Metode Penyimpanan Data Secara Kolaboratif Dalam Jaringan Sensor

Metode Penyimpanan Data Secara Kolaboratif Dalam Jaringan Sensor M. Mufid Mas’Udi – 2205100010 Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111

Abstrak - Dalam Wireless Sensor Network, ketika dilakukan pengambilan data, jumlah data berbeda tiap sensor. Berarti kapasitas storage yang digunakan sensor juga berbeda. Sehingga diperlukan metode Collaborative Storage agar kapasitas yang digunakan menjadi lebih efisien. Metode Collborative Storage dalam jejaring sensor berpotensi untuk mengefisiensi storage tiap sensor. Collaborative Storage merupakan suatu metode penyimpanan data secara kolaboratif dari sensorsensor dalam wireless sensor network. Hasil simulasi menunjukkan bahwa Metode Collborative Storage dapat menghemat kapasitas penyimpanan jejaring, sehingga memiliki waktu lebih lama untuk melakukan sensing, ketika pada metode Local Storage kapasitas sudah penuh. Dengan adanya kolaborasi, lifetime dari jejaring semakin berkurang. Karena penggunaan energi cenderung lebih besar. Kata kunci : WSN, Collaborative Storage, Local Storage.

I.

PENDAHULUAN Wireless Sensor Network merupakan jejaring nirkabel yang terdiri dari beberapa alat sensor yang saling bekerja sama untuk memonitor fisik dan kondisi lingkungan seperti temperature, air, suara, getaran atau gempa, polusi udara dan lain-lain ditempat yang berbeda. Jejaring Sensor Nirkabel (Wireless Sensor Networks) terdiri atas sejumlah besar sensor node yang bebas. Setiap node memiliki kemampuan untuk mengirim, menerima dan sensing data. Akan tetapi, mereka terkendala terhadap kemampuan yang mereka miliki seperti kemampuan mengolah, memori, bandwith, dan sebagainya. Setiap node tersebar pada lokasi yang susah untuk diakses atau pada lingkungan yang keras seperti gurun pasir, lautan, hutan, dan sebagainya.[3] Kolaborasi atau kerja sama antar sensor node memiliki peran penting dalam sistem. Informasi yang didapat dari proses monitoring oleh sensor dalam aplikasinya, akan disimpan dahulu dalam jaringan sampai informasi/data tersebut di ambil untuk digunakan oleh user. Storage (tempat penyimpanan data dalam sensor) adalah sumber utama dalam penambahan daya baterai yang berguna untuk lifetime jaringan. Digunakan teknik Collaborative Storage untuk mengatur penyimpanan data

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

sesuai dengan kapasitas storage sensor pada wireless sensor network. Proses kolaborasi pada tugas akhir ini didefinisikan sebagai suatu metode penyimpanan data secara kolaboratif dari sensor-sensor dalam wireless sensor network. Sehingga dapat mengefisiensi data yang disimpan di setiap node dalam jejaring sensor.

Gambar 1. Ilustrasi Sebuah Jejaring Sensor Nirkabel II.

TEORI PENUNJANG 2.1 Penyimpanan Dalam Jejaring Sensor Salah satu pendekatan manajemen penyimpanan yang dasar adalah dengan mengumpulkan data pada sensor secara lokal dalam jejaring. Namun, pendekatan ini tidak membolehkan node tetangga untuk berkolaborasi dengan tujuan dapat mengurangi ukuran data secara keseluruhan dalam jejaring. [1] 2.2 Protokol Penyimpanan Data Tujuan utama dari protokol penyimpanan adalah memanfaatkan ruang penyimpanan yang tersedia untuk meneruskan proses pengumpulan data selama mungkin tanpa kehilangan sampel dengan cara mengefisienkan energi. pendekatan manajemen Penyimpanan dapat diklasifikasikan sebagai : - Local Storage Penyimpanan lokal tidak dapat menyeimbangkan storage jika data yang diperoleh dan ruang penyimpanan yang tersedia di tiap sensor bervariasi.[1] - Collaborative Storage Penyimpanan kolaborasi mengacu pada pendekatan di mana node berkolaborasi. Hal ini meliputi kerja sama untuk memperkirakan redundansi lokal serta pertukaran data untuk agregasi serta load balancing.[1]

