KINERJA DAN KONSUMSI DAYA PROTOKOL ROUTING LEACH PADA TOPOLOGI JARINGAN SENSOR NIRKABEL BERBASIS KLASTER
HIKMAH DIARAPAT
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kinerja dan Konsumsi Daya Protokol Routing LEACH pada Topologi Jaringan Sensor Nirkabel Berbasis Klaster adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, November 2016 Hikmah Diarapat NIM G64134015
ABSTRAK HIKMAH DIARAPAT. Kinerja dan Konsumsi Daya Protokol Routing LEACH pada Topologi Jaringan Sensor Nirkabel Berbasis Klaster. Dibimbing oleh SRI WAHJUNI. Wireless sensor network (WSN) adalah jaringan nirkabel yang terdiri atas sejumlah perangkat kecil yang dikenal sebagai node sensor, yang ditempatkan secara acak di suatu area untuk melakukan sensing dan memantau beragam parameter yang terkait dengan kondisi lingkungan di berbagai lokasi. Upaya untuk mengganti-ganti baterai pada node-node di jaringan sensor nirkabel dinilai tidak praktis dan tidak dapat dikerjakan dengan mudah. Karena semua node beroperasi dengan sumber daya baterai, maka penting untuk dilakukan upaya penghematan konsumsi energi pada sumber energi yang terbatas tersebut untuk memperpanjang waktu hidup jaringan. Penelitian ini menggunakan protokol routing LEACH yaitu protokol routing yang memanfaatkan strategi jaringan hierarkis. Protokol ini meningkatkan efisiensi energi dan waktu hidup jaringan. Simulator jaringan ns-2 digunakan untuk melakukan analisis kinerja dan konsumsi daya protokol routing LEACH pada topologi jaringan sensor nirkabel berbasis klaster. Penggunaan jumlah klaster terbaik pada penelitian ini berada pada nilai 3, 4, dan 5 untuk node berjumlah 100. Hasil simulasi dengan menggunakan 4 klaster mempunyai nilai rata-rata energi yang dihabiskan per round terendah dengan nilai 0.3374 Joule atau setara dengan 16.8 mW. Kata kunci: efisiensi energi, LEACH, protokol routing, WSN
ABSTRACT HIKMAH DIARAPAT. Performance and Energy Consumption of LEACH Routing Protocol on Cluster Based Wireless Sensor Network Topology. Supervised by SRI WAHJUNI. A wireless sensor network (WSN) consists of a large number of tiny devices called sensor nodes, which are usually deployed randomly over a wide area in order to sense and monitor various physical phenomena-related parameters including environmental conditions at various locations. It may not be feasible to replace the batteries in the WSN nodes. As all the nodes are battery operated, it is necessary to conserve the limited battery energy so that the lifetime of the network can be extended. This work presents a hierarchical routing protocol, which is LEACH protocol. This protocol improves both the energy efficiency and the lifetime of the network. Network simulator ns-2 has been used to carry out performance analysis of LEACH routing protocol. The optimum number of clusters are 3, 4, and 5 for 100-node network. The simulation result using 4 cluster has an average energy dissipated per round with the lowest value of 0.3374 Joule or 16.8 mW. Keywords: energy efficiency, LEACH, routing protocol, WSN
KINERJA DAN KONSUMSI DAYA PROTOKOL ROUTING LEACH PADA TOPOLOGI JARINGAN SENSOR NIRKABEL BERBASIS KLASTER
HIKMAH DIARAPAT
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
Penguji: 1 Ahmad Ridha, SKom MS 2 Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom
Judul Skripsi : Kinerja dan Konsumsi Daya Protokol Routing LEACH pada Topologi Jaringan Sensor Nirkabel Berbasis Klaster Nama : Hikmah Diarapat NIM : G64134015
Disetujui oleh
Dr Ir Sri Wahjuni, MT Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta'ala. Selawat serta salam semoga senantiasa dilimpahkan kepada Nabi Muhammad, keluarganya, sahabatnya, dan kepada kita yang selalu berusaha menggapai ridha Allah. Alhamdulillah atas bimbingan dan petunjuk dari Allah subhanahu wa ta'ala serta bimbingan dari semua pihak, penyusunan tugas akhir yang berjudul “Kinerja dan Konsumsi Daya Protokol Routing LEACH pada Topologi Jaringan Sensor Nirkabel Berbasis Klaster” dapat diselesaikan. Tugas akhir ini tidak mungkin dapat diselesaikan tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada: Bapak Karman dan Ibu Puja Suratinah, Nova Putri Karlina, serta anggota keluarga yang selalu mendoakan, memberi nasihat, kasih sayang, semangat, dan dukungan sehingga penelitian ini bisa diselesaikan. Ibu Dr Ir Sri Wahjuni, MT selaku pembimbing yang telah sabar dan pengertian dalam memberi saran dan arahan dalam penelitian ini. Bapak Ahmad Ridha, SKom MS dan Bapak Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom sebagai penguji. Bapak Abdusy Syarif di Perancis yang telah banyak memberikan referensi teknis dalam persiapan lingkungan penelitian. Teman seperjuangan: Yu Kaneko di Jepang, Fadjar Iftikhar, Nino Tannio, Bayu Santoso, Fahmi Dzilikram, Fahmi Dzulhasymi, Ferry Ramdhani, dan Rizky Budia Pradibta yang telah memberikan semangat dan masukan. Departemen Ilmu Komputer IPB, staf dan dosen yang telah banyak membantu selama masa perkuliahan hingga penelitian. Semoga penelitian ini bermanfaat.
