PEMODELAN SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK DETEKSI DINI BENCANA LONGSOR COMMUNICATION SYSTEMS MODELING WIRELESS SENSOR NETWORK FOR LANDSLIDE DISASTER EARLY DETECTION
Zaryanti Zainuddin,1 Salama Manjang,2 Andani Achmad2 1
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Fajar, Makassar Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar
2
Alamat Korespondensi: Zaryanti Zainuddin, ST Program Studi Teknik Elektro Universitas Fajar Jl. Racing Centre no.101 Makassar HP : 08124189955 Email :
[email protected]
Abstrak Pada Wireless Sensor Network, node sensor disebar di lokasi deteksi longsor untuk menangkap gejala atau fenomena yang terjadi, merutekan data dan kemudian akan meneruskan data tersebut ke sink sebagai penghubung node sensor dan user. Dengan pemodelan jalur komunikasi dari node sensor yang tepat dan optimal maka informasi akan semakin cepat sampai kepada user. Penelitian ini bertujuan untuk membuat beberapa simulasi pemodelan jalur komunikasi WSN dengan menggunakan NS-2 (Network Simulator 2). Analisa performansi pemodelan meliputi delay, throughput dan packet loss. Pemodelan dibuat dengan dua skenario jalur komunikasi dengan kondisi variasi jumlah cluster node dan node sensor yang berbeda. Pada skenario 1, setiap cluster head yang didalamnya terdapat beberapa node sensor akan mengirimkan langsung informasi ke pusat monitor. Pada skenario 2, cluster head mengirimkan informasi ke cluster head berikutnya kemudian setelah data dikumpul pada stasiun pengumpul data lalu akan dikirimkan ke pusat monitor. Berdasarkan analisa pemodelan didapatkan nilai throughput yang dihasilkan skenario 1 lebih tinggi dibandingkan skenario 2. Nilai throughput tertinggi untuk skenario 1yaitu 9,82 kbps dan skenario 2 yaitu 6,53 kbps. Berdasarkan nilai average delay yang dihasilkan, maka nilai delay untuk skenario 2 lebih kecil nilainya dibandingkan skenario 1. Nilai packet loss yang terjadi pada skenario 2 lebih rendah terhadap skenario 1. Hal ini terjadi karena terjadinya antrian yang berlebihan pada skenario 1 dimana setiap cluster node langsung mengirim data ke pusat monitor sehingga terjadi penumpukan data di pusat monitor. Disimpulkan bahwa skenario 1 lebih baik dilihat dari nilai throughput-nya tetapi dari nilai delay dan packet loss didapatkan bahwa skenario 2 lebih baik dibandingkan skenario 1. Kata kunci : Wireless Sensor Network, Network Simulator-2, throughput, delay, packet loss.
Abstract In Wireless sensor Network, sensor nodes deployed at the site of landslide detection to capture symptoms or phenomena that occur and to route data then forward the data to the sink as a sensor node and a user interface. By modeling the communication path from the appropriate node and the optimal sensor then the information will be faster to the user. This research aims to create several simulation modeling WSN communication lines by using NS-2 (Network Simulator 2). The analysis includes performance modeling delay, throughput and packet loss. Modeling scenarios created by two lines of communication with cluster node conditions and variations in the number of different sensor nodes. In scenario 1, each cluster head node in which there are multiple sensors will send the information directly to the center of the monitor. In scenario 2, the cluster head sends the information to the next cluster head then after the data is collected on the data collection station and will be sent to the center monitor. Based on modeling analysis found that the resulting throughput values higher than scenario 1 scenario 2. Highest throughput value to 9.82 kbps 1yaitu scenarios and scenario 2 is 6.53 kbps. Based on the average value of the resulting delay, the delay values for scenario 2 smaller value than scenario 1. For scenario 2, the average values with the more stable delay of data packets sent. The value of the packet loss that occurs in scenario 2 lower for scenario 1. This occurs due to the excessive queues in Scenario 1 where each cluster node sends data directly to the center of the monitor so there is many accumulation of data at the center of the monitor. We conclude that scenario1 is better based on throughput value but based on the delay and packet loss value so scenario 2 is better than scenario 1. Kata kunci : Wireless Sensor Network, Network Simulator-2, throughput, delay, packet loss.
PENDAHULUAN Tanah longsor di berbagai daerah telah merupakan suatu kejadian yang berbahaya secara substansial bagi jiwa manusia dan kerugian material. Peristiwa bencana alam tidak mungkin dihindari, tetapi yang dapat dilakukan adalah memperkecil terjadinya korban jiwa, harta dan lingkungan yaitu dengan melakukan deteksi dini terjadinya peristiwa bencana alam dengan menggunakan teknologi sensor. Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut yaitu tersedianya sistem monitoring pendeteksian dan peringatan dini bencana (Early Warning System) longsor yang akurat. Teknologi Wireless Sensor Network (WSN) atau Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) digunakan sebagai salah satu alternatif dalam pendeteksi dini terjadinya tanah longsor tersebut
(Abdul dkk., 2009;Zheng Jun dkk.,2009;Herry
dkk.,2011;Hafsah.,2011) Dalam WSN, node sensor disebar di lokasi deteksi longsor untuk menangkap gejala atau fenomena yang terjadi dan merutekan data dari sebuah node ke node yang lain. Kemudian akan meneruskan data tersebut ke sink sebagai penghubung node sensor dan user.(Eni dkk., 2008;Abdul dkk., 2009) Dengan pemodelan jalur komunikasi dari node sensor yang tepat dan optimal maka informasi akan semakin cepat sampai kepada user. Penelitian ini bertujuan untuk merancang beberapa alternatif pemodelan jalur komunikasi Wireless Sensor Network kemudian dilakukan analisa performansi yang meliputi throughput, delay dan packet loss sehingga menghasilkan bentuk pemodelan yang optimal.