1

Penyimpanan kolaborasi membutuhkan sensor untuk pertukaran data, menyebabkan mereka mengeluarkan energi selama fase penyimpanan. Kolaborasi menghasilkan dua keuntungan : a. Data yang disimpan lebih sedikit. Pengukuran yang diperoleh dari sensor terdekat biasanya berhubungan. Hal ini memungkinkan data sampel dari node-tetangga untuk dikumpulkan. b. Load balancing. Kolaborasi antara sensor memungkinkan mereka untuk memperoleh keseimbangan penyimpanan. 2.3 Clustering Dalam Penyimpanan Kolaboratif Dalam Penyimpanan Kolaboratif digunakan algoritma CBCS. Cluster Based Collaborative Storage (CBCS) menggunakan kolaborasi untuk mengambil keuntungan dari agregasi data. Setiap sensor mengirimkan hasil pengamatannya kepada Cluster head terpilih (CH) secara berkala. CH kemudian mengumpulkan hasil pengamatan dan menyimpannya.[1] Cluster head berotasi secara berkala untuk menyeimbangkan beban penyimpanan dan penggunaan energi. Perhatikan bahwa CH hanya perlu menjaga radio aktif selama dia bekerja, sementara node dalam cluster dapat menonaktifkan radio kecuali bila ada data untuk dikirim. Hasilnya menyebabkan efisiensi energi tinggi: daya pada kondisi idle mengkonsumsi energi secara signifikan dalam jangka panjang jika radio dibiarkan aktif.[1]

Pengukuran kualitas sistem hasil simulasi dilakukan dengan mengolah data trace hasil simulasi.. Setelah itu dilakukan analisis dan perbandingan antara hasil simulasi dari metode Local Storage denga hasil simulasi metode Collaborative Storage.

Gambar 3. Diagram Alir Penelitian

Gambar 2. Kolaborasi Node dalam pengiriman Data III.

DESAIN DAN SIMULASI 3.1 Tahap Perencanaan Jenis topologi yang digunakan adalah topologi mesh. Penyebaran node dilakukan sedemikian rupa sehingga CH dapat berkomunikasi dengan semua node yang tersebar. Proses komunikasi antar node adalah peer-to-peer. Routing protocol yang digunakan pada simulasi adalah AODV routing protocol. Durasi simulasi untuk setiap skenario adalah 100 detik. Jumlah node yang digunakan untuk skenario pertama adalah 25 node, skenario kedua 50 node dan skenario ketiga 75 node. Node dapat melakukan proses sensing dan mengirim data. Data yang diperoleh oleh node merupakan nilai yang sudah diberikan di dalam program. Topologi jejaring untuk 25 node dapat dilihat pada gambar 3. Simulasi dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu Local Storage dan Collaborative Storage.

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

3.2 Simulasi Simulasi dilakukan dengan menggunakan software Network Simulator ver.2 (NS-2).[2] Dilakukan simulasi terhadap metode Collaborative Storage dan Local Storage menggunakan ketiga skenario diatas.

Gambar 4. Topologi Jejaring dengan 25 Node

2

Pengukuran kualitas sistem hasil simulasi dilakukan dengan mengolah data trace hasil simulasi. Setelah itu dilakukan analisis dan perbandingan hasil simulasi antara kedua metode tersebut. 3.3 Parameter Simulasi Parameter simulasi yang dilakukan berfokus pada parameter daya yang disediakan oleh ZMD dengan mengacu pada tranceiver mereka, ZMD44101. Parameter diberikan untuk mensimulasikan konsumsi energi oleh node selama simulasi berlangsung. Parameter yang diberikan diantaranya Radio Propagation Model, Antenna Type and Height, Transmit Power, Receive Power, dan Initial Energy.[4] IV.

Dalam skenario satu, diperoleh konsumsi storage sebesar 4.919 paket. Energi yang dibutuhkan adalah 0,130 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 5.795 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 14,728 %. Untuk skenario dua, didapatkan konsumsi storage sebesar 11.210 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah 0,434 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 14.044 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 4,158 %.

