ANALISIS PERFORMANSI PROTOKOL ZIGBEE PADA JARINGAN WIRELESS PERSONAL AREA NETWORK (WPAN) Vera Suryani1, Yudi Satria Gondokaryono2 Program Magister Teknik Elektro, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha no 10 Bandung, 022-2500985
[email protected],
[email protected] Dalam penelitian ini diamati besar energi yang dikonsumsi oleh perangkat sensor pada jaringan WSN yang memanfaatkan protokol Zigbee/IEEE 802.15.4. Sebagai parameter unjuk kerja digunakan total energi yang terpakai selama rentang waktu 1 jam pada topologi start dan mesh. Parameter lainnya yang diukur antara lain delay, packetloss, dan throughput.
Abstracts – Dalam penelitian ini, dikaji penggunaan protokol Zigbee/IEEE 802.15.4 pada Wireless Sensor Network (WSN) dengan cara mengukur besar energi, delay, packetloss, dan throughput sebagai parameter unjuk kerja dari protokol tersebut. Pengukuran dilakukan melalui simulasi dengan memanfaatkan Network Simulator 2 (NS-2). Hasil pengukuran di analisis lebih lanjut dengan metode Analysis of Variations (ANOVA) untuk melihat parameter mana saja yang berpengaruh dalam kinerja protokol Zigbee/IEEE 802.15.4. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa batere jenis Alkalin tipe AA yang dipakai sebagai catu daya dari node (sebagai device) dalam jaringan Zigbee/IEEE 802.15.4 dapat bertahan hingga kurang lebih 7 bulan dengan interval waktu pengiriman paket adalah 1 detik. Untuk interval waktu pengiriman 1 jam didapatkan hasil bahwa batere mampu bertahan hingga 17 bulan. Berdasarkan perhitungan didapatkan bahwa interval waktu memiliki pengaruh terhadap konsumsi energi namun tidak sama halnya dengan besar payload. Selain itu parameter energy juga dipengaruhi oleh besar paket dan jarak yang digunakan.
II.TEORI A. Wireless Personal Area Network (WPAN) WPAN merupakan jaringan yang menghubungkan perangkat-perangkat wireless atau nirkabel dalam jarak sangat dekat, yaitu beberapa meter. Konsep yang mendasari WPAN adalah plug in, yaitu dalam kondisi ideal perangkat-perangkat PAN dapat berkomunikasi jika terhubung dalam jarak dekat secara otomatis. Perangkat yang telah terhubung dapat dikunci oleh perangkat lain secara selektif untuk menghindari interferensi atau akses informasi yang tidak diinginkan dari perangkat lainnya [13]. Teknologi WPAN yang dikembangkan oleh IEEE adalah 802.15.4 untuk WSN (Wireless Sensor Network) dengan konsumsi energi rendah.
Kata kunci : Zigbee/IEEE 802.15.4, WSN, WPAN, , delay, packetloss, throughput.
I.
B. Wireless Sensor Network (WSN)
PENDAHULUAN
WSN dibangun untuk monitoring, controlling, dan gabungan dari keduanya sekaligus (monitoring dan controlling) [1]. Untuk monitoring dapat dilihat pada gambar II.1.a, dimana penggunaannya lebih sering untuk sensor jarak jauh dari identifikasi suhu, tekanan, dan lain-lain. Sedangkan controlling pada gambar II.1.b lebih banyak digunakan untuk control pengiriman perintah melalui udara untuk actuator (misal : switches, sound emitters, robot) . Dalam industri yang berkaitan dengan standar teknologi, lebih khusus lagi adalah standar protokol, pengembang/vendor sangat memerlukan adanya suatu standarisasi yang berkaitan dengan sensor. Hal ini menjadi penting agar jenis perangkat yang sama dari pengembang yang berbeda masih dapat saling berkomunikasi. Adapun standar yang terkenal untuk WSN adalah IEEE 802.15.4 yang ditetapkan oleh IEEE 802.15.4 dan Zigbee yang dikembangkan oleh Zigbee Alliance [1].
Wireless Sensor Network (WSN) merupakan system yang terdistribusi dan terdiri dari perangkatperangkat deteksi, pengirim paket data, beroperasi pada jaringan nirkabel dan memiliki keterbatasan daya. WSN banyak dimanfaatkan untuk proses monitoring dan kontrol di bidang industri, untuk monitoring kondisi pasien di bidang kesehatan, aplikasi otomasi rumah, dan untuk pengontrolan trafik. Setiap perangkat sensor dibekali dengan sumber daya, biasanya berupa batere. Protokol Zigbee/IEEE 802.15.4 merupakan protokol komunikasi nirkabel yang memiliki jarak komunikasi sekitar 100 meter dan bersifat low-power. Karakteristik inilah yang membuat protokol Zigbee/IEEE 802.15.4 sering digunakan bersama WSN untuk menghemat daya yang dimiliki perangkat sensor. Dalam komunikasi nirkabel, penghematan daya merupakan hal yang penting.
1
(a)
G Gambar 2. Arssitektur Zigbee D Protokol Adhoc On-ddemand Disttance Vectorr D. (AODV) routing AODV m menggunakan n Protokol ppendekatan sesuai kebutu uhan untuk mencari m rute,, y yaitu bahwa rute r hanya ad da ketika dibbutuhkan olehh n node sumberr untuk men ntransmisikan paket data.. A AODV mennggunakan urutan nom mor tujuann ( (destination seequence numb ber) untuk menngidentifikasii lintasan yang terbaru. Perbeedaan utama antara a AODV V d dan Dynamicc Source Rou uting (DSR) adalah a bahwaa D DSR menggun nakan rute suumber dimanaa sebuah dataa p paket yang membawa m jalur j lengkapp yang akann d dilewati. Dallam AODV node sumbeer dan nodee i intermediate menyimpan informasi hoop berikutnyaa t terkait dengann tiap aliran traansmisi pakett data. Dalam m p protokol routing on-deemands, noode sumberr m membanjiri p paket route request r di jarringan ketikaa s sebuah rute tidak terseedia untuk tujuan yangg d dikehendaki. Hal ini munngkin akan menghasilkan m n b beberapa rute untuk tujuan yang berbeda dari sebuahh p permintaan rooute. Perbeddaan utama antara a AODV V d dan routing on-demand lainnya l yaituu penggunaann d destination seequence number (DestSeqqNum) untukk m menentukan ng up-to-datee ke tujuan.. lintasan yan S Sebuah node meng-updatee informasi jaalurnya hanyaa jika DestSeq qNum dari paaket yang diteerima saat inii y disimpann lebih besar daari DestSeqNuum terakhir yang d dalam node. Sebuah RouteRequest membawa m souurce identifierr ( (SrcID), destination iden ntifier (DesttID), sourcee s sequence num mber (SrcSeqN Num), destinattion sequencee n number (D DesSeqNum), broadcastt identifierr ( (BcastID), daan time to live l (TTL). DestSeqNum m m mengindikasik kan kebaruan dari rute yaang di terimaa o oleh sumber. Ketika nodde intermediaate menerimaa s sebuah RouteeRequest, hall itu juga mengirim m atauu m mempersiapka an sebuah Ro outeReply jikaa terdapat rutee y yang valid kee tujuan. Valiiditas dari ruute pada nodee i intermediate ditentukan dengan meembandingkann n nomor urutan pada node inntermediate dengan d nomorr
(b) Gambbar 1. (a) WSN N untuk monittoring (b) WS SN untuk controlling [1] [ C. IE EEE 802.15.44 dan Zigbee Z Zigbee berasall dari kata zigg dan bee, dim mana zig berartti gerakan zig g-zag dan bee berarti lebah h. Hal ini dimakksudkan untu uk meniru siffat komunikaasi lebah dalam m menyampaiikan informaasi adanya madu m ke lebah lainnya [4]. Zigbee yangg dikembangkkan oleh Zigbeee Alliance dig gunakan sebagai alternatif protokol yang memiliki ko onsumsi dayaa rendah, daata rate rendahh, biaya rendaah, serta ditarrgetkan untuk jaringan nirkabbel dalam applikasi otomaasi dan kendaali jarak jauh. Komite IEEE E 802.15.4 beekerja untuk membuat m standaar protokol yaang memiliki ddata rate renddah juga, dan memutuskan m untuk bergabbung dengann Zigbee Alliannce dengan naama dagang Ziigbee. P Perbedaan meendasar antarra Zigbee daan IEEE 802.15.4 adalah caakupan layer yang ditang gani oleh masinng-masing kom mite. IEEE 8002.15.4 fokus kepada k 2 layer terbawah, yaaitu layer physsical dan layeer MAC. m 2 protokol Sedanngkan Zigbeee Alliance menangani lainnyya, yaitu layerr network dann layer applicaation [2]. Arsiteektur Zigbee/IEEE 802.15.4 dapat dilihhat pada Gambbar 2.