Bogor, November 2016 Hikmah Diarapat
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE Studi Pustaka
2 3
IEEE 802.15.4
3
WSN
3
Protokol Routing LEACH
4
Power Consumption/Energy Cost
7
Network Simulator ns-2
8
Mobile Node pada ns-2
9
MIT µ-AMPS ns Code Extensions
9
Penyiapan Lingkungan Simulasi
10
Penyusunan Skenario Simulasi
12
Analisis Hasil
12
HASIL DAN PEMBAHASAN
12
Penyusunan Skenario Simulasi
12
Analisis Hasil
13
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
RIWAYAT HIDUP
26
DAFTAR TABEL 1 2 3 4
Karaktersitik radio Parameter simulasi File-file keluaran simulasi Hasil pengamatan simulasi
11 11 14 17
DAFTAR GAMBAR 1 Tahapan penelitian 2 Single hop star topology (Faludi 2011) 3 Multi hop mesh topology (Faludi 2011) 4 Cluster based hierarchical sensor network topology (Salazar 2010) 5 LEACH clustering model (Kodali dan Aravapalli 2014) 6 Algoritme pembentukan cluster LEACH (Heinzelman et al. 2002) 7 Time-line operasi LEACH (Cui 2007) 8 Model radio penggunaan energi (Heinzelman et al. 2002) 9 Arsitektur dasar simulator jaringan ns-2 10 Flowchart mobile node dan resource-adaptive node pada ns-2 11 Langkah-langkah simulasi 12 Penempatan 100 node 13 Ringkasan file leach.out 14 Nilai AED per round dengan variasi nilai cluster 1 sampai 10 15 Nilai ADR per round untuk cluster 1 sampai 10 16 Jumlah node hidup terhadap banyak round 17 Jumlah node hidup per total data yang diterima BS 18 Energi yang dihabiskan per total data yang diterima BS
3 4 4 5 5 7 7 8 9 10 12 13 14 15 16 16 17 17
DAFTAR LAMPIRAN 1 File leach_test untuk menjalankan LEACH 2 Data hasil parsing file leach.alive, leach.data, dan leach.energy untuk 4 klaster 3 Snippet code untuk mengolah file leach.alive 4 Snippet code untuk mengolah file leach.data 5 Snippet code untuk mengolah file leach.energy
21 22 24 24 25
PENDAHULUAN Latar Belakang Wireless sensor networks (WSN) adalah jaringan nirkabel ad hoc yang terdiri atas sejumlah perangkat kecil, yang dikenal sebagai sensor, dan tersebar di wilayah geografis tertentu (Wang et al. 2010). Setiap perangkat memiliki kemampuan untuk melakukan pengolahan data dan berkomunikasi secara nirkabel, yang memungkinkannya untuk mengumpulkan informasi dari lingkungan sekitarnya dan menghasilkan sekaligus mengirimkan pesan ke remote base station-nya. Suatu remote base station bertugas untuk mengumpulkan dan menganalisis pesan yang diterima dan memutuskan ada atau tidaknya suatu kejadian yang tidak umum atau fenomena tertentu pada area disebarnya sensor tersebut (Tian dan Georganas 2002). Salah satu keuntungan utama dari WSN adalah tidak bergantung pada kendala pemasangan kabel dan budget yang tinggi. Untuk tetap mempertahankan semua manfaat dari operasi nirkabel yang dimiliki WSN, setiap node sensor harus dilengkapi dengan sumber energi yang tidak mahal dan terus menyala. Oleh karena itu, setiap node sensor menggunakan baterai kecil sebagai sumber dayanya. Sementara itu, tempat node-node sensor tersebut diletakkan berada di area terpencil dan jauh dari jangkauan. Kegiatan seperti mengisi ulang baterai atau mengganti baterai bukanlah hal yang mudah untuk dilakukan (Kochhal et al. 2003). Pengoperasian dan masa hidup jaringan sensor nirkabel secara langsung dibatasi oleh pemakaian energi pada node-node sensornya. Padahal dalam penerapan WSN di dunia nyata, node-node tersebut diharapkan dapat berfungsi selama berbulan-bulan bahkan bertahun-tahun lamanya. Mengganti-ganti baterai memerlukan biaya yang sangat mahal dan tidak praktis untuk diterapkan pada ukuran jaringan yang besar. Dengan demikian, efisiensi energi adalah salah satu kebutuhan terpenting pada jaringan sensor nirkabel (Trathnigg et al. 2008). Desain yang hemat energi untuk memperpanjang waktu hidup WSN tanpa banyak mengorbankan realibilitas sistem adalah tantangan penting untuk perancangan jaringan sensor nirkabel yang lebih luas (Tian dan Georganas 2002). Para peneliti di bidang riset WSN telah secara aktif mengeksplorasi pendekatan konservasi daya yang lebih lanjut untuk jaringan sensor nirkabel. Di satu sisi, para produsen perangkat telah berjuang untuk membuat produknya bekerja dengan mengkonsumsi daya yang rendah. Di sisi yang lain, para perancang protokol sedang berusaha mencari sebuah arsitektur komunikasi yang efisien dalam pemakaian energi hingga melibatkan semua level dari layer physical sampai layer aplikasi (Tian dan Georganas 2002). Ketika dijalankan, node WSN memiliki kemampuan untuk mengkonfigurasi diri dan membentuk ketetanggaan (neighborhoods). Komunikasi node dari base station ke setiap node lain ditentukan oleh strategi routing yang digunakan. Protokol routing yang handal penting untuk keberhasilan WSN mengingat setiap data yang dikumpulkan diperlukan untuk bermacam-macam aplikasi (Salazar 2010). Kinerja suatu WSN perlu dievaluasi sebelum pemasangan. Melakukan evaluasi kinerja WSN secara on-site sangat memakan waktu dan biaya. Di
2 samping itu, evaluasi kinerja WSN pada node sensor yang sebenarnya tidaklah mudah karena tidak dapat dilakukan secara berulang-ulang dan tidak semua kondisi operasional yang diharapkan dapat tercakupi. Oleh karena itu, simulasi adalah salah satu cara yang paling efisien untuk mengevaluasi kinerja jaringan sensor nirkabel. Perumusan Masalah Penelitian ini dilakukan untuk menjawab permasalahan: 1 Bagaimana metode untuk melakukan analisis kinerja dan konsumsi daya pada jaringan sensor nirkabel? 2 Bagaimana kinerja dan konsumsi daya WSN yang menggunakan protokol routing LEACH dengan topologi berbasis klaster? 3 Bagaimana pengaruh jumlah klaster terhadap network lifetime pada suatu jaringan nirkabel yang menggunakan protokol routing LEACH? Tujuan Penelitian Tujuan utama dari penelitian ini untuk menganalisis kinerja dan konsumsi daya jaringan WSN pada protokol routing LEACH dengan topologi cluster based sensor network. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran tentang kinerja dan konsumsi daya dalam jaringan WSN yang menggunakan protokol routing LEACH pada topologi cluster based sensor network. Apabila protokol tersebut diterapkan pada instalasi jaringan WSN yang sebenarnya, jaringan WSN tersebut diharapkan memiliki waktu hidup yang lebih lama dan menggunakan daya yang efisien. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: 1 Metode yang digunakan adalah metode simulasi. Simulasi jaringan WSN dilakukan dengan menggunakan program simulator jaringan ns-2. 2 Base station dan node-node sensor tidak berpindah tempat selama simulasi. 3 Kriteria evaluasi yang diamati adalah energy cost, alive nodes, dan total data. 4 Topologi WSN yang digunakan adalah topologi cluster based sensor network.
METODE Penelitian yang dilakukan terbagi menjadi beberapa tahapan. Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini ialah studi pustaka, penyiapan lingkungan simulasi, penyusunan skenario simulasi, dan analisis hasil. Tahapan-tahapan tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.
