APLIKASI VEHICULAR AD-HOC NETWORK UNTUK MONITORING KECELAKAAN MOBIL DI JALAN RAYA Nanok Adi Saputra1, M. Zen Samsono Hadi2, Taufiqqurahman3. Laboratorium Jaringan Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya1 Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya2 e-mail :
[email protected],
[email protected] 2,
[email protected] ABSTRAK Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak akan terlepas dari melakukan kesalahan apakah itu hal yang besar atau hal yang kecil dirumah, ditempat kerja maupun dijalan. Yang perlu diperhatikan yaitu ketika berada di dijalan, karena sedikit kesalahan akan mengakibatkan hal yang fatal. Oleh karena itu dengan adanya Vehicular Ad-Hoc Networks (VANET) memiliki potensi yang besar untuk meningkatkan keselamatan dan efisiensi di jalan raya pada masa yang akan datang. Dengan adanya vanet mobil yang berada di jalan raya bisa saling melakukan komunikasi tanpa harus terdapat satu base station khusus yang berfungsi sebagai router untuk menghubungkan antar kendaraan. Karena vanet pada prinsipnya, tiap–tiap kendaraan berfungsi sebagai router jika terdapat informasi yang harus dikirimkan, maka kendaraan tersebut yang akan mencari rute sendiri kemana data tersebut akan dikirimkan. Setelah dilakukan pengujian metode vehicle adhoc network dengan menggunakan wireless 802.15(zigbee) delay pengiriman data dari kendaraan (node) satu ke node yang lain memerlukan waktu 12 detik. Delay waktu yang didapatkan masih sangat tinggi sehingga tidak bisa diaplikasikan pada sistem pencegah kecelakaan dijalan raya. Tetapi didalam proyek akhir ini proses dinamik routing berhasil dilakukan pada zigbee dan adhoc network berhasil diaplikasikan pada jarak antar node kurang dari 5m. Kata Kunci– xbee, zigbee, vehicular adhoc network,dinamik routing, wireless 802.15 belakang kendaraan ini pada radius 100m dengan komunikasi Ad-Hoc. setelah itu mobil yang menerima sinyal bahaya itu akan meneruskan sinyal tanda bahaya kepada mobil yang berada di belakangnya lagi sampi di peroleh jarak aman.
1. PENDAHULUAN Salah satu pegembangan teknologi yang akan dikembangkan pada proposal ini adalah mengenai monitoring dalam sistem transportasi. Saat ini suatu kecelakaan yang sering terjadi adalah kecelakaan yang disebabkan oleh human error.Permasalahan yang terjadi tidak hanya sampai disini melainkan berlanjut dengan kemungkinan kecelakaan beruntun. Jika suatu kendaraan melaju dengan kecepatan tinggi dan secara tibatiba kendaraan di depan berhenti maka bisa dipastikan kita akan menabrak mobil tersebut. Untuk mengurangi resiko tersebut maka dibuat suatu komunikasi wireless dengan frekuensi 2,4Ghz antar kendaraan. Jika terjadi keelakaan dijalan raya maka mobil yang mengalami kecelakaan tersebut akan mengirimkan sinyal tanda bahaya kepada mobil yang berada di
2. TEORI PENUNJANG 2.1 Wireless 802.15.4 (Xbee-Pro) Pada masa sekarang ini telah banyak dikembangkan modul wireless RF. Salah satu modul wireless RF yang sering dipakai adalah X-Bee Pro yang dibuat oleh Maxstream.
Gambar 1 Modul xbee/xbee pro
1
ZigBee/IEEE 802.15.4 teknologi yang memfokuskan data rate rendah, konsumsi daya rendah, biaya rendah, target protocol jaringan wireless untuk aplikasi otomasi dan kendali remote. Modul X-Bee pro ini beroperasi pada daerah 2,4 GHz. XBee-PRO hanya membutuhkan energi yang rendah untuk beroperasi sehingga praktis dalam penempatan. 2.2
Mikro Control Unit (Mcu) Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja karena kedua MCU tersebut memiliki arsitektur yang berbeda.AVR berteknologi RISC sedangkan MCS51 berteknologi CISC. Secara umum AVR dibagi menjadi 4 kelas yaitu : keluarga ATtiny, AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya.