2
urutann tujuan dalam m paket RouteeRequest. Jikaa sebuah RouteeRequest diiterima berrulang kali,, yang diindiikasikan deng gan pasangan BcastID-SrcIID, copy yang terduplikassi dihilangkkan. Semuaa node mediate memppunyai rute yang y valid kee tujuan, interm atau node tujuan itu sendiri yang y diijinkaan untuk mengirimkan pakeet RouteReplyy ke sumberr. Setiap node intermediatee, sementara meneruskan sebuah mat node seb belumnya RouteeRequest, memasuki alam dan B BcastID-nya. Sebuah timer digunakan diigunakan untukk menghapus entri ini dalam d kasus sebuah RouteeReply tidak diterima d sebellum waktu haabis. Hal ini meembantu dalaam penyimpannan sebuah jaalur yang aktif pada node inntermediate dimana d AOD DV tidak menggunakan sourrce routing daari paket dataa. Ketika sebuaah node men nerima sebuaah paket Rou uteReply, inform masi tentang node sebeluumnya dimanna paket yang diterima jugaa disimpan unttuk meneruskkan paket s meenuju ke node tujuan. data kke node node setelahnya
eenergi dari node pada saaat mengirim paket adalahh ( (DecrTxEnerg gy(txtime, P_tx)) P dan pada saatt m menerima paket ialah (DecrRcvEnnergy(rcvtime,, P P_rcv)). P_tx merupakan ju umlah energi yang dikirim m o oleh layer PH HY dari nodde dan P_rcvv merupakann jumlah energii yang diteriima oleh layer PHY darii n node. Pada saat awaal simulasi,, parameterr initialEnergy__ di gunakan sebagai s energyy_ , dimanaa n nilainya akan n selalu berkkurang setiapp kali terjadii p proses pengiriiman dan pennerimaan pakeet pada node.. A Apabila level energi dari noode terus berkkurang hinggaa m menjadi nol, maka m tidak akaan lagi paket yang y diterimaa m maupun dikirrim dari nodde tersebut. Hal H ini dapatt d dilihat pada dokumen d penelusuran, yaittu baris yangg b berisi kode DEBUG: D nodee <node-id> dropping d pktss d to energy = 0. Pemodellan energy yaang digunakann due d dalam simulaasi ini meng gadopsi pem modelan yangg d dibuat oleh Jiaan Liang Zhenng dari Cuny University dii N New York dan d Vijay Kaakadia dari University U off S Southern Califfornia[8].
3. PEMOD DELAN DAN N SIMULASII
Protokol Rutiing AODV P P Pemodelan ru uting dalam NS-2 N secara umum u terdirii d 3 bagian : dari a Routing agent a. a : untu uk mempertukkarkan pakett dengan noode tetangga b Route loggic : berisi infformasi yang dikumpulkann b. dari routing agent (aatau basisdataa yang berisii y dipakai pada p ruting staatis) topologi yang c Classifierrs : berada dallam node, diggunakan untukk c. menghitun ng tabel ruuting agar paket dapatt diteruskan n hingga nodee tujuan I Implementasi protokol ruuting baru, misal m AODV V k kadangkala tid dak memerlu ukan ketiga bagian di atass u untuk di impplementasikann semua. Haal ini hanyaa t terjadi jika seebelumnya teelah dibuat routing r agentt y yang memilikki perilaku yang hampir sama dengann A AODV, misal protokol rutinng Distance Vector. V J Jika suatu prrotokol ruting g menggunakkan memilikii c classifier terssendiri, makaa protokol tersebut akann m memiliki oby yek lain yan ng disebut modul m rutingg ( (routing moduule). Routing module bertuugas mengaturr s semua blok fungsi fu dan meembuat antarm muka dengann n node. Proses interaksi darii node, moduul ruting, dann r ruting dapat diilihat pada Gaambar III.4.
P Pemodelan peenggunaan ennergi dan pennggunaan protokkol ruting AODV A pada jaringan WS SN yang menggunakan pro otokol IEEE E 802.15.4 dilakuan work Simulattor 2 (NS2). Berikut menggunakan Netw dijelaskan tentangg pemodelan dan simulaasi yang dilakuukan. A. P Pemodelan Energgi Energgi pada Netwo ork Simulator 2 dimodelkann sebagai atribuut dari node yaang merepresentasikan leveel energi pada node tersebut. Pemodeelan dibuat dengan Model [14] dan di menggunakan kelas EnergyM definiisikan sebagaii berikut : class Energy yModel : publiic TclObject public: EnergyModeel(double enerrgy) energy_ = energy; inline doublee energy() retuurn energy_; inline void setenergy(doubble e) energy__ = e; virtual void DecrTxEnerg D gy(double txtim me, double P_tx)) energy_ -= (P_tx ( * txtimee); virtual void DecrRcvEner D rgy(double rcv vtime, double P_rcvv) energy_ -= (P_rcv ( * rcvtim me); protected: double energ gy_; Sebaggaimana terlihhat pada kodee di atas, hanyya ada 1 kelas variabel, yaittu energy_ yaang merepreseentasikan level energi dari suatu node pada suatuu waktu. Konsttruktor EnerrgyModel(eneergy) membbutuhkan intial--energy yangg dilewatkann sebagai paarameter. Class method yangg digunakan unntuk menguraangi level
Gambar 3. In nteraksi antarra node, moduul ruting, dan ruting. Garis putus-putus menunjukkann detail dari protokol ruuting [13]
3
Protokkol ruting AO ODV mengguunakan routinng agent yang sama dengan n protokol rutting Distancee Vector. Moduul AODV yang dipakkai dalam simulasi meruppakan modul yang sudah teerintegrasi paada NS-2 versi 2.31. 2
Dalam topoloogi star diggunakan 6 node D n dengann p penjelasan sebbagai berikut : a. Node 0 adalah PAN Koordinator K 1 2, 3, 4, 5, dan 6 meruupakan devicee b. Node 1, yang jaraknya j ± 10 meter dari PAN N Koordinnator. Node 1 merupakan device d 1, nodee 2 meruupakan devicce 2, node 3 merupakann device 3, node 4 meerupakan deviice 4, node 5 merupaakan device 5 dan node 6 merupakann device 6. 6
B. SSimulasi S Simulasi yang g dibuat unntuk mensim mulasikan protokkol IEEE 802.15.4 dalam m NS-2 mengggunakan moduul-modul sebag gai berikut [8]]: a. W Wireless Scena ario Definitionn : D Digunakan untuk u menddefinisikan topologi jaaringan, pemiilihan protokool ruting, kon nfigurasi aanimasi pada simulasi, evvent handlingg seperti innisialisasi koordinator PA AN, pemilihann model ppropagasi geloombang radio, jarak transmiisi radio, m model antena, antrian yanng digunakann dalam bbuffer, model error link, pola trafik, struktur suuperframe, dan d proses unntuk mengaw wali dan m mengakhiri apllikasi. b. SService Spesifiic Convergencce Sub-layer (SSCS) (S M Modul ini meerupakan antaar-muka antaara layer M MAC dengan layer di attasnya pada protokol IE EEE 802.15.4 4 (gambar III.3). Fungsiny ya adalah m menyediakan akses a ke semuua primitif lay yer MAC ddan sebagai selubung (w wrapper) darii semua pprimitif terseebut agar operasi o yangg ingin ddijalankan dap pat tercapai. c. IE EEE 802.15.44 PHY B Berisi implem mentasi primittif-primitif daari layer P PHY. d. IE EEE 802.15.44 MAC B Berisi implem mentasi primittif-primitif daari layer M MAC.
Gambaar 6. Topologgi star pada sim mulasi
Topologi star digunakan pada skennario 1 karenaa topologi ini cukup un ntuk cakupann satu areaa rumah [3]]. 2 2.
Topologi Mesh
Topologi messh digunakann dalam sim T mulasi untukk m memodelkan proses rutin ng dalam jarringan IEEE E 8 802.15.4. Toppologi ini diipilih untuk memodelkann jaringan IEEE E 802.15.4 yan ng lebih besarr dengan nodee d topologii lebih banyakk dan area lebih luas dari s sebelumnya. m Topologi meesh yang diipakai dalam s simulasi dapatt dilihat pada Gambar G 7.
Gambbar 5. Modul-modul IEEE 802.15.4 dalaam NS-2
Gambarr 7. Topologii mesh pada siimulasi
C. T Topologi
D D.
m penelitian in ni ada 2, Topollogi yang diguunakan dalam yaitu star dan meshh. Topologi Star 1. T
Skenario 1 : S T Topologi yanng digunakan n adalah starr, digunakann u untuk mengetahui sejauuh mana energi e yangg d dikonsumsi olleh masing-maasing node deengan intervall w waktu dan jaraak yang berbeeda-beda. Kom munikasi yangg d digunakan ad dalah devicee-to-koordinattor. Adapunn p parameter yanng digunakan n sebagai maasukan untukk s simulasi disajiikan pada Tabbel 1.
simulasi Pengggunaan toppologi star dalam dimakksudkan untu uk meniru kondisi nyaata dari pemannfaatan IEEE E 802.15.4 dalam d aplikassi sensor rumahh.
4
Skenario Simulasi
dipilih digunakan untuk 2 skenario, yaitu pengiriman paket melalui koordinator (RN-) dan tanpa melalui koordinator PAN (RN+). Besar paket yang digunakan adalah sama dengan skenario 1, yaitu 30 bytes, 60 bytes, dan 90 bytes. Sedangkan jarak yang dipakai berkisar dari 10 meter hingga 80 meter. Parameter masukan untuk energi dapat dilihat pada tabel III.4. Dari masing-masing skenario tidak diberikan background traffic dengan asumsi bahwa jaringan IEEE 802.15.4 tidak digunakan untuk mengirimkan data lainnya seperti halnya Internet.