3
Gambar 1 Tahapan penelitian Studi Pustaka Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan adalah mengumpulkan serta membaca semua literatur dan informasi yang terkait dengan penelitian. Literatur yang digunakan berbentuk berkala ilmiah, skripsi, tesis, buku, presentasi, dan artikel di internet yang berkaitan dengan penelitian WSN. IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 adalah standar yang secara khusus dirancang untuk low rate wireless personal area networks (LR-WPAN). Standar nirkabel 802.15.4 membedakan dirinya dari standar nirkabel lain seperti IEEE 802.11 dan Bluetooth dengan beberapa fitur unik seperti menargetkan data rate rendah dan komunikasi jaringan nirkabel dengan daya yang rendah. Link wireless 802.15.4 dapat beroperasi di bawah 3 band frekuensi udara berlisensi industrial scientific medical (ISM) yang tidak berbayar: 2.4 GHz, 915 MHz, dan 868 MHz. Channel yang dialokasikan untuk standar komunikasi nirkabel 802.15.4 berjumlah 27 dengan perincian, 16 channel pada band 2.4 GHz, 10 channel pada band 915 MHz, dan 1 channel pada band 868 MHz (Zheng dan Lee 2006). Wireless Sensor Network (WSN) WSN adalah sistem kompleks yang terdiri atas node-node sensor otonom yang didistribusikan pada suatu area untuk melakukan tugas tertentu. Node-node tersebut berkomunikasi secara nirkabel dan tersusun pada suatu jaringan untuk saling bekerja sama. Node-node sensor ini mengintegrasikan kombinasi antara penginderaan, komunikasi nirkabel, pemrosesan sinyal, serta kemampuan penyimpanan (Langendoen 2007). Setiap node sensor memiliki kemampuan untuk mengukur dan memantau fenomena lingkungan. Biasanya satu buah node tidak cukup baik apabila digunakan untuk mengoleksi data pada area lokal tertentu. Tugas jaringan sensor nirkabel adalah untuk menghubungkan node, mengumpulkan data lingkungan tertentu, dan mendistribusikannya melalui jaringan. Node-node sensor kemudian secara kolaboratif mengumpulkan informasi menurut tugas dan tujuan aplikasi yang telah ditetapkan. Dari sudut pandang sistem, tujuan utama dari WSN adalah untuk menghasilkan informasi berarti secara global dari data-data yang dikumpulkan secara lokal (Antoniou dan Pitsillides 2007). Langendoen (2007) menyatakan bahwa pada umumnya WSN diharapkan untuk dapat beroperasi selama beberapa tahun serta berfungsi secara otonom tanpa banyak kontrol dari lingkungan luarnya. Topologi jaringan merupakan pola penempatan node-node pada suatu jaringan sehingga node-node tersebut saling terhubung. Terdapat beberapa macam topologi pada jaringan WSN yang di antaranya adalah:
4 1 Single-hop star topology: Topologi star single-hop adalah topologi WSN yang paling sederhana. Dalam topologi ini, setiap node berkomunikasi langsung dengan base station (BS). Topologi ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Base Station
Gambar 2 Single hop star topology (Faludi 2011) 2 Multi-hop mesh topology: Untuk mencakup area yang luas, jaringan multi-hop diperlukan. Pada topologi ini, sinyal masuk dari satu sensor ke sensor yang lain sampai mencapai suatu BS. Topologi mesh multi-hop dapat dilihat pada Gambar 3.
Base Station
Gambar 3 Multi-hop mesh topology (Faludi 2011) 3 Cluster-based sensor network topology: Pada topologi cluster based sensor network, node-node yang berlainan membentuk kelompok untuk mengefisienkan pengiriman data ke BS. Setiap klaster yang terbentuk, memiliki suatu node yang berperan sebagai cluster head (CH). Node CH mengumpulkan data dan mengirimkan paket yang merefleksikan data sensing oleh node-node pada suatu klaster tertentu ke BS. Routing berbasis klaster diimplementasikan baik dengan one-hop routing maupun multi-hop routing (Cobo 2007). Topologi jaringan cluster-based sensor network dapat dilihat pada Gambar 4. Protokol Routing LEACH Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) adalah protokol komunikasi berbasis clustering yang diusulkan oleh proyek MIT LEACH. Protokol routing berbasis klaster hierarkis seperti LEACH ini dapat digunakan
5 dalam pengaplikasian WSN. LEACH membagi node jaringan ke dalam beberapa klaster. Dengan clustering inilah node-node mengorganiasasikan dirinya masingmasing ke dalam sebuah struktur yang hierarkis. Pada setiap klaster, suatu CH dipilih dan bertanggung jawab terhadap anggota-anggota klasternya dalam menangani penjadwalan time division multiple access (TDMA) dan mengirimkan data yang telah terkumpul ke BS (Kodali dan Aravapalli 2014).
Base Station CH-Level 2
CH-Level 2
Klaster
CH-Level 1
Gambar 4 Cluster-based hierarchical sensor network topology (Salazar 2010) LEACH mengasumsikan bahwa setiap node di dalam jaringan mempunyai daya transmisi radio frequency yang dapat meraih BS maupun CH terdekat dan mengirimkan data secara langsung baik ke BS atau CH terdekatnya. Node-node akan memilih CH masing-masing dan meneruskan data ke CH tersebut seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 5.
