ACCESS_FAILURE,
m_FRAME_TOO_LONG,
m_NO_ACK,
m_NO_BEACON,
m_NO_DATA dan sebagainya) dan MAC PIB (macAckWaitDuration,
macBeaconPayLoad, macBeaconPayloadLength dan sebagainya).
Header file ini juga mendefinisikan enumerasi MAC dan atribut MAC
PIB. Header file ini berisi kelas Mac802_15_4 dengan 16 friend class
yaitu Phy802_15_4, Mac802_15_4Handler, macTxOverTimer,
Universitas Sumatera Utara
24
macTxTimer,
macExtractTimer,
macDataWaitTimer,
macAssoRspWaitTimer,
macRxEnableTimer,
macBeaconTxTimer,
macScanTimer,
macBeaconRxTimer,
macBeaconSearchTimer, macWakeupTimer, CsmaCA802_15_4,
SSCS802_15_4 dan Nam802_15_4 yang dapat mengakses nilai PD
data confirm, PLME CCA confirm, MCPS data confirm, MCPS data
indication, MLME reset confirm dan sebagainya.
15. p802_15_4mac.o
p802_15_4mac.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4mac.cc.
16. p802_15_4nam.cc
Source file p802_15_4nam menggunakan file “p802_15_4mac.h” dan
“p802_15_4nam.h” sebagai library. Source file ini berisi prosedur
untuk add mac link, update mac link, get mac link, check addition mac
link, add attribute link, update attribute link, check addition atribute
link, find attribute link, tampilan NAM 802.15.4, flow atribute, change
playback rate, change node color, change backnode color, flash node
color, change mark color, flash node mark, change label dan flash link
fail.
17. p802_15_4nam.h
Header file p802_15_4nam memiliki 3 kelas yaitu MACLINK yang
mendefinisikan struktur link MAC, ATTRIBUTELINK yang
mendefinisikan
atribut
suatu
link
dan
Nam802_15_4
yang
mendefinisikan struktur tampilan node 802.15.4 dalam NAM.
Universitas Sumatera Utara
25
18. p802_15_4nam.o
p802_15_4nam.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4nam.cc.
19. p802_15_4phy.cc
Source
file
p802_15_4phy
menggunakan
9
file
yaitu
“p802_15_4pkt.h”,
“p802_15_4phy.h”,
“p802_15_4mac.h”,
“p802_15_4sscs.h”,
“p802_15_4const.h”,
“p802_15_4timer.h”,
“p802_15_4trace.h”, “p802_15_4fail.h” dan “p802_15_4nam.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi PHY 802.15.4
Timer untuk start, cancel dan meng-handle event. Source file ini juga
berisi prosedur bagi PHY 802.15.4 untuk transmit time, PD data
request, PD data indication, PLME CCA request, PLME get request,
measure quality link dan sebagainya.
20. p802_15_4phy.h
Header file p802_15_4phy menggunakan 3 file yaitu ,
dan “p802_15_4def.h” sebagai library. Header file
ini mendefinisikan enumerasi PHY (p_BUSY, p_IDLE, p_RX_ON,
p_TX_ON dan sebagainya), atribut PHY PIB (phyCurrentChannel,
phyChannelsSupported, phyTransmitPower dan phyCCAMode) dan
struktur PHY PIB. Header file ini berisi 2 kelas yaitu Phy802_15_4
dengan friend class Phy802_15_4Timer dan Phy802_15_4Timer
dengan friend class Phy802_15_4 yang dapat mengakses nilai
Universitas Sumatera Utara
26
transmit time, PD data request, PD data indication, CCA handler,
CCA report hander dan sebagainya.
21. p802_15_4phy.o
p802_15_4phy.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4phy.cc.
22. p802_15_4pkt.h
Header file p802_15_4pkt menggunakan 3 file yaitu ,
“p802_15_4const.h” dan “p802_15_4field.h” sebagai library. Header
file ini berisi struktur panAddrInfo (informasi address untuk PAN) dan
struktur
untuk
PHY
header
(lrwpan_beacon_frame,
lrwpan_data_frame, lrwpan_ack_frame, lrwpan_command_frame dan
hdr_lrwpan).
23. p802_15_4sscs.cc
Source file p802_15_4sscs menggunakan file “p802_15_4sscs.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi SSCS (scan
channels) 802.15.4 untuk start, cancel, handle event, status name,
MCPS data confirm, MCPS data indication, start koordinator PAN
dan start device.
24. p802_15_4sscs.h
Header file p802_15_4sscs menggunakan file “p802_15_4def.h” dan
“p802_15_4mac.h” sebagai library. Header file ini mendefinisikan
struktur sscsTaskPending (scan channels untuk task yang pending).