Tabel 1. Parameter Masukan Simulasi Parameter Spesifikasi Jarak antar bertetangga Ukuran paket
node
yang
Rate paket Energi awal Energi yang digunakan untuk mengirim paket (txPower) Energi yang digunakan untuk menerima paket (rxPower) Energi saat idle atau sleep Lama simulasi Error model
± 10 meter 30 bytes, 60 bytes, dan 90 bytes 5 Kbps 13770 Joules 0.0744 Watt
0.0648 Watt
0.00000552 Watt 5.52 µW 3600 detik Distribusi Uniform
atau
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Percobaan dilakukan dengan 2 skenario seperti yang dijelaskan dalam bab 3 digunakan untuk mengetahui kinerja protokol IEEE 802.15.4 pada jaringan Wireless Sensor Network. Parameter yang diamati adalah besar energi, besar throughput, delay, dan packet loss dari node yang berfungsi sebagai device. Besar energi yang dihitung adalah dari node yang berfungsi sebagai device, bukan dari node yang berfungsi sebagai koordinator PAN. Hal ini dikarenakan node yang berfungsi sebagai device hanya dibekali dengan batere untuk catu dayanya, sedangkan koordinator PAN biasanya mendapat catu daya secara langsung dari jala-jala listrik. Nilai yang ditampilkan pada grafik merupakan nilai rata-rata dari semua node.
Perhitungan energi awal atau initial energy didapatkan dari asumsi bahwa batere yang digunakan oleh node adalah Alkalin tipe AA dengan tegangan sebesar 1.5V dan arus yang diset konstan sebesar 15 mA dan memiliki waktu hidup sekitar 170 jam [10]. Energi (dalam Joule) = Power (dalam Watt) x waktu (dalam detik) Energi (dalam Joule) = (1.5 x 15.10-3) Watt x (170 x 60 x 60) detik Energi (dalam Joule) = 13770 Joule Untuk perhitungan energi saat mengirim paket digunakan arus sebesar 31 mA dan tegangan 2.4 V, sehingga besar daya yang pakai adalah [10]: txPower = 31 mA x 2.4 V txPower = 0.0744 watt
A. Analisis Skenario 1 Skenario ini digunakan untuk memberikan gambaran berapa besar energi (dalam Joule) yang dikeluarkan oleh node yang menggunakan protokol IEEE 802.15.4 pada layer MAC-nya. Simulasi dilakukan dengan interval waktu berbeda-beda, jarak berbeda-beda dan energi yang dihitung adalah energi rata-rata yang terpakai pada node pengirim yang berjumlah 6 buah. Besar paket dan rate pada simulasi disesuaikan dengan besar paket dan rate yang digunakan pada aplikasi otomasi rumah [3].
Untuk menerima paket dengan ukuran yang sama dipakai arus sebesar 27 mA dan tegangan sebesar 2.4 V, sehingga besar daya yang digunakan sebesar [10]: rxPower = 27 mA x 2.4 V rxPower = 0.0648 watt Sedangkan energi yang dipakai untuk mensimulasikan node dalam kondisi idle atau sleep sebesar 0.00000552 watt yang dihasilkan dari arus sebesar 2.3 µA dan tegangan sebesar 2.4 V [10]. Dalam skenario 1 ini akan diuji cobakan dengan menonaktifkan protokol ruting karena tidak ada node perantara yang berada di antara pengirim dan penerima. Dari masing-masing kasus diberikan interval waktu yang berbeda-beda dalam pengiriman paketnya, yaitu : 1 detik, 10 detik, 30 detik, 1 menit, 15 menit, 30 menit, dan 1 jam. Jarak yang digunakan dalam simulasi adalah 10 meter, 15 meter, 20 meter, 25 meter, 30 meter, 35 meter, dan 40 meter.
1. Parameter Interval Simulasi diujicobakan dalam topologi star dengan 6 node, dengan masing-masing node mengirimkan paket setiap interval 1 detik, 10 detik, 30 detik, 1 menit, 5 menit, 15 menit, 30 menit, dan 1 jam kepada node 0 yang bertindak sebagai koordinator PAN. Mengingat node pengirim dan penerima hanya terdapat 1 jalur secara langsung tanpa melalui node yang lain, maka mekanisme ruting di non-aktifkan.
Skenario 2 : Simulasi dalam skenario 2 dipakai untuk melihat perilaku protokol ruting AODV pada jaringan nirkabel berbasis IEEE 802.15.4. Topologi yang
5
5
3.
30 bytes
4
Hasil perhitungan nilay delay pada skenario 1 dapat dilihat pada Tabel 2.
60 bytes
3
Parameter Delay, Packetloss dan Throughput
90 bytes
2
Tabel 2. Nilai end-to-end delay skenario 1
1 0 30 bytes 60 bytes 90 bytes
Gambar 8. Hubungan konsumsi energi (Joule) terhadap parameter Interval
10 m
15 m
20 m
25 m
30 m
35 m
40 m
2.591967
2.591967
2.591967
2.591967
2.591967
2.591967
2.591907
3.551967
3.551967
3.551967
3.551967
3.551967
3.551967
3.551907
4.511967
4.511967
4.511967
4.511967
4.511967
4.511967
4.511917
Nilai end-to-end delay dari node pengirim ke node penerima tidak berbeda untuk jarak 10 hingga 40 meter. Hal ini disebabkan oleh jarak yang tidak signifikan dibandingkan dengan cepat rambat gelombang elektromagnetik di udara sebesar 3.108 m/s. Packetloss untuk semua node dan semua payload adalah sama, yaitu 0%. Sedangkan throughput untuk payload 30 bytes sebesar 1.508 kbps, untuk payload 60 bytes sebesar 3.024 kbps, serta untuk payload 90 bytes sebesar 4.536 kbps. Dari hasil percobaan didapatkan hasil bahwa untuk topologi star dengan 6 node dan mekanisme pengiriman secara bergantian akan didapatkan throughput sebesar 100% dari total paket yang dikirim. Namun jika pengiriman dilakukan secara serentak maka nilai throughput akan menurun seiring bertambahnya packetloss yang dikarenakan oleh mekanisme buffering di koordinator PAN yang tidak mampu menangani semua paket yang datang dari semua node pengirim [6].
Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam simulasi, terlihat bahwa terjadi penurunan energi yang cukup signifikan dari interval 1 detik ke interval 10 detik. Hal ini disebabkan pada interval 10 detik node lebih lama berada dalam kondisi sleep dibandingkan dalam kondisi mengirim maupun menerima data. Dengan demikian semakin pendek interval pengiriman paket maka semakin besar energi yang terpakai. 2 Parameter Jarak Simulasi dilakukan pada topologi star dengan 6 node, dengan jarak node yang berfungsi sebagai device dengan koordinator PAN berkisar dari 10 meter, 15 meter, 20 meter, 25 meter, 30 meter, 35 meter hingga 40 meter. Energi yang dihitung merupakan energi rata-rata dari node pengirim. 12 10
B. Analisis Skenario 2
8
Skenario 2 digunakan untuk memodelkan jaringan WSN dengan topologi yang berbeda dengan skenario 1. Jika skenario 1 menggunakan topologi star, maka topologi yang dipakai pada skenario 2 adalah mesh. Parameter kinerja yang digunakan sama dengan skenario 1, yaitu besar energi dalam interval waktu dan jarak, end-to-end delay, packetloss, dan throughput. Dikarenakan banyak node yang terlibat dalam skenario 2 ini maka protokol ruting di aktifkan untuk mempermudah pencarian jalur antara node pengirim dan node penerima. Adapun protokol ruting yang digunakan adalah AODV.
6 4
30 bytes
2
60 bytes
0
90 bytes 10 m 15 m 20 m 25 m 30 m 35 m 40 m
Gambar 9. Hubungan konsumsi energi (Joule) terhadap parameter jarak Tampak dari Gambar 9, kenaikan energi terjadi pada jarak 20 hingga 30 meter. Hal ini disebabkan oleh jarak yang semakin jauh berakibat pada meningkatnya daya pancar yang diperlukan oleh node pengirim. Kenaikan energi tidak disebabkan oleh paket yang hilang saat komunikasi data berlangsung karena throughput yang diterima adalah 100%.
Skenario untuk RN- (melalui Koordinator PAN) 1. Parameter Interval Topologi yang dipergunakan dalam skenario 2 adalah mesh dengan 101 node. Jarak antara node pengirim dan node penerima ± 20 meter. Energi yang dihitung adalah energi yang terpakai pada node pengirim.
6
3.5 3 Energi (Joule)
Tampak pada gambar di atas terjadi kenaikan energi pada payload 60 bytes dari jarak 70 ke 80 meter. Adapun penyebab kenaikan energi tersebut adalah meningkatnya jumlah paket yang hilang (Gambar 13) sehingga node harus mengeluarkan energi lebih untuk retransmisi paket.
30 bytes 60 bytes
2.5
90 bytes
2 1.5 1
3.
0.5
Parameter Delay
0
Langkah yang digunakan untuk mengukur nilai delay dalam skenario 2 adalah mengirimkan 3 jenis paket dengan payload sebesar 30, 60, dan 90 bytes dengan rentang jarak yang berbeda-beda, berkisar dari 10 hingga 80 meter. Rate yang digunakan oleh semua payload adalah 5 kbps. Hal ini diperuntukkan untuk melihat hubungan antara jarak dengan nilai delay.
1 10 30 1 5 15 30 1 jam detik detik detik menit menit menit menit
Gambar 10. Hubungan Besar Energi (Joule) tehadap parameter Interval untuk RN-
2.