Gambar 5 LEACH clustering model (Kodali dan Aravapalli 2014) Tidak seperti model routing multi hop yang tradisional, multi hop berbasis klaster dapat melintasi jaringan dengan lebih cepat sekaligus mengurangi delay pada saat mengumpulkan data walaupun jarak tempuhnya lebih jauh (Cobo 2007). Dengan pendekatan ini pula, setiap node dapat menghemat penggunaan baterai. Akan tetapi, beban kerja tambahan pada node yang berfungsi sebagai CH
6 mengakibatkan pemakaian daya listrik lebih banyak. LEACH mengatasi masalah ini dengan menggilir fungsi CH tersebut ke node-node lain namun yang tetap berada di dalam grup klasternya. LEACH menggunakan teknik code-division multiple access (CDMA) untuk mengurangi tubrukan antar-klaster (Kodali dan Aravapalli 2014). LEACH berjalan dalam sepanjang jumlah round yang dapat ditempuh sampai dengan energi yang ditetapkan habis terpakai. Setiap kali LEACH ingin menginisiasi pembentukan klaster terdapat 2 fase aktivitas yang dilewati yaitu set up phase dan steady phase: 1 Set up phase: Menurut Thein dan Thein (2010) selama set up phase CH dipilih secara acak di antara node-node yang berada di dalam satu klaster. Pada awalnya, setiap node membangkitkan suatu nilai acak yang berada pada rentang 0 sampai 1. Jika nilai tersebut kurang dari threshold atau T(n) yang ditetapkan, maka node tersebut dipilih sebagai CH untuk suatu round. Pemilihan ini juga melibatkan history dari daftar node-node yang telah menjadi CH menurut Zhang dan Wang (2011). T(n) dapat dihitung menggunakan Persamaan 1 (Wang et al. 2012). Cluster percentage (CP) adalah presentase dari jumlah klaster di dalam jaringan, r adalah jumlah dari round pemilihan, (r 1 mod ) adalah jumlah node yang telah terpilih sebagai CH di dalam round ke𝐶𝑃 r, dan G adalah sekumpulan node yang belum terpilih sebagai CH pada round ke r. Begitu para CH terpilih, para CH akan menyebarluaskan pesan advertisement. Berdasarkan dari kekuatan sinyal yang diterima, setiap node yang bukan CH akan memilih CH-nya, dalam kasus ini node dapat mendengar lebih dari satu pesan broadcast pada round tersebut. Setiap node yang bukan CH akan mengirim kembali pesan request untuk bergabung, berisikan ID node tersebut ke CH-nya yang dipilih menggunakan carrier sense multiple access (CSMA) yang juga berfungsi untuk menangani collision. Setelah tahapan set up, setiap CH akan mengetahui setiap anggota klaster beserta ID-nya masingmasing (Kodali dan Aravapalli 2014). Flowchart dari algoritme pembentukan klaster pada protokol LEACH dapat dilihat pada Gambar 6. 𝐶𝑃 𝑇 (𝑛 ) = { 0 ,
1
1 − 𝐶𝑃 [𝑟 ∗ mod (𝐶𝑃) ]
,𝑛 ∈ 𝐺
(1)
𝑒𝑙𝑠𝑒𝑤ℎ𝑒𝑟𝑒
2 Steady state phase: Setelah klaster-klaster terbentuk, CH mengalokasikan penjadwalan TDMA-nya ke node-node anggota klasternya. Berdasarkan dari penjadwalan tersebut setiap anggota node akan mengirimkan data hasil sensing-nya ke CH masing-masing. Begitu CH mengumpulkan semua data dari node-node anggotanya, CH akan mengirimkan data yang telah terkumpul tersebut bersamaan dengan data yang dimilikinya sendiri ke BS (Paul dan Sato 2011). Durasi waktu dari tahapan steady state lebih lama daripada tahapan set up. Setelah sekian waktu tertentu, jaringan kembali memasuki tahapan set up dari round berikutnya. CH akan terpilih lagi untuk membentuk klaster baru. Dengan demikian, lama waktu hidup jaringan dapat diestimasi berdasarkan jumlah round yang berhasil dicapai. Time-line operasi pada protokol routing
7 LEACH yang terdiri atas fase set up dan steady state dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 6 Algoritme pembentukan klaster LEACH (Heinzelman et al. 2002)
Gambar 7 Time-line operasi LEACH (Cui 2007) Power Consumption/Energy Cost Karakteristik radio yang berbeda-beda dapat mempengaruhi perbedaan pada jumlah pemakaian energi ketika mode mengirim atau menerima pesan (Kodali dan Aravapalli 2014). Pada penelitian ini, diasumsikan radio model yang dipakai adalah radio yang memiliki karakteristik sederhana. Transmitter menghabiskan energi untuk menjalankan elektronik radio dan power amplifier, sementara receiver menghabiskan energi untuk menjalankan radio elektronik saja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Untuk kepentingan percobaan, model channel yang bersifat free space (d2 power loss) dan multipath fading (d4 power loss) sama-sama digunakan, tergantung pada jarak antara transmitter dan receiver. Oleh karena itu, pada power amplifier diberikan kontrol yaitu jika jarak kurang dari threshold do, model free
8 space (fs) digunakan, sedangkan apabila kondisi sebaliknya, model multipath (mp) yang digunakan.
Gambar 8 Model radio penggunaan energi (Heinzelman et al. 2002) Untuk mentransmisikan suatu pesan sebesar k bit pada jarak sejauh d meter, daya yang diperlukan oleh radio dapat dihitung menggunakan Persamaan 2. Sementara, untuk menghitung daya yang diperlukan untuk menerima pesan dapat menggunakan Persamaan 3 (Heinzelman et al. 2002). 𝐸𝑇𝑥 (𝑘, 𝑑 ) = 𝐸𝑇𝑥−𝑒𝑙𝑒𝑐 (𝑘) + 𝐸𝑇𝑥−𝑎𝑚𝑝 (𝑘, 𝑑) (𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 ∗ 𝑘) + (𝜖𝑓𝑠 ∗ 𝑘 ∗ 𝑑 2 ), ={ (𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 ∗ 𝑘) + (𝜖𝑚𝑝 ∗ 𝑘 ∗ 𝑑 4 ), 𝐸𝑅𝑥 (𝑘) = 𝐸𝑅𝑥−𝑒𝑙𝑒𝑐 (𝑘) = 𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 ∗ 𝑘
𝑑 < 𝑑𝑜 𝑑 ≥ 𝑑𝑜
(2)
(3)
Nilai electronics energy (𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 ) adalah nilai untuk transmisi dan receive electronics, nilai ini tergantung pada faktor-faktor seperti digital coding, modulasi, filtering, dan penyebaran sinyal. Sementara untuk nilai energi amplifier (𝜖𝑓𝑠 𝑑 2 atau 𝜖𝑚𝑝 𝑑 4 ) tergantung pada jarak ke receiver dan bit-error rate yang masih dapat ditoleransi. Network Simulator ns-2 Simulator jaringan ns-2 adalah simulator jaringan berlisensi open source yang mendukung banyak aplikasi, protokol-protokol, dan model-model trafik jaringan yang dirancang khusus untuk penelitian komunikasi data dan jaringan. Simulator ns-2 bekerja di atas penggunaan 2 bahasa pemrograman yaitu (1) C++ yang digunakan untuk mendefinisikan mekanisme internal (back-end) dari objek simulasi serta menangani paket data, dan (2) bahasa object-oriented tool command language (OTcl) sebagai interpreter yang digunakan untuk menjalankan simulasi pada modul yang telah disediakan oleh ns-2, mengkonfigurasi berbagai parameter, melakukan penjadwalan event diskret, serta menjalankan script perintah dari
9 pengguna. Bahasa C++ dan OTcl dihubungkan satu sama lain menggunakan TclCL. Arsitektur dasar simulator jaringan ns-2 dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Arsitektur simulator jaringan ns-2 (Issariyakul dan Hossain 2009) Mobile Node pada ns-2 WSN yang akan disimulasikan pada ns-2 dipandang sebagai sekumpulan node yang bersifat mobile dan nirkabel. Struktur implementasi dari mobile node pada ns-2 dapat dilihat pada Gambar 10. Fungsi Application bertugas membangkitkan paket data yang akan dikirmkan kepada Agent. Agent bekerja menyerupai fungsi layer transport dan layer network pada stack protokol. Agent mengirimkan paket data ke CMU Trace yang berfungsi untuk menulis statistik dari paket-paket data ke file trace. Kemudian paket dikirimkan ke fungsi Connector, Link, dan Queue tempat paket-paket yang belum berhasil terkirim akan dibuatkan antrian di sini. Setelah paket dikeluarkan dari antrian, paket tersebut akan diteruskan ke MAC, tempat protokol media access dijalankan. Terakhir, paket data akan dikirim melewati Network Interface bersamaan dengan disisipkannya infromasi daya transmisi