Header file ini memiliki 2 kelas yaitu SSCS802_15_4Timer dengan
Universitas Sumatera Utara
27
friend class SSCS802_15_4 dan SSCS802_15_4 dengan friend class
Mac802_15_4 dan SSCS802_15_4Timer yang dapat mengakses nilai
MCPS data confirm, MCPS data indication, MLME reset confirm,
MLME Rx enable confirm, MLME scan confirm dan sebagainya.
25. p802_15_4sscs.o
p802_15_4sscs.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4sscs.cc.
26. p802_15_4timer.cc
Source file p802_15_4timer menggunakan 4 file yaitu ,
,
“p802_15_4csmaca.h”
dan
“p802_15_4timer.h”
sebagai library. Source file ini berisi prosedur bagi MAC 802.15.4
timer untuk reset, start dan stop. Source file ini juga berisi prosedur
bagi MAC backoff timer, MAC Beacon Other Timer, MAC Defer CCA
Timer, MAC Tx Over Timer, MAC Tx Timer, MAC Extract Timer,
MAC Assosiation Recipient Wait Timer, MAC Data Wait Timer, MAC
Rx Enable Timer, MAC Scan Timer, MAC Beacon Tx Timer, MAC
Beacon Rx Timer, MAC Beacon Search Timer dan MAC Wakeup
Timer untuk meng-handle event.
27. p802_15_4timer.h
Header
file
p802_15_4timer
menggunakan
3
file
yaitu
, dan sebagai library. Header file
ini memiliki 15 kelas yaitu Mac802_15_4Timer, macBackoffTimer,
macBeaconOtherTimer, macDeferCCATimer, macTxOverTimer,
macTxTimer,
macExtractTimer,
macAssoRspWaitTimer,
Universitas Sumatera Utara
28
macDataWaitTimer,
macRxEnableTimer,
macBeaconTxTimer,
macBeaconSearchTimer
macScanTimer,
macBeaconRxTimer,
dan
yang
macWakeupTimer
dapat
mengakses nilai untuk meng-handle event.
28. p802_15_4timer.o
p802_15_4timer.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4timer.cc.
29. p802_15_4trace.cc
Source file p802_15_4trace menggunakan 4 file yaitu ,
, dan “p802_15_4trace.h” sebagai library.
Source file ini berisi prosedur tampilan header data 802.15.4, header
ACK 802.15.4, header beacon 802.15.4, header command 802.15.4,
nama objek dan sebagainya pada trace file.
30. p802_15_4trace.h
Header file p802_15_4trace menggunakan file sebagai
library. Header file ini mendefinisikan MAC subtype RTS dengan
alamat 0x0B, MAC subtype CTS dengan alamat 0x0C, MAC subtype
ACK dengan alamat 0x0D dan MAC subtype Data dengan alamat
0x00.
31. p802_15_4trace.o
p802_15_4trace.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4trace.cc.
32. p802_15_4transac.cc
Source
file
,
p802_15_4transac
menggunakan
“p802_15_4transac.h”
dan
3
file
yaitu
“p802_15_4pkt.h”
Universitas Sumatera Utara
29
sebagai library. Source file ini berisi prosedur untuk add device link,
update device link, number device link, check addition device link,
empty device link, dump device link, add transac link, update transac
link, number transac link, check addition transac link, empty transac
link dan dump transac link.
33. p802_15_4transac.h
Header file p802_15_4transac menggunakan 4 file yaitu ,
“p802_15_4def.h”, “p802_15_4const.h” dan “p802_15_4field.h”
sebagai library. Header file ini memiliki 2 kelas yaitu DEVICELINK
yang mendefinisikan struktur link antar device dan TRANSACLINK
yang mendefinisikan struktur link yang sedang bertransaksi (link yang
sedang dilalui data).
34. p802_15_4transac.o
p802_15_4transac.o merupakan object code file yang dibentuk oleh
p802_15_4transac.cc.
2.3.2
Parameter-parameter Sistem
Model Propagasi Radio
Model propagasi radio adalah suatu formula matematika untuk
memprediksi besar kekuatan sinyal dari setiap paket yang diterima. Hasil
perhitungan dari model propagasi radio akan dibandingkan dengan nilai
receiving threshold yang tertera pada lapisan PHY setiap node. Paket dengan
kuat sinyal yang lebih kecil dari receiving threshold akan ditandai sebagai
error dan dibuang oleh lapisan MAC (Medium Access Control) [4].
Universitas Sumatera Utara
30
Ada 3 model propagasi radio yang di-support oleh NS-2 yaitu:
1. Free space model
Model propagasi ini mengasumsikan bahwa kondisi propagasi
yang ideal berupa satu jalur LOS (Line of Sight) antara pemancar
dan penerima [4].