End to End Delay (ms)
Hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar 10. Grafik tersebut menunjukkan bahwa untuk node dengan pengiriman paket setiap 1 detik dengan besar payload 30 bytes akan menghabiskan batere Alkalin tipe AA selama kurang lebih 8 bulan, dan jika interval pengiriman paket adalah 1 jam akan menghabiskan energi batere selama kurang lebih 16.9 bulan atau 17 bulan. Sedangkan untuk payload sebesar 60 bytes akan menghabiskan masa hidup batere selama kurang lebih 6.7 bulan, dan payload sebesar 90 bytes akan habis dalam selang waktu 5.7 bulan. Pengiriman paket dengan payload 60 bytes maupun 90 bytes dalam interval waktu 1 jam akan menghabiskan waktu hidup batere yang setara dengan 16.9 bulan. Dalam perhitungan masa hidup batere, diasumsikan 1 bulan sebanding dengan 30 hari. Hasil simulasi menunjukkan bahwa batere untuk masing-masing node yang berfungsi sebagai device pada skenario pengiriman data melalui koordinator PAN dapat bertahan hingga kurang lebih 2 tahun dengan besar paket yang optimal adalah 30 bytes dan rate sebesar 5 kbps.
120 100
30 bytes
80
60 bytes
60
90 bytes
40 20 0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 12. Nilai end-to-end delay terhadap jarak pada skenario RNDari hasil percobaan pengiriman paket melalui koordinator PAN pada Gambar 11 didapatkan bahwa ukuran paket yang semakin besar dengan jarak yang semakin jauh antara node pengirim dan penerima mengakibatkan meningkatnya nilai delay. Untuk ukuran paket dengan payload sebesar 30 dan 60 bytes didapatkan nilai delay yang masih ditolerir dengan syarat jarak antara node pengirim dan penerima maksimal 70 meter. Sedangkan untuk payload 90 bytes jarak maksimal yang dapat ditempuh untuk mendapatkan nilai delay yang ditolerir menjadi lebih pendek, yaitu 60 meter. Adapun nilai delay yang ditolerir untuk aplikasi otomasi rumah adalah dibawah 10 ms/hop atau 10 ms/10 meter [3]. Hal ini mengindikasikan jarak maksimal antara node pengirim dan penerima pada jaringan WSN dengan topologi mesh dan skenario RN- berkisar pada 60 hingga 70 meter dengan besar paket 90 bytes.
Parameter Jarak
Pengukuran energi dilakukan pada node pengirim dengan interval pengiriman paket setiap 1 detik. Mengingat topologi yang digunakan adalah mesh maka jarak 10 meter setara dengan jarak 1 hop. Hasil percobaan dapat dilihat pada gambar 11. 30
4.
Parameter Packetloss
Energi (Joule)
25
Percobaan dilakukan untuk melihat persentase paket yang hilang selama proses pengiriman beserta penyebabnya. Adapun skenario yang dipakai sama dengan percobaan pada perhitungan delay dan packetloss, yaitu menggunakan 101 node sebagai device dan sebuah koordinator PAN. Besar payload yang digunakan yaitu 30, 60, dan 90 bytes. Dalam percobaan tidak disertakan background traffic dengan asumsi tidak ada proses pengiriman data lainnya selama simulasi. Pemodelan error yang digunakan
20 15 10 5
30 bytes 60 bytes 90 bytes
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 11. Hubungan Besar Energi (Joule) terhadap parameter Jarak untuk RN-
7
ditarik kesimpulan bahwa untuk besar paket dibawah 90 bytes dengan rate sebesar 5 kbps pada topologi mesh masih dimungkinkan untuk diaplikasikan pada otomasi rumah.
adalah distribusi Uniform dengan error rate sebesar 0.2 %. 7
30 bytes
6 Packetloss (%)
60 bytes
5
Skenario untuk RN+ (langsung, tanpa melalui Koordinator PAN)
90 bytes
4 3
1.
2 1
Skenario ini dimaksudkan untuk mengetahui konsumsi energi dalam beberapa interval waktu pengiriman dari 3 besar payload yang berbeda, yaitu 30, 60, dan 90 bytes. Jarak antara node pengirim dan node penerima ± 20 meter, sedangkan energi yang dihitung adalah energi yang terpakai pada node pengirim.
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 13. Persentase Paket yang hilang pada skenario RN-
Energi (Joule)
Paket yang hilang selama proses transmisi disebabkan oleh banyak hal. Penggunaan model error mengakibatkan beberapa paket ditandai sebagai paket dengan bit yang rusak. Jika mekanisme error correction pada protokol IEEE 802.15.4 tidak mampu mengatasi bit yang rusak tersebut maka paket tersebut akan dibuang. Penyebab lainnya yang tak kalah penting adalah lemahnya sinyal yang ditandai dengan nilai LQI yang rendah pula. Jarak yang terlalu jauh mengakibatkan sinyal menjadi menurun sehingga paket tidak dapat sampai ke node tujuan dengan selamat. 5.
Throughput (kbps)
70 60 50 40 30 60 bytes 90 bytes
0 10 m
60 bytes 90 bytes
Grafik pada gambar 15. menunjukkan hasil untuk node dengan pengiriman paket setiap 1 detik dengan besar payload 30 bytes akan menghabiskan batere Akalin tipe AA selama kurang lebih 8.3 bulan, dan jika interval pengiriman paket adalah 1 jam akan menghabiskan energi batere selama kurang lebih 16.9 bulan atau 17 bulan. Sedangkan untuk payload sebesar 60 bytes akan menghabiskan masa hidup batere selama kurang lebih 6.8 bulan, dan payload sebesar 90 bytes akan habis dalam selang waktu 5.8 bulan. Pengiriman paket dengan payload 60 bytes maupun 90 bytes dalam interval waktu 1 jam akan menghabiskan waktu hidup batere yang setara dengan 16.9 bulan. Dalam perhitungan masa hidup batere, diasumsikan 1 bulan sebanding dengan 30 hari. Protokol IEEE 802.15.4 didesain untuk transfer rate dan energi rendah, yaitu untuk masa hidup batere antara 6 bulan hingga 2 tahun [9]. Hasil simulasi membuktikan bahwa batere untuk masing-masing node yang berfungsi sebagai device pada skenario RN+ dapat bertahan hingga kurang lebih 2 tahun dengan besar paket yang optimal adalah 30 bytes dan rate sebesar 5 kbps. Dari hasil simulasi dapat ditarik kesimpulan bahwa energi yang dikonsumsi oleh node pengirim dalam skenario RN- maupun RN+ tidak memiliki perbedaan
80
30 bytes
30 bytes
Gambar 15. Hubungan Pemakaian Energi (Joule) terhadap Interval untuk RN+
Nilai throughput berbanding terbalik dengan besarnya packetloss. Dengan demikian turunnya nilai throughput disebabkan oleh naiknya nilai packetloss. Hasil dari perhitungan throughput dari node pengirim ke node penerima pada skenario 2 dapat dilihat pada Gambar 14.
10
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
1 10 30 1 5 15 30 1 jam detik detik detik menit menit menit menit
Parameter Throughput
20
Parameter Interval
20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 14. Nilai rata-rata throughput pada skenario RNHasil simulasi menunjukkan nilai throughput yang turun karena bertambahnya jarak ternyata tidak terlalu signifikan. Menurunnya nilai throughput yang tidak signifikan dikarenakan besar paket yang dibuang relatif kecil dibandingkan dengan total paket yang dikirim selama proses pengiriman data, yaitu di kisaran nilai dibawah 7%. Dari hasil simulasi dapat
8
Dari hasil percobaan pengiriman paket dengan payload 90 bytes tanpa melalui koordinator PAN didapatkan nilai delay sebesar 99.944 ms pada jarak 80 meter. Nilai delay tersebut melebihi nilai rata-rata delay yang ditolerir untuk aplikasi otomasi rumah yang berkisar pada nilai 80 ms pada jarak 80 meter [3]. Penyebab naiknya nilai delay adalah banyaknya sinyal yang diterima tidak cukup kuat untuk mentransmisikan paket sehingga paket harus dibuang. Dalam dokumen penelusuran paket yang dibuang karena sinyal lemah adalah LQI.
yang sangat besar selama jarak yang digunakan oleh keduanya sama. 2.
Parameter Jarak
Pengukuran energi dilakukan pada node pengirim dengan interval pengiriman paket yang tidak berbeda dengan skenario RN-, yaitu setiap 1 detik. Asumsi yang digunakan untuk menghitung jarak juga sama, yaitu 10 meter setara dengan jarak 1 hop. Hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar 16.
4.
30
Packetloss dicari melalui skenario yang sama dengan pengiriman paket pada RN-, yaitu pengiriman 3 payload yang berbeda pada kisaran jarak 10 hingga 80 meter. Hasil simulasi dapat dilihat pada gambar 18.
20 15 30 bytes
10
60 bytes
5
8
90 bytes
Paketloss (%)
Energi (Joule)
25
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 16. Hubungan Pemakaian Energi (Joule) tehadap Jarak untuk RN+
30 bytes
6
60 bytes
4
90 bytes
2 0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Peningkatan energi pada jarak ke 20 meter disebabkan oleh paket yang dibuang sebagai akibat karena kualitas sinyal yang kurang baik. Indikator dari kurang baiknya sinyal dapat dilihat pada dokumen penelusuran hasil simulasi (*.tr) dari parameter nilai Link Quality Indicator (LQI). 3.
Parameter Packetloss
Gambar 18. Persentase Paket yang hilang pada skenario RN+ Adapun penyebab meningkatnya paket yang dibuang adalah menurunnya kualitas sinyal yang diindikasikasikan dengan kode LQI pada paket yang dibuang. Penyebab packetloss selain menurunnya kualitas sinyal adalah kapasitas buffer dari node penerima sehingga paket harus dikirim ulang. Kapasitas buffer dari masing-masing node ditunjukkan oleh kode IFQ pada dokumen penelusuran.