yang dipakai melalui Channel. Channel akan mengirimkan salinan dari paket tersebut ke setiap node yang terhubung. Kemudian, paket akan diterima oleh Network Interface masing-masing node dan siklus akan kembali lagi dari MAC menuju Link, Connector, CMU Trace, dan Agent. Selanjutnya, Agent akan membuka paket data yang diterima itu dan mengirimkan pesan notifikasi ke Application bahwa paket telah diterima. . MIT µ-AMPS ns Code Extensions Fitur untuk melakukan simulasi WSN tidak disediakan secara default oleh ns-2. Namun, pengujian WSN tetap dapat dilakukan dengan cara memasangkan ns-2 dengan code extensions dari proyek MIT micro-adaptive multi-domain power-aware sensors ( μ -AMPS) yang di dalamnya terdapat protokol routing LEACH yang ditulis dengan bahasa pemrograman OTcl dan C++. Terdapat beberapa fitur tambahan setelah code extensions dari MIT μ -AMPS ini diintergrasikan dengan ns-2, antara lain: 1 Resource-adaptive node: Code extensions dari MIT µ-AMPS menambahkan resource-adaptive node ke dalam ns-2. Berbeda dari konsep mobile node biasa, Energy Resource dan Resource Manager adalah dua fitur yang dimiliki oleh resource-adaptive node. Resource Manager berperan untuk menjembatani antara Application dengan dengan sumber daya individual penting yang
10 dimiliki node seperti energi dan daftar node tetangganya. Lebih lanjut lagi, Application akan selalu memperbaharui status dari sumber daya yang dimiliki suatu node melalui Resource Manager dengan fungsi-fungsi seperti add, remove, dan query. Sebagai contoh, energi awal untuk setiap node diberikan saat awal simulasi dijalankan. Energy Resource berfungsi untuk merekam kondisi energi setiap node. Seiring dengan berjalannya simulasi, energi akan di-remove oleh Application karena node melakukan pengiriman dan penerimaan paket data melalui Network Interface. Ilustrasi dari proses yang dijelaskan dapat dilihat pada Gambar 10 seperti yang dijelaskan Sáez (2007).
Gambar 10 Flowchart mobile node dan resource-adaptive node pada ns-2 2 Network interface: Pada konsep resource-adaptive node, Network Interface memerankan fungsi physical-layer. Saat menerima paket dari layer MAC, Network Interface akan meneruskan paket tersebut ke Channel. Network Interface akan mentransmisikan energi berdasarkan perkiraan jarak ke penerima, dengan cara ini sejumlah energi yang sesuai akan terpakai untuk mengirim paket tersebut. Node yang kehabisan energi akan ditandai sebagai node mati dan tidak dapat mengirim atau menerima data lagi. 3 Protokol MAC: Di dalam code extensions MIT µ-AMPS protokol MAC adalah kombinasi dari teknik CSMA dan TDMA (Heinzelman et al. 2002). Penyiapan Lingkungan Simulasi Pada tahap ini dilakukan persiapan terhadap hal-hal yang berkaitan dengan parameter-parameter jaringan sensor nirkabel berbasis klaster yang akan digunakan. Parameter energi untuk komunikasi radio yang ditetapkan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1 yang diadaptasi dari penelitian Heinzelman et al. (2002). Model channel radio yang digunakan bersifat simetris. Energi yang dipakai untuk mengirim pesan dari sensor A ke sensor B adalah sama seperti energi yang dipakai untuk mengirim pesan dari sensor B ke sensor A. Node-node sensor dipasang menyebar secara acak di luas area yang diberikan dan lokasi BS diasumsikan berada di luar area penyebaran node-node tersebut. Selengkapnya
11 parameter simulasi dapat dilihat pada Tabel 2 yang juga diadaptasi dari penelitian Heinzelman et al. (2002). Tabel 1 Karakteristik radio Parameter Nilai 50 nJ/bit 𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 𝜖𝑓𝑠 10 pJ/bit/m2 𝜖𝑚𝑝 0.0013 pJ/bit/m4 Energi untuk 5 nJ/bit/signal agregasi data Semua sensor memiliki sumber daya energi dari baterai yang jumlah energinya terbatas dan mengisi ulang daya baterai tidak dimungkinkan. Semua sensor bersifat homogen dan sensor-sensor tersebut memiliki area sensing yang terbatas. Namun, sensor-sensor tersebut memiliki kemampuan untuk mengontrol jarak transmisi yang bergantung pada jarak antara node sensor tersebut dan node sensor pada lompatan selanjutnya. Tabel 2 Parameter simulasi Parameter Nilai Protokol routing LEACH Deployment area 100 m × 100 m Jumlah node sensor homogen 100 Data message 500 bytes Paket header untuk setiap tipe paket 25 bytes Tipe traffic Constant bit rate % Klaster 1 sampai 10 Daya awal baterai 2 Joule Nodes deployment Random Lokasi BS Di luar area WSN Spesifikasi perangkat lunak dan perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini yaitu: 1 Perangkat lunak Sistem operasi Linux Ubuntu 10.04 LTS Bahasa pemrograman Otcl dan C++ (gcc-4.3 dan g++-4.3), digunakan untuk menulis atau memodifikasi modul LEACH Bash programming dan AWK, digunakan untuk mengolah file leach.alive, leach.data, dan leach.energy yang merupakan data keluaran dari simulasi Simulator jaringan ns-2.34 dan protokol LEACH dari proyek MIT μ-AMPS untuk versi ns-2 yang sama Notepad++ dan gedit, digunakan sebagai editor kode program Microsoft Excel 2013 dan gnuplot digunakan untuk membuat grafik dari data hasil simulasi Library autoconf, automake, libxt-dev, libx11-dev, libxmu-dev, dan xorgdev sebagai environment untuk menjalankan simulator ns-2
12 2 Perangkat keras berupa komputer personal dengan spesifikasi sebagai berikut: Prosesor Intel Core 2 Duo 3.0 GHz RAM 4 GB DDR3 Harddisk 120 GB Penyusunan Skenario Simulasi Untuk menyimulasikan WSN dengan baik, kontrol terhadap parameter simulasi seperti jumlah node, jumlah klaster, luas area penyebaran node, besar daya awal baterai, lama waktu berjalannya simulasi, serta letak directory keluaran file simulasi harus dapat diakses dengan mudah. Oleh karena itu, semua kontrol terhadap parameter-parameter tersebut dirangkum ke dalam sebuah file yaitu leach_test. Langkah-langkah yang akan diterapkan dalam mengerjakan simulasi untuk menganalisis kinerja dan konsumsi daya pada jaringan sensor nirkabel dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Langkah-langkah simulasi Analisis Hasil Analisis dilakukan pada data hasil simulasi yang telah dikerjakan. Data keluaran simulasi akan diolah dengan pemrograman bash dan AWK script untuk mengakumulasi dan menghitung nilai-nilai hasil keluaran LEACH. Nilai-nilai yang diperhatikan dalam tahapan analisis hasil antara lain energy cost, alive nodes, total data yang diterima BS, nilai rata-rata dari total data yang diterima BS per-round, dan perbandingan nilai antara energy cost, alive nodes, dan total data yang diterima BS antar-klaster.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penyusunan Skenario Simulasi Pada percobaan ini digunakan 100 node yang tersebar di koordinat (x = 0, y = 0) dan (x = 100, y = 100) dengan lokasi BS yang berada di (x = 50, y = 175) dan node sensor tidak berpindah-pindah tempat. Penempatan 100 node tersebut dapat dilihat pada Gambar 12. Dengan merujuk pada Gambar 11 tahapan yang ada pada skenario simulasi dijelaskan sebagai berikut: 1 Menjalankan LEACH: Simulasi dijalankan untuk membangkitkan nilai hasil yang selanjutnya akan diproses lebih lanjut. Seperti pada Tabel 2, parameter yang digunakan adalah alg=leach, dirname=”mit/leach_sims”, filename=$alg, num_clusters=4, topology_file=”mit/uAMPS/sims/100nodes.txt”, eq_energy= 1, init_energy= 2, stop= 3600, x= 100, y= 100, bs_x= 50, bs_y= 175, nn= 101 yang terdapat pada file leach_test seperti yang tercantum pada Lampiran 1. Parameter yang ada dapat dikonfigurasi seperti mengganti-ganti nilai klaster.