Gambar 3 Struktur Dasar Program C
2.4
Pengiriman Data Dengan Modem Gsm Aplikasi yang akan di jalankan pada tugas akhir ini adalah bagaimana station bisa memberikan informasi kepada server mengenai lokasi kecelakaan. Yang kemudian pada tugas akhir ini sebuah station direpresentasikan dengan mikrokontroller yang akan mengirimkan pesan melalui modem dan dikirimkan ke server dengan menggunakan sms. Pada tugas akhir ini sebelum modem dihubungkan ke mikrokontroller modem dihubungkan melalui PC untuk memastikan program yang digunakan dan mempermudah pelacakan jika terjadi masalah dengan koneksi. konfigurasi sistem dapat dilihat sebagai berikut:
Gambar 2 Atmega 8353
2.3
Pemrograman Bahasa C Program bahasa C merupakan program yang terdiri dari satu atau lebih fungsi-fungsi. Pada bahasa C terdapat fungsi utama yang harus ada pada program yang kita buat yaitu fungsi main(). Fungsi main adalah fungsi pertama yang akan diproses pada saat program dicompile dan dijalankan sehingga dapat disebut fungsi yang mengontrol fungsi-fungsi lain. Struktur program bahasa C terdiri dari fungsi-fungsi lain sebagai program bagian(subroutine), maka bahasa C dapat disebut sebagai bahasa yang terstruktur. Cara penulisannya sebagai berikut:
modem
Pengirim
Gambar 4 konfigurasi modem GSM
Modem GSM / GPRS adalah modem wireless yang bekerja dengan jaringan GSM/ GPRS. Sebuah modem wireless ini mirip dengan modem dial-up. Perbedaan utama adalah bahwa modem wireless mentransmisikan data melalui jaringan wireless sedangkan modem dial-
2
up mentransmisikan data melalui saluran telepon tembaga. Untuk mengirim pesan SMS, kita memerlukan kartu yang aktif dari operator untuk modem GSM / GPRS, yang kemudian terhubung ke komputer. Ada beberapa cara untuk menghubungkan ponsel atau GSM / GPRS modem untuk komputer. Sebagai contoh, mereka dapat dihubungkan melalui kabel serial, kabel USB, Bluetooth atau link link inframerah. Cara yang sebenarnya untuk digunakan tergantung pada kemampuan dari ponsel atau GSM / GPRS modem. Sebagai contoh, jika ponsel tidak mendukung Bluetooth, tidak dapat terhubung ke komputer melalui jaringan Bluetooth. Setelah menghubungkan ponsel atau GSM / GPRS modem ke komputer, selanjutnya dapat mengontrol ponsel atau GSM / GPRS modem dengan mengirimkan instruksi untuksi. Instruksi yang digunakan untuk mengontrol ponsel atau GSM / GPRS modem disebut perintah AT. Dial-up modem, ponsel dan GSM / GPRS modem mendukung seperangkat standar perintah AT. Selain itu seperangkat standar perintah AT, ponsel dan GSM / GPRS modem mendukung serangkaian perintah AT diperpanjang. Salah satu penggunaan perintah AT diperpanjang adalah untuk mengontrol pengiriman dan penerimaan pesan SMS.
Infor
Node A
A
Infor
Node B
A
Infor
Node C
A
Gambar 5 blok diagram Ad-Hoc network
Cara kerja dari Adhoc network ini yaitu node A akan mengirim data ke Node B, selanjutnya Node B akan mengirim data ke Node C dan Node C akan mengirim data ke node D dan seterusnya hingga semua node mendapatkan informasi yang dikirimkan dari sumber. Tetapi pada proyek akhir ini penulis akan mengunakan tiga node dan satu buah node yang dihubungkan dengan modem GSM. Komunikasi Adhoc network diatas akan di aplikasikan pada sistem yang utuh seperti yang terlihat pada gambar dibawah sebagai komunikasi antar kendaraan
Gambar 6 Sistem secara keseluruhan
Seperti yang terlihat pada gambar diatas ketika sebuah mobil mengalami kecelakaan entah itu bertabrakan atau akibat sendiri maka mobil tersebut akan mengirimkan alarm ke mobil yang berada di belakangnya agar bisa melakukan antisipasi, kemudian mobil yang telah menerima informasi tersebut melakukan broadcast informasi mengenai kecelakaan tersebut, hal ini bertujuan agar informasi bisa disampaikan pada mobil yang belakang lagi dan station bisa menerima informasi ini dan mengirimkan informasi ini ke server. Untuk lebih jelasnya urutan proses yang terjadi bisa dijelaskan pada flowchart dibawah
3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS Sebelum merancang perangkat lunak dalam proyek akhir ini tahap pertama yang harus dipahami adalah susunan dari sistem itu sendiri.Secara keseluruhan konfigurasi sistem pada proyek akhir ini terdiri dari beberapa node dan satu buah node yang dihubungkan dengan modem GSM yang digunakan sebagai sms gateway. Kemudian untuk komunikasi antara node digunakan metode Adhoc network. Komunikasi Ad hocnetworkbisa di ilustrasikan seperti pada gambar dibawah ini: 3
Node D
Start Tidak Terjadi Kecelakaan Ya
Flowchart untuk kendaraan yang mengalami kecelakaan
Mengirim alarm
Alarm sudah terkirim
Gambar 8 Diagram rangkaian shcematic ATMega 8535 AVR Menerima alarm
Pada gambar rangkaian diatas masih belum termasuk dengan rangkaian untuk driver xbee.