Parameter Delay
Skenario ini digunakan untuk mengetahui hubungan antara jarak dengan nilai delay. Parameter input yang digunakan masih sama dengan skenario yang digunakan dalam RN-, yaitu mengirimkan 3 jenis paket dengan payload sebesar 30, 60, dan 90 bytes dengan rentang jarak yang berbeda-beda, berkisar dari 10 hingga 80 meter. Rate yang digunakan oleh semua payload adalah 5 kbps. Pembedanya adalah jika RNpengiriman paket melalui koordinator PAN, sedangkan pada RN+ langsung menuju node tujuan tanpa harus melalui koordinator PAN. Hasil simulasi dapat dilihat pada gambar 17.
5.
Parameter Throughput
Nilai throughput yang dihitung pada skenario 2 dilakukan dengan mengirimkan paket yang berbedabeda pada jarak 10 meter sampai 80 meter selama 1 jam. 80 70
100 80
Throughput (kbps)
End‐to‐end Delay (ms)
120 30 bytes
60
60 bytes
40
90 bytes
20 0
60 50 40
30 bytes
30
60 bytes
20
90 bytes
10
10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Gambar 17. Nilai end-to-end delay terhadap jarak pada skenario RN+
Gambar 18. Nilai rata-rata throughput pada skenario RN+
9
Hasil yang tidak jauh berbeda untuk perhitungan nilai throughput pada skenario pengiriman paket secara langsung ditunjukkan pada gambar 18. Kisaran persentase throughput yang diterima adalah 93% hingga 99% dari total paket yang dikirim selama proses komunikasi data berlangsung. Hal ini membuktikan pemilihan skenario RN- atau RN+ tidak akan terlalu berpengaruh dalam protokol ruting AODV selama jarak yang dipakai pada kedua skenario adalah sama.
Sensor Network through Analysis, Simulations and Implementation. White paper. 2006. [3] Callaway, Ed., Gorday, Paul., dan Hester, Lance., A. Gutierrez, Jose., Naeve, Marco., Heile, Bob. : Home Networking with IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Low-rate Wireless Personal Area Networks, IEEE Communications Magazine, Agustus 2002. [4] Dermawan, Candra. Zigbee : Teknologi Wireless Masa Depan, di unduh dari alamat http://candra.us/blog/?p=75 pada April 2009. [5] Gunarto, Thomas Yuni : ANOVA (Analysis of Variation), E-book untuk Materi Kuliah Statistika, Universitas Gunadharma, 2008. [6] Iqbal, Muhammad Syamsu : Studi Kinerja Protokol IEEE 802.15.4 untuk Jaringan Sensor Nirkabel Adhoc, Thesis, Bandung: ITB, 2008. [7] J. Zheng dan M.J.Lee : A Comprehensive Performance Study of 802.15.4, IEEE Press Book, 2004. [8] J. Zheng : Zigbee/IEEE 802.15.4 Routing Simulation, Samsung/CUNY, 2003. [9] Kinney, Patric (Chair of IEEE 802.15.4 Task Group): ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works, Communications Design Conference, 2003. [10] Marandin, Dimitri : Simulation of IEEE 802.15.4/ZigBee with Network Simulator-2 (ns2), di unduh dari alamat http://www.ifn.et.tudresden.de/~marandin/ZigBee/ZigBeeSimulation. html pada Maret 2009. [11] Myers, Raymond dan Walpole Ronald : Ilmu Peluang dan Statistika untuk Insinyur dan Ilmuwan, Penerbit ITB, 1995. [12] Pruim, Randall : ANOVA (Analysis of Variation), Department of Mathematics and Statistics at Calvin College, E-book untuk Materi Matematika, di unduh dari alamat http://www.calvin.edu/~rpruim/courses/m143/F0 0/ pada Mei 2009. [13] TechTarget : What is WPAN? di unduh dari http://searchmobilecomputing.techtarget.com/sDe finition/0,,sid40_gci837444,00.html], pada Mei 2009. [14] UC Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC : The ns Manual, Maret 2008. [15] Wirawan, A.B. dan Eka Indarto : Mudah Membangun Simulasi dengan Network Simulator-2, Penerbit Andi, Yogyakarta., 2004
V. KESIMPULAN Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah : 1. Node yang berfungsi sebagai device dalam jaringan IEEE 802.15.4 bertopologi star mampu bertahan selama 6 bulan hingga 2 tahun dengan catu daya berasal dari batere sekelas Alkalin tipe AA jika selama proses komunikasi data tidak mengaktifkan protokol ruting tertentu. 2. Mekanisme pengiriman paket secara bergantian pada topologi star dengan 6 node dapat meningkatkan throughput dibandingkan dengan pengiriman paket secara serentak. 3. Batere untuk masing-masing node yang berfungsi sebagai device pada skenario pengiriman data melalui koordinator PAN dapat bertahan hingga kurang lebih 2 tahun dengan besar paket yang optimal adalah 30 bytes dan rate sebesar 5 kbps 4. Persentase throughput yang diterima pada topologi mesh adalah 93% hingga 99% dari total paket yang dikirim. Hal ini membuktikan pemilihan skenario RN- atau RN+ tidak akan terlalu berpengaruh dalam protokol ruting AODV selama jarak yang dipakai pada kedua skenario adalah sama. 5. Pengiriman paket dengan payload 90 bytes tanpa melalui koordinator PAN menghasilkan nilai delay sebesar 99.944 ms pada jarak 80 meter. Nilai delay tersebut melebihi nilai rata-rata delay yang ditolerir untuk aplikasi otomasi rumah yang berkisar pada nilai 80 ms pada jarak 80 meter. 6. Penyebab meningkatnya paket yang dibuang adalah menurunnya kualitas sinyal yang diindikasikasikan dengan Link Quality Indicator (LQI), dan penuhnya kapasitas buffer dari node penerima yang diindikasikan dengan kode IFQ.
REFERENSI
[1] Anonim. (2008) : Wireless Sensor Network – MeshNetics Learning Courses, di unduh dari alamat www.meshnetics.com/learning, pada April 2009. [2] Burchfield, T. Ryan dan S. Venkatesan : Maximizing Throughput in Zigbee Wireless
10
PERF FORMAN NCE ANA ALYSIS OF O ZIGBE EE PROT TOCOL O ON WIIRELESS S PERSO ONAL AR REA NETW WORK (W WPAN) Verra Suryanii1, Yudi Sattria Gondokaryono2 Electrrical Engineering Master Program, P Sek kolah Teknik k Elektro dan n Informatikaa dung, Jl Gan nesha 10 Band dung, 022-250 00985 Institut Teeknologi Band mbakvera@ @gmail.com1,
[email protected] Abstractss – In this study, s we exxamined the use of protocol Zigbee / IEE EE 802.15.4 in Wireless Sensor Network (WSN) withh a measuree of energy, delay, packetlosss, and thrroughput as the perforrmance parameteers of the protocol. p Measurement iss done through ssimulator usinng the Networrk Simulator 2 (NS2). From m the results of o the experim ment yields thhat the type of B Battery Alkalline AA type that is used as the power poortion of the node n (as a devvice) in the network n Zigbee/IE EEE 802.15.4 4 can last appproximately 7 month with the time intervall of packets is i 1 second. For F the time inteerval of 1 hour it was fouund that the Battery B results arre able to surv vive 17 montths. Based on a time interval tthat was foundd has a consum mption of enerrgy but not the same as with the t large paylload. Besides energy parameteer is also influuenced by the large packet and a the distance uused. Keywordds : Zigbee/IIEEE 802.15..4, WSN, WP PAN, , delay, paacketloss, thro oughput.
1.
INTRODUC CTION
Wireeless Sensor Network N (WS SN) is a distributed system aand consist of sensor deevices, data packet transmittter, and operrated on wirreless networrk, has limitationn in energy. WSN waas implementted for monitorinng and controolling processees in industriaal field, for patiient monitorring in meddical field, house automatioon applicationn, and trafficc controlling. Every sensor deevices was com mpleted by poower supply, usually u as batteryy. Zigbbee/IEEE 80 02.15.4 prottocol is wireless w communiication proto ocol which has h communnication range abbout 100 metrres and low power p consum mption. This chharacteristic makes Zigbbee/IEEE 8002.15.4 protocol frequent used with WS SN to save sensor device’s power. In wireless w com mmunication, power saving beecomes imporrtant issue. In thhis research, power conssumption of sensor devices aand WSN usinng Zigbee/IEE EE 802.15.4 protocol was studdied. We use total energy consumptionn for 1 hour obbservation inn star and mesh topolo ogy as performaance parameeter. Other parameterss that measuredd are delay, paacketloss, andd throughput.
2.
THE EORY
A. Wireless Peersonal Area Network N (WPA AN) WPAN is a network that connectting wirelesss deevices in shoort range, abbout few meeters. WPAN N concept is plug in, in ideal condition c PAN N devices cann communicate iff connect cloose automatically. Devicess ocked by other o devicess thaat connectedd can be lo sellectively to avoid intterference or o unwantedd infformation acccess from otther devices [13]. WPAN N tecchnology devveloped by IE EEE is 802.15.4 for low w poower consumpption WSN. B. Wireless Sen nsor Networkk (WSN) WSN is build b for moonitoring, conntrolling andd combination booth of them [11]. For monitooring, usuallyy W WSN used for f temperatture telemettry, pressuree tellemetry etc. Inn controlling,, WSN used for commandd traansmission wirelessly w for actuator succh as switch,, robbot etc. velopers or vendors v needd In industriial field, dev staandardization to ensure devices froom differentt veendors can communicate. c Standard foor WSN aree IE EEE 802.15.4 by IEEE andd Zigbee that was developtt byy Zigbee Alliannce [1].