13 File leach_test dijalankan berulang-ulang seperti yang dilakukan (Heinzelman et al. 2002) untuk mengetahui nilai klaster terbaik yang akan dibahas pada bagian analisis hasil. 2 Keluaran simulasi: Hasil dari simulasi LEACH menghasilkan beberapa file yaitu conditions.txt, leach.alive, leach.data, leach.energy, leach.err, leach.out, dan TDMAschedule.*.txt. Penjelasan dari masing-masing file keluaran dapat dilihat pada Tabel 3. File yang pertama kali diamati ketika proses simulasi berakhir adalah leach.out. Ringkasan dari isi file leach.out dapat dilihat pada Gambar 13. 3 Parsing file keluaran: Proses parsing kemudian dilakukan terhadap file leach.alive, leach.data, dan leach.energy dengan menggunakan pemrograman bash dan tool AWK. Nilai-nilai yang terdapat pada masing-masing file keluaran yang sebelumnya sangat terperinci per satu node, dapat ditampilkan dalam bentuk akumulasi per jumlah total node pada setiap round. Dengan demikian, data dapat disajikan dalam bentuk tabel yang berisi kolom round, jumlah node hidup, akumulasi data di BS, dan akumulasi energi yang dipakai seluruh jaringan. Data hasil parsing file keluaran tersebut selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 2 yang diambil sebagai contoh data hasil simulasi dengan menggunakan 4 klaster. Masing-masing snippet code yang menggunakan format perintah AWK untuk mengolah file leach.alive tercantum pada Lampiran 3, leach.data tercantum pada Lampiran 4, dan leach.energy tercantum pada Lampiran 5. Setelah itu data hasil parsing kemudian dipetakan ke dalam grafik dengan menggunakan Microsoft Excel 2013.
Gambar 12 Penempatan 100 node Analisis Hasil Percobaan ini diawali dengan setiap node diberikan energi sebesar 2 Joule dan jumlah data yang akan dikirim ke BS tidak terbatas selama durasi simulasi. Pertama-tama setiap node menggunakan peluang yang tercantum di persamaan 1 untuk menentukan status CH-nya di setiap round. Durasi per satu round ditetapkan berakhir setelah 20 detik sehingga setiap node punya energi yang
14 cukup untuk berperan sebagai CH sekali dan non-CH beberapa kali selama durasi simulasi (Heinzelman et al. 2002). Tabel 3 File-file keluaran simulasi Keterangan Rangkuman informasi parameter yang dipakai saat simulasi leach.alive Kolom 1: Round Kolom 2: Node ID Kolom 3: Status node (1 hidup, 0 mati) leach.data Kolom 1: Round Kolom 2: Node ID Kolom 3: Total data leach.energy Kolom 1: Round Kolom 2: Node ID Kolom 3: Energy cost leach.err Tempat pesan error ditulis ketika terjadi kegagalan pada simulasi leach.out Rekaman proses simulasi dari awal pembentukan node hingga simulasi selesai TDMAschedule.*.txt Keanggotaan CH per round (*) Nama File conditions.txt
Gambar 13 Ringkasan file leach.out Dengan menggunakan parameter simulasi pada Tabel 2, simulasi dijalankan masing-masing 10 kali percobaan untuk variasi nilai klaster 1 sampai 10. Hal ini dilakukan untuk melihat nilai rata-rata energi yang dihabiskan per satu round untuk setiap simulasi. Total energi yang dipakai seluruh jaringan di akhir simulasi dibagi dengan banyaknya round yang berhasil dicapai selama durasi simulasi
15 menghasilkan nilai average energy dissipated (AED) atau nilai rata-rata energi yang dihabiskan per round (Heinzelman et al. 2002). Hasil percobaan untuk penggunaan jumlah klaster dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Nilai AED per round dengan variasi nilai klaster 1 sampai 10 Gambar 14 menunjukkan bahwa LEACH paling efisien dalam penggunaan energi ketika klaster yang digunakan berada di antara nilai 3, 4, dan 5 untuk jaringan yang beranggotakan 100 node. Nilai AED terendah dicapai ketika digunakan 4 klaster yaitu dengan rata-rata sebesar 0.3374 Joule atau setara dengan 16.8 mW. Ketika hanya terdapat satu buah klaster, node yang bukan CH harus sering mengirimkan data ke lokasi CH yang sangat jauh sehingga energy cost lebih besar. Sementara ketika klaster yang digunakan melebihi rentang klaster 3-5, nilai AED kembali meningkat. Proses agregasi data lokal juga tidak banyak terpenuhi untuk penggunaan klaster di atas rentang 3-5 sehingga penerimaan data di BS berjumlah sedikit selama durasi simulasi. Hal tersebut dapat dilihat karena terdapat penurunan nilai average data received (ADR) yaitu total data saat simulasi selesai dibagi dengan jumlah round. Nilai rata-rata data yang dapat dikoleksi BS per round dapat dilihat pada Gambar 15. Penggunaan energi yang relatif hemat memiliki kecenderungan dapat menempuh jumlah round yang lebih banyak. Pernyataan ini didukung oleh grafik hasil simulasi pada Gambar 16 yang membandingkan antara banyaknya round yang dapat ditempuh pada sumbu x dan node hidup pada sumbu y. Dapat dilihat pada Gambar 16 bahwa ketika simulasi dijalankan dengan 4 klaster, jaringan dapat bertahan hingga mencapai round terbanyak pada angka 824, dengan 3 klaster round dapat dicapai pada angka 790, dan dengan 5 klaster round dapat dicapai pada angka 604. Ketiga nilai round terbanyak tersebut berada pada rentang klaster ketika LEACH bekerja paling efisien.