ANALISIS DATA 4.1 Analisis Hasil Simulasi Local Storage Proses simulasi dilakukan selama 100 detik. Dalam local storage , tiap node akan menyimpan datanya secara lokal. Data yang dibangkitkan oleh node akan disimpan oleh node itu sendiri.

Gambar 7. Topologi Skenario Tiga Dan pada skenario tiga, konsumsi storage yang digunakan adalah 11.819 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,474 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 14.656 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 6,055 %.

Gambar 5. Topologi Skenario Satu

Gambar 6. Topologi Skenario Dua

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

4.2 Analisis Hasil Simulasi Collaborative Storage Proses simulasi dilakukan selama 100 detik per skenario. Topologi untuk tiap skenario sama dengan topologi pada simulasi Local Storage. Dalam skenario satu, CH akan melakukan rotasi dari node 0, node 13,node 14 dan node 16. Konsumsi storage yang digunakan adalah 2.812 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,153 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 3.187 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 20,548 %. Untuk skenario dua, rotasi CH dimulai dari node 0, node 29, node 30, node 31 dan yang terakhir pada node 32. Didapatkan konsumsi storage sebesar 8.720 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah 0,466 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 10.957 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 3,249 %. Dan pada skenario tiga, CH berotasi mulai dari node 0, node 29, node 31, node 46, node 48, node 58 dan node 60. Konsumsi storage yang digunakan adalah 9.378 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,488 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini

3

adalah 11.752 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 4,094 %.

Gambar 8. Algoritma Collaborative Storage 4.3 Perbandingan dan Analisis Hasil Simulasi Local Storage Dengan Hasil Simulasi Collaborative Storage Setelah dilakukan simulasi Local Storage dan Collaborative Storage dengan masing-masing simulasi terdiri dari 3 skenario, dapat dilakukan perbandingan terhadap kedua metode tersebut. Untuk memperjelas perbandingan konsumsi storage antara kedua metode, dapat dilihat dalam tabel di bawah ini.

storage pada Collaborative Storage. Sudah dijelaskan bahwa konfigurasi antara keduanya hampir sama, ini dilakukan agar metode ini bisa dibandingkan dengan seimbang. Collaborative Storage membutuhkan rata-rata energi yang lebih besar untuk setiap node dibanding dengan konsumsi energi pada Local Storage. Hal ini dikarenakan, pada Collaborative Storage, energi dibutuhkan untuk sensing, pengiriman data, kolaborasi dan penyimpanan data. Energi untuk penyimpanan relatif jauh lebih kecil jika dibanding dengan energi penyimpanan pada Local Storage. Hal ini dipengaruhi oleh besarnya data yang disimpan pada metode Local Storage. Namun, energi yang dibutuhkan untuk kolaborasi masih besar. Packet loss dalam simulasi terjadi karena banyaknya data yang dikirim ke node destination, tidak sebanding dengan kemampuan node destination dalam menerima data. Besarnya loss yang terjadi pada skenario satu disebabkan karena letak node yang disebar berjauhan disesuaikan dengan field yang ditentukan dalam simulasi. Metode Collaborative Storage tidak efektif dalam penggunaan energi dalam jejaring. Namun, cukup baik dalam hal penyimpanan, Collaborative Storage juga lebih baik dibanding Local Storage, karena penyimpanannya relatif membutuhkan storage yang lebih sedikit. Sehingga dapat memuat data lebih banyak dan jika node pada metode Local Storage telah berhenti melakukan sensing karena keterbatasan storage, maka lain halnya dengan Collaborative Storage. Dengan penggunaan energi yang lebih besar, lifetime jejaring menjadi berkurang. Untuk mengetahui proses konsumsi energi node tiap skenario, bisa dilihat pada gambar konsumsi energi di bawah ini. a. Grafik konsumsi energi pada Local Storage.