(a))
(b)) onitoring (b) WSN for Figure 1. (aa) WSN for mo controllin ng [1]
1
recceived a RouteRequest, node willl prepare a R RoouteReply if valid v route to destination exist. e Validityy off route is determined d inn intermediaate node byy uence numberr in intermediaate node withh comparing sequ quence numbeer in RouteR Request. If a deestination seq RoouteRequest received r morre than one time whichh inddicate If a RouteeRequest receeived repeateedly, the pairr inddicated by the t BcastID-S SrcID, then the copy iss rem moved. All inntermediate nodes have a valid v route too thee destination, or destinationn node itself is allowed too sennd packets too RouteReply source. Eachh intermediatee noode, while a forward fo RouteeRequest, enteer the addresss off the node befo ore and BcastIID it. Use a tim mer is used too move this enntry in the case of a RouteReply nott rem recceived before the time runs out. This helpps in saving a paath that is acctive at the intermediate node wheree AO ODV does noot use sourcee routing of data packets.. W When a nodde receives a packet RouteReply,, infformation abo out the previouus node wheree the packet iss recceived to forw ward the storeed data packeet to the nodee aftter the node to o the destination node.
C. IEEE E 802.15.4 annd Zigbee Zigbbee come from m words zig annd bee, zig has mean zig-zag m movement annd bee is ann insect. Thee name notice tthat the prootocol imitattes bee in spread informatiion about honney to other bee b [4]. Zigbee was developeed by Zigbee Alliance as altenative protocol which haas low power consumptionn, low data ratte, low cost, andd targeted forr wireless nettwork in auto omation and rem mote controlled applicationn. IEEE Com mmittee 802.15.4 worked for low l data rate protocol deciided to with Zigbee Alliance A and use Zigbee as a trade merge w mark. Funddamental diffeerences betweeen Zigbee angg IEEE 802.15.4 are layer coverage handles by each Committtee. IEEE 8022.15.4 focusess on 2 lowestt layer, physical layer and MAC layerr. Whereas Zigbee Alliance focus on 2 other protocolss, layer netwoork and layer aapplication [2]. Zigbeee/IEEE 8002.15.4 architectuure can be seeen at Figure 2 below.
3. MOD DELING AND SIMULAT TION Modeling of energy usage and AO ODV routingg prootocol in WSN W network for IEEE 802.15.4 8 wass conducted by Network N Simuulator 2 (NS2). Modelingg annd simulation will w describe below. b A. Modelling
Figure 2. Zigbee Archhitecture
En nergy Ennergy on the Network N Sim mulator 2 is m modelled as ann atttribute of the node that reprresents the ennergy level onn thee node. Modeeling is made using u a class EnergyModel E l [144] and definedd in the follow wing:
D. Adhooc On-demaand Distancee Vector (A AODV) Prottocol AOD DV routing protocol p usess approach base on necessityy to find path, path will available only if needed by sourcce node to trransmit data packet. AOD DV use destinatioon sequence number n to inddentify newesst path. Major diffferences betw ween AODV and a Dynamic Source Routing ((DSR) are DS SR uses source route which h a data packet bbrings compleete path thatt will be cro oss. In AODV, source nodee and interm mediate nodee save informatiion for nextt hope abouut each dataa flow transmisssion. In routting on-demannds protocol, source node floods route reqquest packet in network when w a route does not availaable for wantted destination. The c result so ome route for different routte from method could a single rroute request. Major differeence between AODV A and otheer routing on--demand is usage u of desttination sequencee number (DeestSeqNum) tto determine up-todate paath to destinnation. A node n updatee path informatiion only if DestSeqNum frrom received packet bigger thhan las DestS SeqNum whicch is saved in last packet. RouteRequest bring sourcee identifier (S SrcID), A R destinatioon identifierr (DestID), source sequence number (SrcSeqNum)), destinationn sequence number n (DesSeqN Num), broadccast identifier (BcastID), annd time to live (T TTL). DestSeeqNum indicaates novelty of o path whichrecceived by soource. When intermediatee node
class En nergyModel : public TclObject public: EnergyMo odel(double energy) energy_ = energy; inline double d energ gy() return energy_; inline void v setener rgy(double e) energy_ = e; virtual void DecrTx xEnergy(doub ble txtime, double P_tx) P energy_ -= (P_tx * txtime); virtual void DecrRc cvEnergy(dou uble rcvtime, , double P_r rcv) energy_ -= (P_rcv * rcvtime); protecte ed: double energy_; e
Ass seen from thhe EnergyMod del Class defiinition above,, theere is only a single class variable eneergy_ whichh reppresents the leevel of energy y in the nodee at any givenn tim me. The consstructor EnerrgyModel(energy) requiress thee initial-energgy to be passsed along as a parameter.. Thhe other class methods are used u to decreaase the energyy levvel of the node for every e packett transmittedd (D DecrTxEnergy( (txtime, P_ _tx)) and every e packett recceived ( DecrrRcvEnergy (rcvtime, ( P_ _rcv)) by the e recception of pacckets at the no ode. When thee energy levell at the node goes down to zerro, no more packets can bee recceived or trannsmitted by thhe node. If traccing is turnedd onn, line DEBUG: node <node-id> dropping pkts duee to energy = 0 is printed in the tracefile.
2
The enerrgy model useed in simulation is adopted from model m made by Liang g Jian Zheng Cuny's C Univerrsity in New Yorrk and Vijay Kakadia from m the Univerrsity of Southernn California [8 8].
c. d.
AODV Routing R Proto ocol Routing m model in NS-22 generally coonsists of 3 paarts: a. Routting agent : to forward and a receive packets p withh neighbors noode b. Routte logic : con ntains inform mation gathered from the rrouting agent (or a databaase that contaains the topology used in the t static routiing) c. Classsifiers : loccated in the node, is used to calcuulate the routting table so that packets can be forw warded to the destination d node
access to alll the primitivve and the MA AC layer as a wrapper of the primitivess. IEEE 802.115.4 PHY Contain thhe implementtation of thee PHY layerr primitives. IEEE 802.115.4 MAC Contain thhe implementtation of the MAC layerr primitives. Figuree 4. IEEE 802 2.15.4 Modulss in NS-2
C. Topology
A Routing implementatioon of new prrotocols, e.g. AODV sometimees does not need the third part in the abbove to implemennt all. This only happenns if a prevviously created rrouting agent that has a behhavior that is almost the samee as AODV V, e.g. routinng Distance Vector protocol. If a protoco ol routing usinng the classiffier has withdraw wn, then the protocol p will have another object called a module rouuting (routingg module). Routing R module responsible for managinng all functioons of blocks aand make thee interface with w the node. The process oof interaction of the node, the module routing, r and routiing can be seen in Figure 3.
Toopology used in i this researcch are star andd mesh. 1. Star Topollogy
Thhe use of star s topology y in the sim mulation wass inttended to rep plicate the reaal conditions of the IEEE E 8002.15.4 sensor applicaations in the home.. In star topologyy used 6 nodees with the explanation ass folllows: a. Node 0 as a PAN Coorddinator b Node 1, 2, b. 2 3, 4, 5, and 6 is a device that has ± 100 meters inn distance fro om the PAN N coordinator.. Node 1 is i the device 1, node 2 is the device 2,, node 3 iss the device 3, node 4 is the device 4,, node 5 is a device 5 an nd node 6 is thhe device 6.
Figure 3. 3 Interaction between nodees, routing moodule, and rrouting. Brokeen line shows the detail of the t proto ocol routing [113] AODV rrouting agentt uses same routing proto ocol of Distance Vector. AOD DV modules that are used d in the simulatioon is integrated d in the NS-2 version of 2.3 31.
Figure 5. Star Topollogy on simulation Staar topology iss used in scenaario 1 becausee the topologyy is sufficient for a home area coverage c [3].
B. Simuulation
2.
Simulatioons are made to simulate thhe protocol in n IEEE 802.15.4 NS-2 modulees use the folloowing [8]: a. Wireeless Scenarioo Definition : Usedd to define the network toppology, the seelection protoocol routing,, animation on the simuulation, evennt handling, such as iniitializing thee PAN coorrdinator, the selection off radio propaagation moddel, the distancce of radio trransmission, antenna a moddel, the queue used in the buffer, b the erroor link, traffi fic patterns, structure of thhe superframee , and for thhe process at the t application. b. Servvice Specific Convergence C S Sub-layer (SSC CS) This module is an interface between LL LC and MAC C layer (Figuure 4). Its funnction is to provide p
Mesh Topoology Mesh topollogy is used in n the simulatioon for routingg process pro otocol modeliing in the IE EEE 802.15.44 network. Topology T is seelected for IE EEE 802.15.44 for larger nodes n and wid der area from m the previouss topology. Mesh M topolog gy used in thhe simulationn can be seenn in Figure 7.
3
(RN-) and without going through the PAN coordinator (RN +). Packets size used are the same as scenario 1, which is 30 bytes, 60 bytes, and 90 bytes. While the distance that is used ranges from 10 meters to 80 meters. Parameter inputs for the energy can be seen in table 1. Of each scenario is not given background traffic with the assumption that the IEEE 802.15.4 network is not used to transmit other data such as the Internet.
Figure 7. Mesh Topology on Simulation D.