2. Two-ray ground reflection model
Model propagasi ini memperhitungkan jalur LOS dan jalur ground
reflection [4].
3. Shadowing model
Model propagasi free space dan two-ray memprediksi kekuatan
sinyal dari paket yang diterima sebagai suatu fungsi yang bersifat
deterministik
terhadap
jarak.
Model
propagasi
shadowing
memprediksi besar kekuatan sinyal dari paket data yang diterima
sebagai suatu random variable pada jarak tertentu dikarenakan
efek propagasi multipath yang dikenal sebagai fading effects [4].
Model propagasi shadowing terbagi atas 2 bagian. Bagian pertama
dikenal sebagai path loss model yang memprediksi besar rata-rata
kekuatan sinyal dari paket yang diterima pada jarak tertentu.
Berikut persamaan path loss model [4]:
Pr(d 0) d
Pr(d ) d 0
......... .......................................... 2.1
Keterangan:
Pr(d0)
= besar kekuatan sinyal dari paket yang diterima
pada jarak referensi d0 (W)
Universitas Sumatera Utara
31
Pr(d)
= besar kekuatan sinyal dari paket yang diterima
pada jarak d (W)
d
= jarak (m)
d0
= jarak referensi (m)
�
= path loss exponent
Tabel 2.2 Beberapa nilai path loss exponent � [4]
β
Lingkungan
Free Space
2
Shadowed urban area
2.7 - 5
Dalam
Line of sight
1.6 – 1.8
gedung
Obstructed
4-6
Outdoor
Persamaan path loss model biasanya dihitung dengan
satuan decibel (dB) sehingga persamaan (3.1) diubah menjadi [4]:
Pr(d 0)
d
Pr(d ) 10 log d 0 .................................. 2.2
Bagian
kedua
dari
model
propagasi
shadowing
memperlihatkan variasi dari kekuatan sinyal dari paket yang
diterima pada jarak tertentu. Bagian kedua dari model propagasi
shadowing merupakan distribusi Gaussian dengan satuan dB
(Decibel) dan simbol XdB [4].
Universitas Sumatera Utara
32
Dengan menggabungkan kedua persamaan diatas maka kita
mendapatkan rumus overall shadowing model sebagai berikut [4]:
Pr(d 0)
d
Pr(d ) 10 log d 0 XdB ............................. 2.3
Tabel 2.3 Beberapa nilai shadowing deviation �dB [4]
Outdoor
�dB (dB)
4 - 12
Factory, line of sight
�dB (dB)
Office, hard partition
7
Factory, obstructed
6.8
Office, soft partition
9.6
Lingkungan
Lingkungan
3-6
Network Interface
Network interface berfungsi sebagai interface hardware yang
digunakan oleh node untuk mengakses channel. Network interface yang
digunakan dalam NS-2 adalah 914 MHz Lucent WaveLan DSSS (Direct
Sequence Spread Spectrum) radio interface.
Receiving Threshold
Nilai receiving threshold diatur dalam layer PHY. Receiving threshold
berperan penting dalam proses penerimaan paket data.
Receive Rate
Noise dalam NS-2 digambarkan dengan receive rate. Receive rate
merupakan ukuran keberhasilan receiver dalam menerima paket data. Nilai
dari receive rate berkisar antara 0-1. Apabila receive rate bernilai 0.8 maka
80% paket data berhasil diterima oleh receiver. 20% paket data yang tidak
Universitas Sumatera Utara
33
berhasil diterima oleh receiver menyatakan seberapa besar noise yang
terdapat pada sistem komunikasi tersebut [4].
Antena
Fungsi antena adalah mengubah sinyal listrik menjadi sinyal
elektromagnetik, lalu meradiasikannya. Dan sebaliknya, antena juga dapat
berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik dan mengubahnya
menjadi sinyal listrik.
Berdasarkan pola radiasinya antena dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Antena Directional / Unidirectional
Antena directional merupakan jenis antena yang memiliki sudut
pemancaran yang kecil sehingga daya yang dipancarkan oleh
antena lebih terarah dan relatif mampu menjangkau jarak yang
cukup jauh. Antena directional mengirim dan menerima sinyal
radio hanya pada satu arah.
2. Antena Omni-Directional
Antena omni-directional mempunyai pola radiasi sinyal 360o
dalam bidang tegak lurus berdasarkan medan magnetnya. Antena
omni-directional mengirim dan menerima sinyal radio dari semua
arah secara sama. Antena omni-directional banyak digunakan
dalam wireless sensor networks (WSNs) karena pola radiasinya
360o arah horizontal sehingga tidak ada sinyal radio yang terbuang
percuma ke tanah atau langit.