Tabel 1. Perbandingan Konsumsi Storage Jumlah node Lokal Storage Collaborative Storage 25

4.919 paket

2.812 paket

50

11.210 paket

8.720 paket

75 11.819 paket 9.378 paket Kemudian perbandingan dari konsumsi energi yang diperoleh adalah sebagai berikut : Tabel 2. Perbandingan Konsumsi Energi Jumlah Collaborative Lokal Storage node Storage 25 0,130 J 0,153 J 50

0,434 J

0,466 J

75 0,474 J 0,488 J Pada Local Storage, konsumsi storage yang digunakan relatif lebih besar dibanding dengan konsumsi

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Gambar 9. Grafik rata-rata konsumsi energi 25 node

4

Gambar 10. Grafik rata-rata konsumsi energi 50 node

Gambar 13. Grafik rata-rata konsumsi energi 50 node

Gambar 11. Grafik rata-rata konsumsi energi 75 node b.

Grafik konsumsi energi pada Collaborative Storage.

Gambar 12. Grafik rata-rata konsumsi energi 25 node

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Gambar 14. Grafik rata-rata konsumsi energi 75 node V.

PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil analisis yang telah dilakukan, beberapa hal yang dapat disimpulkan adalah: 1. Pengaturan penyimpanan dengan metode Collaborative Storage lebih baik jika dibandingkan dengan metode Local Storage, karena konsumsi storage relatif lebih kecil. 2. Metode Collaborative Storage membutuhkan konsumsi energi yang lebih banyak dibandingkan metode Local Storage. Metode Collaborative Storage membutuhkan energi komunikasi yang besar dikarenakan adanya komunikasi untuk kolaborasi. 3. Packet Loss yang terjadi dalam jejaring dipengaruhi oleh traffic dan besarnya paket dikirim dalam jejaring. 4. Metode Collaborative Storage dapat memperpanjang waktu node melakukan

5

sensing dalam jejaring karena kapasitas storage yang tersedia lebih besar.

dalam kegiatan kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Elektro ITS.

KOPMA

ITS

dan

5.2 Saran Berikut merupakan beberapa saran yang dapat diberikan : 1. Penggunaan topologi jejaring yang lain, diharapkan bisa lebih menghemat penggunaan energi. 2. Penggunaan algoritma kolaborasi lain yang diharapkan bisa lebih mengefektifkan penggunaan energi dalam jejaring. 3. Penggunaan model baterai lain sebagai perbandingan unjuk kerja jejaring.

DAFTAR PUSTAKA [1]

[2]

Tilak, S., Abu-Ghazaleh, N.B. and Heinzelman, W. (2005) ‘Collaborative storage management in sensor networks’, Int. J. Ad Hoc and Ubiquitous Computing, Vol. 1, Nos. 1/2, pp.47–58. Issariyakul, T., Hossain, E. (2008) ‘Introduction to Network Simulator NS2’, Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA.

[3]

[4]

Perdana, A.G. (2009) ‘Implementasi Kolaborasi Node Pada Sistem Komunikasi Ad Hoc Multihop Berbasis Jaringan Sensor Nirkabel’, Telekomunikasi Multimedia Elektro ITS, Surabaya. http://www.ifn.et.tudresden.de/~marandin/ZigBee/ZigBeeSimulation.ht ml terakhir diakses tanggal 25 Mei 2010.

. BIODATA PENULIS Muhammad Mufid Mas’Udi, lahir di Lamongan pada tanggal 15 Februari 1987, Pada tahun 1999, penulis menamatkan pendidikan Sekolah Dasar di SDN Sukoanyar 1, kemudian melanjutkan pendidikan di SLTPN 1 Turi dan selesai pada tahun 2002. Penulis menyelesaikan Pendidikan Sekolah Menengah Umum di SMUN 1 Lamongan pada tahun 2005. Dengan anugerah Allah, penulis dapat melanjutkan studi di PTN Institut Teknologi Sepuluh Nopember dengan mengambil Jurusan Teknik Elektro melalui jalur PMDK Bea Siswa. Penulis mengambil Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia dan aktif dalam kegiatan Laboratorium Jaringan dan Laboratorim Multimedia. Penulis juga aktif

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

6