Simulation Scenario
Scenario 1 : Topology is star, used to determine the energy consumed by each node with the different time interval and distance variety. The parameters used as input for the simulation are presented in Table 1. Table 1. Simulation Input Parameter Parameter Spesification Distance between nodes Packet size Packet rate Initial Energy Energy that is used to send the packet (txPower) Energy used to receive the packet (rxPower) Energy at idle or sleep Long simulation Error model
IV. RESULT AND DISCUSSION Experiments conducted with scenario 2 as described in section 3 is used to determine the performance of the protocol on the IEEE 802.15.4 Wireless Sensor Network. Parameter is observed that large energy, large throughput, delay, and packet loss from the node that functions as a device. Large energy is calculated from the node that functions as a device, not from the node that functions as a PAN coordinator. This is because the node that functions as the device is only provided with the Battery for the charged portion, while the PAN coordinator, usually get a portion directly from the power grid. Value that is displayed on the graph is the average value of all nodes.
± 10 meter 30 bytes, 60 bytes, and 90 bytes 5 Kbps 13770 Joules 0.0744 Watt 0.0648 Watt 0.00000552 Watt or5.52 µW 3600 s Uniform distribution
Calculation of initial energy or energy obtained from the initial assumption that battery is used by the node is AA type Alkaline which voltage is 1.5V and set the constant current of 15 mA. Battery life time is 170 hours [10]. Energy (in Joule) = Power (in Watt) x time (in seconds) Energy (in Joule) = (1.5 x 15.10-3) Watt x (170 x 60 x 60) seconds Energy (in Joule) = 13770 Joule
A. Scenario 1 Analysis This scenario is used to give a picture how much energy (in Joule) issued by the node using the protocol of IEEE 802.15.4 MAC layer on it. Simulation is done with the time interval is different, the distance is different and the energy is calculated average energy used on the node that the sender of 6 units. Size rates on the packet and the simulation is adjusted to the large packet and rate of application used in home automation [3].
To calculate the energy used when sending the packet current is set to 31 mA and voltage is 2.4 V, so power that is used [10]: txPower = 31 mA x 2.4 V txPower = 0.0744 watts
1. Interval Parameter Simulation tested in star topology with 6 nodes, with each node send a packet every 1 second interval, 10 seconds, 30 seconds, 1 minute, 5 minutes, 15 minutes, 30 minutes, and 1 hour to node 0 which acts as the PAN coordinator . Given the sender and the recipient node, there is only 1 line directly without going through the other node, then the mechanism routing in non-active.
To receive a packet with the same size as the current 27 mA and voltage of 2.4 V, so power was used [10]: rxPower = 27 mA x 2.4 V rxPower = 0.0648 watt
5
Meanwhile, energy used for simulating a node in idle or sleep condition is 0.00000552 watt generated from the flow of 2.3 μA and the voltage of 2.4 V [10]. In scenario 1 this will be tested by disabling the routing protocol since there is no intermediate nodes between source and destination. Of each case are given time interval that is different in the delivery of paketnya, namely: 1 seconds, 10 seconds, 30 seconds, 1 minute, 15 minutes, 30 minutes,and 1 hour. Distance used in the simulation is 10 meters, 15 meters, 20 meters, 25 meters, 30 meters, 35 meters and 40 meters.
4 3
30 bytes 60 bytes 90 bytes
2 1 0 1 10 30 1 5 15 30 1 jam detik detik detik menit menit menit menit
Figure 8. The relationship of energy consumption (Joule) of the parameter interval
Scenario 2 : Simulations in scenario 2 is used to view the behavior of AODV routing protocol in wireless network based on IEEE 802.15.4. Simulation scenario 2, is divided in 2 ways: sending the packet through the coordinator
Based on the results obtained in the simulation, it can be seen that the decrease in energy occurs a significant interval of 1 second interval to 10 seconds. This is due
4
to the interval 10 seconds longer node in the sleep condition than in the condition and receive data to send. Thus, the short interval of the packet the more likely that energy used.
B. Scenario 2 Analysis Scenario 2 is used to simulate WSN network topology that is different from the scenario 1. If scenario 1 using a star topology, the topology used in the scenario 2 is a mesh. Performance parameters that are used together with the scenario 1, the most energy in the interval of time and distance, end-to-end delay, packetloss, and throughput. Due to many nodes that are involved in scenario 2 is the protocol in routing switch to facilitate the search path between the sender node and the node receiver. Routing The protocol used was AODV.
2 Distance Parameter Simulation is done on the star topology with 6 nodes, with the distance of the node that functions as a device with the PAN coordinator, ranging from 10 meters, 15 meters, 20 meters, 25 meters, 30 meters, 35 meters to 40 meters. Energy is an energy that is calculated based on the average of the sender node. 12
Scenario for RN- (through PAN Coordinator) 1. Interval Parameter
10 8 6
Topology that is used in scenario 2 is a mesh with 101 nodes. The distance between the sender node and the recipient node about ± 20 meters. Energy is calculated on the node that the sender used.
30 bytes 60 bytes
4 2 0
3.5
10 m 15 m 20 m 25 m 30 m 35 m 40 m
30 bytes
Energi (Joule)
3
Figure 9. The relationship of energy consumption (Joule) of the distance parameter From Figure 9, the increase of energy going on the distance of 20 to 30 meters. This is by far the more distance that result in increased power required by the dispersed nodes sender. The increase is not caused by the energy lost when the packet data communication takes place because the received throughput is 100%. 3.
30 m
35 m
40 m
2.59197
15 m 2.59197
20 m 2.59197
25 m 2.59197
2.59197
2.59197
2.59191
3.55197
3.55197
3.55197
3.55197
3.55197
3.55197
3.55191
4.51197
4.51197
4.51197
4.51197
4.51197
4.51197
4.51192
1.5 1 0 1 10 30 1 5 15 30 1 jam detik detik detik menit menit menit menit
Figure 10. Relations of Energy (Joule) of parameter interval for RN -
Delay, Packetloss and Throughput Parameter
10 m
90 bytes
2
0.5
Results delay calculation in scenario 1 can be seen in Table 2. Table 2. End-to-end delay in scenario 1
30 bytes 60 bytes 90 bytes
60 bytes
2.5
Results of the experiment can be seen in Figure 10. Figure 10 shows that for the node with the packet of every 1 second with 30 bytes of payload will spend Alkaline Battery type AA for about 8 months, and if the packet is the interval of 1 hour will consume energy battery for about 16.9 months or 17 months. While for the payload of 60 bytes will spend time during the life battery approximately 6.7 months, and payload of 90 bytes will be out in time-lapse of 5.7 months. Shipping packet with 60 bytes payload and 90 bytes in 1 hour time interval will spend Battery life is equal to 16.9 months. In the calculation of Battery life, it is assumed proportional to the 1 month 30 days. Simulation results show that the Battery to each node that functions as a device in the scenario of data through the PAN coordinator can stand up to more than 2 years old with a big packet that is optimal 30 bytes and rate of 5 kbps.
Value of end-to-end delay from node to node of the recipient is not different for the range of 10 to 40 meters. This is caused by the distance that is not significant compared with the electromagnetics propagation waves in the air as much as 3108 m/s. Packetloss for all nodes and all the payloads is the same, that is 0%. While the throughput for the payload of 30 bytes 1508 kbps, 60 bytes for the payload of 3024 kbps, and 90 bytes for the payload of 4536 kbps. From the results of the experimental results obtained for the star topology with 6 nodes and the transmission mechanism will be alternately throughput of 100% of the total packet that is sent. However, if the delivery is done simultaneously so the throughput will be reduced in line due to the increased packetloss by buffering mechanism in the PAN coordinator is not able to handle all packets that come from all the nodes [6].
2.
Distance Parameter
Energy measurement is done on the node with the interval of 1 packet per second. Given the topology of the mesh used is a 10 meter distance is equivalent to the distance of 1 hop. Results of the experiment can be seen in Figure 11.
5
scenario used in the experiment with the calculation of delay and packetloss, namely the 101 and the device node as a PAN coordinator. Payload size that used are 30, 60, and 90 bytes. Not included in the experiment with the background traffic assumptions, there is no other process of data during simulation. Modeling error that is used is Uniform distribution with an error rate of 0.2%.
30 Energi (Joule)
25 20 15 30 bytes
10
60 bytes
5
90 bytes
8 Packetloss (%)
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
6
Figure 11. Relations of Energy (Joule) of the parameters for the RN-Distance
4 2 0
Appear in the figure on the increase in energy occurs in the payload 60 bytes from distance 70 to 80 meters. The cause of the increase of energy is increasing the number of packets that were lost (Figure 13) so that the node should be issued to more energy retransmission packet. 3.
10 m 20 m30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Figure 13. Packet lost percentage in scenario RNPacket lost during transmission caused by many things. Use of the model error caused some of the packets marked as a packet with the broken bit. If the error correction mechanism in the IEEE 802.15.4 protocol is not able to overcome the broken bit in the packet is discarded. The cause of the other not less important is the weak signal is marked with a value of LQI is also low. The distance is too far cause the signal to be decreased so that the packet can not be up to the node with the destination safely.
Delay Parameter
End to End Delay (ms)
Step that is used to measure the value of delay in the scenario 2 is to send 3 types of packets with a payload of 30, 60, and 90 bytes with a range of distance that is different, ranging from 10 to 80 meters. Rate that is used by all payloads is 5 kbps. This is to see the relationship between distance with a value of delay. 120 100
30 bytes
80
60 bytes
60
90 bytes
5.
Throughput Parameter
Throughput value proportionate to the size of the inverted packetloss. Thus the decrease of throughput value caused by the increase of packetloss value. Results from the calculation of throughput from sender to recipient in scenario 2 can be seen in Figure 14.