Universitas Sumatera Utara
34
Interface Queue
Antrian dalam jaringan merupakan sekumpulan paket data yang
menunggu untuk ditransmisikan. Dibutuhkan suatu algoritma untuk
mengatur antrian pada jaringan.
Beberapa algoritma antrian yang di-support oleh NS-2 yaitu:
1. Drop Tail
Drop Tail merupakan algoritma pengaturan antrian yang sangat
sederhana. Setiap paket diperlakukan sama. Ketika antrian telah
mencapai kapasitas maksimal, semua paket yang tiba di-drop
sampai antrian memiliki ruang yang cukup untuk menerima
kembali [5].
2. Random Early Detection (RED)
RED merupakan algoritma pengaturan antrian yang lebih rumit.
RED menghitung nilai average queue length setiap paket data dan
membandingkannya dengan nilai queue length threshold. RED
mengambil tindakan untuk memasukkan paket dalam antrian atau
drop paket berdasarkan hasil perbandingan tersebut [5].
PriQueue digunakan dalam sistem antrian NS-2. PriQueue merupakan
prioritas antrian yang diberikan kepada paket-paket protokol routing
sehingga paket-paket tersebut diposisikan di awal antrian.
Link Layer (LL)
Setiap paket yang akan dikirim atau diterima pasti melalui LL. Dalam
LL terdapat modul ARP (Address Resolution Protocol) yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
35
dalam proses pengiriman data. ARP merupakan suatu protokol untuk
memetakan IP address ke alamat fisik (dikenal dengan istilah MAC
address).
Protokol Routing
Protokol routing yang digunakan Zigbee adalah AODV (Ad hoc OnDemand Distance Vector). AODV merupakan algoritma berdasarkan
permintaan, yang berarti hanya membangun rute antar node apabila ada
permintaan dari source node. Rute dipertahankan selama masih dibutuhkan
oleh source node. Ketika source node hendak mengirim data ke node lain
dan belum memiliki rute, maka source node mem-broadcast paket RREQ
(route request) dalam jaringan. Node yang menerima paket RREQ akan
memperbaharui paket dengan informasi tambahan (IP address, current
sequence number dan broadcast ID) dan mengirim pointer kembali ke
source node. Node yang memiliki destinasi yang dikehendaki source node
akan mengirim RREP (route reply) [6].
Internet Protocol (IP) Traffic
Ada 2 jenis IP Traffic yaitu TCP (Transmission Control Protocol) dan
UDP (User Datagram Protocol).
Tabel 2.4. Perbandingan antara TCP dan UDP [7]
TCP
Koneksi
Connection-oriented
protocol
UDP
Connectionless protocol
Universitas Sumatera Utara
36
Cocok digunakan untuk
aplikasi yang memerlukan
Kegunaan
daya tahan tinggi dan waktu
transmisi tidak begitu
Cocok digunakan untuk
aplikasi yang memerlukan
transmisi cepat dan efisien
seperti sensor
penting
UDP umumnya lebih cepat
Kecepatan
TCP umumnya lebih lambat
dari TCP karena tidak
dari UDP
adanya error-checking
pada paket
Parameter Dasar
Parameter dasar suatu sistem simulasi jaringan antara lain:
Jarak
Area
Waktu
Jumlah Node
Event
Pengaturan parameter dasar sistem yang baik membuat simulasi
bersifat realistis dan dapat dipertanggungjawabkan.
2.3.3
Parameter-parameter Simulasi
End-to-end Delay
End-to-end delay merupakan waktu yang dibutuhkan oleh paket data
untuk mencapai destinasi. End-to-end delay dihitung dari mode ke
koordinator PAN dengan satuan detik.
End _ to _ end _ delay (s) Re ceived _ time(s) Sent _ time(s) .... 2.4
Average _ end _ to _ end _ delay ( s)
End _ to _ end _ delay (s) . 2.5
banyak _ paket
Universitas Sumatera Utara
37
Throughput
Throughput merupakan besar aliran data yang diterima tiap detik
(kbit/s). Throughput dihitung dengan membagikan besar ukuran paket data
yang diterima dengan end-to-end delay.
Packet _ size(kbit)
kbit
.................... 2.6
Throughput
s End _ to _ end _ delay ( s)
kbit
Average _ throughput
s
kbit
s
................ 2.7
banyak _ paket
Throughput
Packet Loss
Packet Loss menunjukkan banyaknya paket data yang hilang dalam
suatu jaringan. Packet Loss dihitung dengan membagikan packet dropped
dengan packet sent.
Packet _ dropped Packet _ sent Packet _ received ......... 2.8
Packet _ loss(%)
Packet _ dropped
x100% ....................... 2.9
Packet _ sent
Universitas Sumatera Utara