Analisa jarak Flowchart untuk kendaraan yang dibelakang Memberi alarm pengedara
3.1
Rangkaian Menggirimkan SMS Pada mikrokontroller untuk komunikasi serial pin yang digunakan adalah TX, RX dan GND, yang mana ini menggunakan DB9 sebagai konektor. Sedangkan pada modem wavecom menggunakan pin TX,RX,RTS, CTS dan GND. Cara yang kita gunakan untuk menyiasati hal ini adalah dengan melakukan jamper pada bagian DB 15
Mengirim alarm Tidak Apakah alarm terkirim Ya
Mobil Berikutnya
Gambar 7 Flowchart sistem secara umum
Sistem dari modul yang nantinya akan diletakkan pada kendaraan yaitu ketika sensor mendeteksi terjadi benturan maka sensor akan mengirim data ke mikroprosesor, setelah itu mikro akan memberi alarm ke pengemudi dan menggerakkan Motor untuk mengurangi kecepatan. Mikro menggunakan xbee untuk mengirimkan data secara wireless kepada mobil yang berada di belakang.
Gambar 9 konfigurasi kabel antara mikro dengan modem GSM
3.2
Protokol Pengiriman Data Dari Gambar 3.6 dapat dilihat bahwa Receiver dan Transmitter dari USART diaktifkan.Pada Receiver Rx Interrupt diaktifkan dengan buffer sebesar 8 bit.Baudrate yang digunakan sebesar 9600 yang merupakan default baudrate dari komunikasi USART pada mikrokontroller. Parameter protokol diberikan format 8 bit data, 1 stop bit data dan dengan no parity. Mode komunikasinya adalah asynchronous. Berikut ini adalah rancangan format protokolnya : 4
Head
X
X
Seq
X
seq
rssi(receive signal streng indikator) yang digunakan untuk melakukan analisa jarak yang selanjutnya akan mengirimkan informasi kepada mobil dengan jarak terdekat.Untuk mengetahui jarak terdekat bisa digunakan metode sortir
Data
addr MY MY MY address
Gambar 10 Format Protokol data
4. xxx
:Header atau awalan protocol, ini merupakan header untuk memberitahu jika terdapat bahaya seq :Seq number adalah nomor urutan untuk menjelaskan mobil nomor berapa yang mengalami kecelakaan ini addr :Address adalah alamat sumber yang mengalami kecelakaan MY :Data MY adalah data alamat pengirim informasi yang nantinya alamat ini tidak akan dikirim data lagi
IMPLEMENTASI, HASIL DAN ANALISA
4.1
Implementasi Rangkaian station digunakan sebagai perangkat end device yang berfungsi mengirim informasi ke server SIG melalui sms gateway. Node station ini menggunakan ATmega162 yang memiliki dua port serial. Port serial0 digunakan untuk komunikasi dengan USART xbee sedangkan port serial1 digunakan untuk komunikasi dengan modem. Gambar 4.1 adalah rangkaian skematik yang sudah dibuat
3.4 Metode network Discovery Metode yang digunakan untuk mengirimkan data dengan menggunakan Ad-Hoc network adalah dengan mengunakan ip table sehingga nanti bisa di dapatkan jarak terpendek untuk mngirimkan data datarssi Host
Host
Getrssi
Getrssi
datarssi
Host
Host
Gambar 12 Skematik station Gambar 11 metode network discovery
Dari rangkaian skematik gambar 4.1 dibuat dijadikan rangkaian pada PCB yang akhirnya seperti pada gambar 4.2. Node pada gambar 4.2 disertakan juga modem GSM dan modul xbee.