40 20 0
80 Throughput (kbps)
10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Figure 12. Value of end-to-end delay on the distance to the scenario-RN From the experiment results of the packet through the PAN coordinator in Figure 11 it was found that the size of the packet that the greater the distance that the remote node between the sender and the recipient of the increasing value of delay. For the size of the packet with the payload of 30 bytes and 60 obtained delay values that are still tolerated provided that the distance between nodes sending and receiving up to 70 meters. While the payload to 90 bytes maximum distance that can be applied to obtain the value of the delay to be tolerated more short of 60 meters. The value of the delay tolerated for the home automation application is under 10 ms / hop or 10 meters ms/10 [3]. This indicates the maximum distance between the sender and the recipient of the nodes in the WSN network with mesh topology and scenario-ranges on the RN 60 to 70 meters with 90 bytes of the packet. 4.
30 bytes 60 bytes
60 40 20 0
30 bytes 60 bytes 90 bytes
10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Figure 14. Average throughput on scenario RNSimulation results show the value of throughput is down because of increased distance is not too significant. The decreasing value of throughput is not significant because of the discarded packet is relatively small compared with the total packet that is sent during data transmission, i.e. in the range of values under 7%. From the results of the simulation can be drawn the conclusion that for large packets under 90 bytes with a rate of 5 kbps on the mesh topology is still possible to apply in home automation.
Packetloss Parameter
Scenario for the RN + (directly, without going through the PAN Coordinator)
Experiment conducted to see the percentage of packets lost during the delivery process and its causes. The
6
Figure 16. Relationships of the Energy (Joule) against distance for the RN + The Increasing energy at 20 meters is caused by signal quality. Indicators of signal quality can be seen on the results of the simulation document (*. tr) as parameter values Link Quality Indicator (LQI).
1. Interval Parameter This scenario is intended for the consumption of energy in some time interval of the 3 large payload that is different, namely 30, 60, and 90 bytes. The distance between the sender node and the recipient node ± 20 meters, while the calculated energy is the energy used in the sender node.
3.
3.5 Energi (Joule)
3 2.5
60 bytes
2
90 bytes
This scenario is used to determine the relationship between distances with a value of delay. Input parameters used are the same as that used in the scenario-RN, for sending 3 types of packets with a payload of 30, 60, and 90 bytes with a range of distance that is different, ranging from 10 to 80 meters. Rate is used by all the payload is 5 kbps. The difference is if the RN-delivery packet through PAN coordinator, while the RN + directly to the destination node without passing through PAN coordinator. Simulation results can be seen in the Figure 17.
1.5 1 0.5 0 1 detik
10 30 1 5 15 30 1 jam detik detik menit menit menit menit
Figure 15. Relationships of the Energy (Joule) of the interval for the RN +
End‐to‐end Delay (ms)
150
Figure 15 shows the results for the node with the packet of every 1 second with 30 bytes of payload will spend Alkaline Battery type AA for about 8.3 hours, and if the transmission interval is 1 day packet will Battery spend energy for about 16.9 days or 17 days. While for the payload of 60 bytes will spend Battery life for about 6.8 hours, and payload of 90 bytes will be out in time-lapse of 5.8 months. Shipping packet with 60 bytes payload and 90 bytes in 1 hour time interval will spend Battery life is equal to 16.9 months. In the calculation of Battery life, it is assumed proportional to the 1 month 30 days. IEEE 802.15.4 protocol is designed to transfer rate and low energy, namely for the Battery life between 6 months to 2 years [9]. Simulation results prove that the Battery to each node that functions as a device in the scenario RN + can stand up to more than 2 years old with a big packet that is optimal 30 bytes and rate of 5 kbps. From the results of the simulation can be drawn the conclusion that the energy consumed by nodes in the scenario RN- or RN + does not have a very big difference over the distance that is used by both the same.
4.
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Packetloss Parameter
Paketloss (%)
20
5
60 bytes
Packetloss searched through the same scenario with the transmission of the packet-RN, the payload of 3 on a different distance range 10 to 80 meters. Simulation results can be seen in the figure18.
25
10
50
30 bytes
From the results of the experiment with a packet of 90 bytes payload without PAN coordinator through the established value of 99,944 ms delay on the distance of 80 meters. Value exceeds the value of delay is the average delay is tolerated for home automation applications that range in value of 80 ms on the distance of 80 meters [3]. The cause of increase in the value of delay is the number of the received signal is not strong enough to transmit the packet so that the packet should be discarded. In the packet of documents that are removed because the signal is weak LQI.
30
15
100
Figure 17. Value of end-to-end delay on the distance to the scenario RN +
2. Distance Parameter Energy measurement is done on the node with the interval of the packet that does not vary with the scenario-RN, which is every 1 second. Assumptions used to calculate the distance the same, namely a 10meter distance, equivalent to 1 hop. Results of the experiment can be seen in Figure 16. Energi (Joule)
Delay Parameter
30 bytes
8 6 4
30 bytes 60 bytes
2 0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Figure 18. Packet lost percentage in the scenario RN + The cause of the increased packetloss is decreasing the quality of the signal was indicated with LQI code on the packet are removed. The other reason of increasing
30 bytes 60 bytes 90 bytes
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
7
Indicator (LQI), and full buffer capacity of the recipient node is indicated by the IFQ code.
packetloss is decreasing the buffer capacity of nodes so that the recipient of the packet must be sent back. Buffer capacity of each node is indicated by the code of IFQ in tracing file.
REFERENCES 5.
Throughput Parameter [1] Anonim. (2008) : Wireless Sensor Network – MeshNetics Learning Courses, di unduh dari alamat www.meshnetics.com/learning, pada April 2009. [2] Burchfield, T. Ryan dan S. Venkatesan : Maximizing Throughput in Zigbee Wireless Sensor Network through Analysis, Simulations and Implementation. White paper. 2006. [3] Callaway, Ed., Gorday, Paul., dan Hester, Lance., A. Gutierrez, Jose., Naeve, Marco., Heile, Bob. : Home Networking with IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Low-rate Wireless Personal Area Networks, IEEE Communications Magazine, Agustus 2002. [4] Dermawan, Candra. Zigbee : Teknologi Wireless Masa Depan, di unduh dari alamat http://candra.us/blog/?p=75 pada April 2009. [5] Gunarto, Thomas Yuni : ANOVA (Analysis of Variation), E-book untuk Materi Kuliah Statistika, Universitas Gunadharma, 2008. [6] Iqbal, Muhammad Syamsu : Studi Kinerja Protokol IEEE 802.15.4 untuk Jaringan Sensor Nirkabel Adhoc, Thesis, Bandung: ITB, 2008. [7] J. Zheng dan M.J.Lee : A Comprehensive Performance Study of 802.15.4, IEEE Press Book, 2004. [8] J. Zheng : Zigbee/IEEE 802.15.4 Routing Simulation, Samsung/CUNY, 2003. [9] Kinney, Patric (Chair of IEEE 802.15.4 Task Group): ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works, Communications Design Conference, 2003. [10] Marandin, Dimitri : Simulation of IEEE 802.15.4/ZigBee with Network Simulator-2 (ns-2), di unduh dari alamat http://www.ifn.et.tudresden.de/~marandin/ZigBee/ZigBeeSimulation.h tml pada Maret 2009. [11] Myers, Raymond dan Walpole Ronald : Ilmu Peluang dan Statistika untuk Insinyur dan Ilmuwan, Penerbit ITB, 1995. [12] Pruim, Randall : ANOVA (Analysis of Variation), Department of Mathematics and Statistics at Calvin College, E-book untuk Materi Matematika, di unduh dari alamat http://www.calvin.edu/~rpruim/courses/m143/F00/ pada Mei 2009. [13] TechTarget : What is WPAN? di unduh dari http://searchmobilecomputing.techtarget.com/sDefi nition/0,,sid40_gci837444,00.html], pada Mei 2009. [14] UC Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC : The ns Manual, Maret 2008. [15] Wirawan, A.B. dan Eka Indarto : Mudah Membangun Simulasi dengan Network Simulator2, Penerbit Andi, Yogyakarta., 2004
Throughput value is calculated in the scenario 2 is done by sending a packet that vary on the distance of 10 meters to 80 meters for 1 hour. Throughput (kbps)
80 60 40
30 bytes
20
60 bytes
0 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m
Figure 19. Average throughput on the scenario RN + Results are not much different for the calculation of the value of throughput in the scenario packet directly shown in the picture 19. Percentage range of the received throughput is 93% to 99% of the total packet that is sent during the process of data communication in progress. This election proves scenario-RN or RN + will not be too influential in the AODV protocol routing distance used during the second scenario is the same. V. CONCLUSION Conclusions from the research are: 1. Node that functions as a network device in the IEEE 802.15.4 star topology able survive for 6 months to 2 years with the power derived from Alkaline Battery type AA during the communication if the data does not enable a certain protocol routing. 2. Packet delivery mechanism alternately on the star topology with 6 nodes can increase the throughput compared to the shipping packet simultaneously. 3. Battery for each node that functions as a device in the scenario of data through the PAN coordinator can stand up to more than 2 years old with a big packet that is optimal 30 bytes and rate of 5 kbps 4. Percentage of throughput received on the mesh topology is 93% to 99% of the total packet that is sent. This election proves scenario-RN or RN + will not be too influential in the AODV protocol routing distance used during the second scenario is the same. 5. Packet transmission with 90 bytes payload without PAN coordinator through the value of 99,944 ms delay on the distance of 80 meters. Value exceeds the value of delay is the average delay is tolerated for home automation applications that range in value of 80 ms on the distance of 80 meters 6. The cause of the increasing packet is decreasing the signal quality with indicator from Link Quality
8