16
Gambar 15 Nilai ADR per round untuk klaster 1 sampai 10
Gambar 16 Jumlah node hidup terhadap banyak round Gambar 17 menunjukkan jumlah data yang diterima BS terhadap node yang hidup. Total data terbanyak yang diterima BS juga berada pada rentang klaster ketika LEACH bekerja paling efisien untuk 100 node. Data yang diterima BS terbanyak diperoleh dengan menggunakan 3 klaster yaitu sebesar 87046 bytes, kemudian 56494 bytes dengan menggunakan 4 klaster, dan 40432 bytes dengan menggunakan 5 klaster. Dengan inisialisasi baterai sebesar 2 Joule untuk satu node, seluruh energi yang terdapat pada satu jaringan dengan anggota 100 node setara dengan 200 Joule. Keterkaitan antara total penerimaan data di BS dan energy cost diperlihatkan pada Gambar 18. Untuk penggunaan jumlah klaster di luar rentang 3-5 terlihat bahwa dengan jumlah inisialiasi energi yang sama performa jaringan dalam agregasi data dapat jauh berbeda.
17
Gambar 17 Jumlah node hidup per total data yang diterima BS
Gambar 18 Energi yang dihabiskan per total data yang diterima BS Tabel 4 Hasil pengamatan simulasi Total data Jumlah AED (Joule) ADR (bytes) Round di BS Energy cost Klaster (bytes) 3 0.460482193 101.4935365 790 87046 199.9023336 4 0.337439531 94.20283869 824 56494 199.2988142 5 0.414735108 95.52375282 604 58761 199.9501630
Sisa node hidup 2 3 4
Berdasarkan gambar-gambar sebelumnya yaitu dari Gambar 14 sampai dengan Gambar 18, diperoleh rangkuman untuk klaster 3, 4, dan 5 seperti pada Tabel 4. Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa kinerja jaringan yang menggunakan 3, 4, dan 5 klaster mengirimkan data relatif lebih banyak per unit energi daripada klaster-klaster lainnnya. Dalam hal ini penggunaan jumlah klaster yang tepat sangat menentukan kinerja jaringan dalam hal konsumsi daya dan besarnya jumlah data yang mampu dikumpulkan selama jaringan sensor nirkabel beroperasi.
18
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Di dalam protokol LEACH pemilihan jumlah klaster yang tepat dapat mengoptimalkan kinerja jaringan sesuai dengan jumlah node yang ada. Nilai AED terendah pada simulasi ini adalah ketika digunakan 4 klaster yaitu 0.3374 Joule atau setara dengan 16.8 mW. Nilai round terbanyak sebesar 824 berhasil ditempuh untuk 100 node dengan menggunakan 4 klaster. Data yang diterima BS terbanyak diperoleh dengan menggunakan 3 klaster yaitu sebesar 87046 bytes. Dari sisi kemerataan, dengan menggunakan LEACH seiring berjalannya pembentukan klaster baru, semua node dapat ditunjuk untuk berfungsi sebagai CH. Selain itu, energi setiap node pada suatu jaringan sensor nirkabel terpakai secara merata, dan node yang mati pun menyebar secara teracak atau tidak terbebani ke suatu node yang berperan sebagai CH saja. Walaupun demikian, protokol ini tetap memiliki beberapa permasalahan seperti: 1 LEACH mengacak penggiliran node yang menjadi CH tanpa mempertimbangkan sisa energi yang terdapat pada suatu node. 2 Ketika skala sebuah WSN membesar, jumlah CH juga akan bertambah dan CH yang jaraknya jauh dengan BS akan lebih cepat kehabisan energi atau node mati karena membutuhkan energi yang lebih besar untuk melakukan transmisi data. Saran Terdapat saran-saran yang dapat ditambahkan atau diperbaiki untuk penelitian selanjutnya, antara lain: 1 Memasukkan kalkulasi sisa energi agar terdapat pertimbangan pada pemilihan node yang akan dijadikan CH. 2 Mengadaptasi cara pembentukan klaster hierarkis dengan banyak level.
DAFTAR PUSTAKA Antoniou P, Pitsillides A. 2007. Wireless sensor networks control: drawing inspiration from complex systems. Di dalam: Med-Hoc-Net. 2007 Jun 1215; Corfu, Yunani. Corfu (GR): Ionian Academy. Chen S, Yang N. 2006. Congestion avoidance based on lightweight buffer management in sensor networks. IEEE Transaction on Parallel and Distributed Systems. 17(9):934-946. Cobo LMA. 2007. Cluster-based routing protocol for mobile sensor networks [tesis]. Guelph (CA): University of Guelph. Cui X. 2007. Research and improvement of LEACH protocol in wireless sensor networks. Di dalam: Microwave, Antenna, Propagation, and EMC Technologies for Wireless Communications; IEEE. hlm 251-254. Faludi R. 2011. Building Wireless Sensor Network. Jepson B, editor. Sebastopol (US): O’Reilly.