Setelah sebuah host mengirimkan data secara broadcast maka node yang masih berada di dalam satu jaringan dan bisa berkomunikasi maka host yang menerima data tersebuat akan mengirimkan balasan mengenai nilai dari 5
waktu (Detik)
55'
Delay Pengiriman
50' 45' 40' 35' 30' 1
4.2 Hasil Percobaan dan analisa Adhoc network Dengan Parameter Jarak Pada pegujian adhoc network dengan perubahan parameter jarak dilakukan di lapangan basket PENS bulan Januari 2012 pada sore hari. Pengambilan data ini dimaksudkan untuk mengetahui bagaimana respon jarak terhadap proses routing yang dilakukan oleh node. Pada pengujian ini diharapkan dapat diketahui berapa jarak ideal untuk melakukan komunikasi adhoc dengan menggunakan wireless 802.15.4. Gambar 4.26 adalah gambar konfigurasi percobaan adhoc netwok dan tabel 4.2 adalah tabel hasil percobaan adhoc network dengan parameter jarak. No de
No de
No de
1
Gambar 14 konfigurasi pengukuran Tabel 4.1 Pengukuran pada jarak antar node 1m NO 1 2 3 4 5
A 0' 0' 0' 0' 0'
10
Gambar 14 Grafik delay waktu pengiriman data terhadap jarak
Gambar 13 Node station
No de
3 5 7 jarak dalam m
Waktu Data Diterima Paket B Paket C Paket xxx1AFF10 12' xxx2AFF21 23' xxx3AFF32 xxx1AFF10 11' xxx2AFF21 24' xxx3AFF32 xxx1AFF10 12' xxx2AFF21 24' xxx3AFF32 xxx1AFF10 12' xxx2AFF21 26' xxx3AFF32 xxx1AFF10 12' xxx2AFF21 27' xxx3AFF32 Rata - rata waktu pengiriman
D 37' 38' 38' 38' 39' 38'
Pesan KPS KECELAKAAN KPS KECELAKAAN KPS KECELAKAAN KPS KECELAKAAN KPS KECELAKAAN
6
Dari hasil pengukuran delay pengiriman terhadap jarak antar node mengalami kenaiakan dengan tidak liner. Kenaikan ini disebabkan karena adanya error reta pada proses pengiriman data sehingga proses pengiriman data harus diulang kembali. Hal lain yang menyebabkan ini adalah proses routing yang di ulang ulang. Seperti pada tabel percobaan 2 dengan jarak pengukuran 3m pada pengukuran ke 2 pengiriman data antar node rata –rata adalah 12 detik pada proses routing dari node C ke node D terdapat selisih waktu atau lama pengiriman data adalah 24 detik atau 2 kali rata – rata pengiriman data. Selanjutnya ada pula yaitu proses routing yang gagal dilakukan pada percobaan pembacaan node pada jarak 7m. ketika node C ini tidak ditemukan atau karena kuat sinyal pada node D lebih besar dari sinyal kuat sinyal node C. Error rate juga terjadi pada pengiriman data untuk jarak antar node 10m. disini paket pada node A berhasil dikirimkan ke node B. tetapi pada prosses selanjutnya yaitu node B tidak bisa menemukan device yang lain sehingga proses ahhoc terputus dan informasi tidak bisa dikirimkan. Dengan adanya delay waktu dan error rete dalam proses pengiriman data yaitu pada pengukuran jarak antar node 7m dan 10m. sehingga bisa disimpulkan bahwa proses routing dengan menggunakan RSSI atau kuat sinyal ini bisa efektif untuk routing antar node dengan jarak dibawah 5m.
5. KESIMPULAN Setelah melakukan tahap perencanaan dan pembuatan sistem yang kemudian dilanjutkan dengan tahap pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Untuk komunikasi paket data secara Ad-hoc network pada proyek akhir ini dapat dikatakan berhasil, dimana tingkat keberhasilannya sebesar 100% untuk metode dinamik routing dengan jarak antar node maksimal 5m Semakin banyak jumlah node , maka delay waktu pengiriman paket data juga akan semakin besar
7
Posisi dan letak dari tiap-tiap node tidak berpengaruh terhadap kinerja sistem dimana untuk komunikasi antar hop diperlukan waktu 10-12 detik. Adhoc network dengan menggunakan wireless 802.15.4 zigbee bisa diaplikasikan pada node yang bergerak dengan kecepatan 5m/detik. Delay proses auto routing yang tinggi pada zigbee menyebabkan zigbee tidak bisa di aplikasikan pada aplikasi pencegah kecelakaan dijalan raya dengan menggunakan sistem vehicular adhoc network