19 Heinzelman W, Chandrakasan A, Balakrishnan H. 2000. Energy efficient communication protocol for wireless microsensor networks. Di dalam: Annual Hawaii International Conference; System Sciences 2000. hlm 1-10. Heinzelman W, Chandrakasan A, Balakrishnan H. 2002. An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks. IEEE Transactions on Wireless Communications. 1(4):660-670. Issariyakul T, Hossain E. 2009. Introduction to Network Simulator NS2. Nevada (US): Springer. Jeong J, Sharafkandi S, Du DHC. 2006. Energy-aware scheduling with quality of surveillance guarantee in wireless sensor networks. Di dalam: DIWANS ’06. 2006 Sep 25; Los Angeles, Amerika Serikat. New York (US): ACM. hlm 55-64. Kim HJ, Han SJ, Song J. 2006. Maximum lifetime paths for the high packet delivery ratio using fast recovery in a mobile ad hoc network. Di dalam: Computational Science - ICCS 6th International Conference. 2006 Mei 2831; Reading, Inggris. Berlin (DE): Springer. hlm 1101-1104. Kochhal M, Schwiebert L, Gupta Sandeep. 2003. Role-based hierarchical self organization for wireless ad hoc sensor networks. Di dalam: Proceedings of The 2nd ACM International Conference on Wireless Sensor Networks and Applications (WSNA ‘03). 2003 Sep 19; San Diego, Amerika Serikat. New York (US): ACM. hlm 98-107. Kodali RK, Aravapalli NK. 2014. Multi-level LEACH protocol model using ns-3. Di dalam: Advance Computing Conference (IACC). 2014 Feb 21-22; Gurgaon, India. IEEE International. hlm 375-380. Kulkarni AR, Pallavi A. 2015. Adaptable packet length for power hungry WSN. International Journal of Engineering Research and General Science (IJERGS). 3(2):242-248. Langendoen K. 2007. Medium access control in wireless sensor networks. Computer Networks: The International Journal of Computer and Telecommunications Networking. 51(4):961-994. Oh CM, Kim HJ, Lee GY, Jeong CK. 2008. A study on the optimal number of interfaces in wireless mesh network. International Journal of Future Generation Communication and Networking. 1(1): 59-66. Paul AK, Sato T. 2011. Effective data gathering and energy efficient communication protocol in wireless sensor network. Di dalam: Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC); IEEE. hlm 1-5. Sáez FJM. 2007. Porting and verifying AROS to NS in Linux/UNIX [skripsi]. Västerås (SE): Mälardalen University. Salazar A. 2010. Wireless sensor network simulator [tesis]. Texas (US): Texas A&M University. Szigeti T, Hattingh C. 2004. End-to-End QoS Network Design: Quality of Service in LANs, WANs, and VPNs. Indianapolis (US): Cisco Press. Thein MCM, Thein T. 2010. An energy efficient cluster-head selection for wireless sensor networks. Di dalam: Inteligent Systems, Modelling, and Simulation (ISMS); IEEE. hlm 287-291. Tian D, Georganas ND. 2002. A coverage-preserving node scheduling scheme for large wireless sensor networks. Di dalam: Proceedings of The 1st ACM International Workshop on Wireless Sensor Networks and Applications
20 (WSNA ‘02). 2002 Sep 28; Atlanta, Georgia. New York (US): ACM. hlm 32-41. Trathnigg T, Jurgen M, Weiss R. 2008. A low-cost energy measurement setup and improving the accuracy of energy simulators for wireless sensor networks. Di dalam: Proceedings of The Workshop on Real-World Wireless Sensor Networks (REALWSN ‘08). 2008 Apr 2-4; Glasgow, Scotland. New York (US): ACM. hlm 31-35. Wang B, Shen C, Li J. 2012. Study and improvement on LEACH protocol in WSNs. Di dalam: Automatic Control and Artificial Intelligence (ACAI); 2012 Mar 3-5; Xiamen, Cina. IEEE. hlm 1941-1943. Wang P, Dai R, Akyildiz IF. 2010. Collaborative data compression using clustered source coding for wireless multimedia sensor networks. Di dalam: International Conference on Computer Communications (INFOCOM); 2010 Mar 15-19; San Diego, Amerika Serikat. San Diego (US): IEEE. hlm 21062114. Zhang F, Wang Q. 2011. A probability optimize clustering routing algorithm for WSNs. Di dalam: Electronics Computer Technology (ICECT); IEEE. hlm 348-352. Zheng J, Lee MJ. 2006. A comprehensive performance study of IEEE 802.15.4. Di dalam: Phoha S, La Porta TF, Griffin C, editor. Sensor Network Operations. New York (US): Wiley-IEEE Press. hlm 218-237.
21 Lampiran 1 File leach_test untuk menjalankan LEACH
22 Lampiran 2 Data hasil parsing file leach.alive, leach.data, dan leach.energy untuk 4 klaster Jumlah node Total data Total energi Round hidup di BS dipakai 0 100 0 0 10 100 1005 3.444857 20 100 2110 6.898454 30 100 3513 11.702451 40 100 5025 16.656852 50 100 6309 21.637560 60 100 7678 26.718261 70 100 9056 31.638638 80 100 10522 36.640332 90 100 11006 38.446653 100 100 11648 40.135278 110 100 12933 44.895186 120 100 14293 49.733709 130 100 15281 53.120287 140 100 16369 56.427515 150 100 17349 59.787827 160 100 18404 63.064455 170 100 20025 68.697887 180 100 21783 74.463500 190 100 22522 77.008739 200 100 23372 79.491023 210 100 23877 81.301332 220 100 24517 83.053824 230 100 25510 86.400108 240 100 26603 89.748734 250 100 27146 91.570932 260 100 27732 93.270005 270 100 28232 95.143871 280 100 28832 96.832327 290 100 29032 97.829818 300 100 29432 98.713036 310 100 30623 102.847144 320 100 31988 107.082249 330 100 33359 112.044115 340 100 34859 117.128271 350 100 35351 118.904603 360 100 35855 120.440419 370 100 37022 124.469020 380 100 38338 128.496237 390 100 38538 129.494146 400 100 38938 130.378097 410 100 40102 134.404743 420 100 41312 138.447179
23 Lampiran 2 Lanjutan Jumlah node Round hidup 430 99 440 99 450 99 460 98 470 98 480 98 490 91 500 88 510 85 520 83 530 82 540 82 550 19 560 11 570 5 580 4 590 4 600 4 610 4 620 4 630 4 640 4 650 4 680 4 690 4 700 4 710 4 720 4 730 4 740 4 750 4 760 4 770 4 780 4 790 4 800 4 810 4 820 4 824 3
Total data di BS 41510 41906 43248 44845 45361 45939 47382 48839 50019 51233 51482 51810 56119 56393 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494 56494
Total energi dipakai 139.437482 140.311401 148.086089 156.155314 157.918169 159.545249 163.732685 165.757707 169.381207 171.140523 172.039875 172.465568 195.906915 196.898119 197.208518 197.363714 197.490053 197.521591 197.647931 197.679468 197.805808 197.837345 197.963685 198.153100 198.279439 198.310977 198.437317 198.468854 198.595194 198.626731 198.753071 198.784609 198.910948 198.942486 199.068826 199.100363 199.226703 199.258240 199.298814
24 Lampiran 3 Snippet code untuk mengolah file leach.alive
Lampiran 4 Snippet code untuk mengolah file leach.data
25 Lampiran 5 Snippet code untuk mengolah file leach.energy
26
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 12 April 1992. Penulis merupakan putra kedua dari dua bersaudara dari Bapak Karman dan Ibu Puja Suratinah. Tahun 2010 penulis menyelesaikan pendidikan dari SMK Negeri 1 Kota Bekasi dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan ke program D3, program studi Manajemen Informatika, Institut Pertanian Bogor. Pada tahun 2013, penulis lulus seleksi masuk program Sarjana Alih Jenis, Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Selama masa perkuliahan penulis sangat tertarik dengan arsitektur dan teknologi cloud computing serta turut mengikuti perkembangan komunitas enterprise linux seperti Red Hat Forum, RDO, dan OpenStack.