METODE PENELITIAN Jenis penelitian ini adalah simulasi pemodelan jalur komunikasi Wireless Sensor Network dan analisa performansi kinerja dari pemodelan. Penelitian dilakukan pada Laboratorium Sistem Berbasis Komputer, Jurusan Teknik Elektro Universitas Hasanuddin dan lokasi ditempatkan node-node sensor berdasarkan map dari Google Earth dengan posisi yang berada di Jalan Poros Malino, Gowa, Sulawesi Selatan. Simulasi pemodelan skenario WSN dijalankan dengan menggunakan software Network Simulator-2 (NS-2) yang merupakan suatu media simulasi yang pada dasarnya bekerja pada system Unix /Linux. Agar dapat menjalankan NS bisa menggunakan OS Linux ataupun Windows. Akan tetapi agar dapat dijalankan pada system Windows harus menggunakan Cygwin sebagai linux environment-nya (Altmen dkk.,2003; Andi dkk., 2004) Simulasi dibedakan menjadi 2 skenario yaitu skenario 1, dimana setiap cluster node akan mengirimkan langsung informasi ke pusat monitor (direct). Sedangkan skenario 2, dimana cluster node mengirimkan informasi ke cluster node berikutnya kemudian setelah
data dikumpul pada stasiun pengumpul data lalu akan dikirimkan ke pusat monitor (indirect). Dalam simulasi dibedakan menjadi 2 kondisi dengan jumlah node untuk kondisi I yaitu 25 node sensor dan kondisi 2 yiatu 14 node sensor. Program simulasi pemodelan skenario jalur komunikasi WSN terbagi menjadi beberapa tahapan utama yaitu pengaturan paramater untuk simulasi, inisialisasi, pembuatan node, dan pengaturan parameter node, pembuatan aliran trafik data dan akhir program. Simulasi pemodelan skenario jalur komunikasi WSN dapat dilihat pada gambar 1. Setelah dilakukan simulasi pada NS-2 didapatkan keluaran hasil simulasi yaitu data berbentuk file trace. File trace digunakan untuk proses analisis numerik (Dwi dkk., 2011) Dari data trace file dapat dianalisa paramet-paramet yang menunjukkan kinerja dari pemodelan jalur komunikasi WSN . Parameter tersebut adalah throughput, delay, dan packet loss. Berdasarkan parameter tersebut dapat dilakukan analisa dan perbandingan terhadap beberapa alternatif pemodelan skenario jalur komunikasi WSN.
HASIL Throughput Tabel 1 memperlihatkan nilai throughput minimum dan maximum skenario 1 dan skenario 2 dengan 25 node sensor dan 14 node sensor. Untuk 25 node sensor didapatkan throughput minimum 1,03 untuk skenario 1 dan 0,86 kbps untuk skenario 2. Sedangkan throughput maximum untuk skenario 1 yaitu 8,40 kbps dan skenario 2 sbesar 8,35 kbps. Untuk 14 node sensor didapatkan throughput minimum 1,41 kbps untuk skenario 1 dan 0,06 kbps untuk skenario 2. Sedangkan throughput maximum untuk skenario 1 yaitu 9,82 kbps dan skenario 2 sbesar 6,55 kbps. Nilai rata-rata throughput untuk 25 node sensor pada skenario 1 yaitu 4,715 kbps, skenario 2 yaitu 4,605 kbps. Nilai rata-rata throughput untuk 14 node sensor pada skenario 1 yaitu 5,615 kbps, skenario 2 yaitu 3,305 kbps. Delay Tabel 2 memperlihatkan nilai delay minimum dan maximum skenario 1 dan skenario 2 dengan 25 node sensor dan 14 node sensor. Untuk 25 node sensor didapatkan delay minimum 0,019892 detik untuk skenario 1 dan 0,020212 detik untuk skenario 2. Sedangkan delay maximum untuk skenario 1 yaitu 1,996682 detik dan skenario 2 sebesar 1,504416 detik. Untuk 14 node sensor didapatkan delay minimum 0,022349 detik untuk skenario 1 dan 0,540940 detik untuk skenario 2. Sedangkan delay maximum untuk skenario 1 yaitu 2,941332 detik dan skenario 2 sebesar 9,763722 detik. Nilai rata-rata delay untuk 25 node sensor pada skenario 1 yaitu 1,008287 detik, skenario 2 yaitu 0,762314 detik. Nilai rata-rata delay untuk
14 node sensor pada skenario 1 yaitu 1,4818405 detik, skenario 2 yaitu 5,152331 detik. Terlihat bahwa terdapat perbedaan nilai delay dari setiap skenario. Pada kondisi 1 dengan jumlah node sebanyak 25, delay skenario 2 lebih cepat dibandingkan skenario 1. Sedangkan untuk kondisi II dengan jumlah node 14, skenario 1 masih memiliki nilai delay lebih kecil dibandingkan skenario 2. Packet loss Tabel 3 memperlihatkan persentase nilai packet loss minimum dan maximum skenario 1 dan skenario 2 dengan 25 node sensor dan 14 node sensor. Untuk 25 node sensor didapatkan nilai packet loss minimum 3% untuk skenario 1 dan 0% untuk skenario 2. Sedangkan delay maximum untuk skenario 1 yaitu 36% dan skenario 2 sebesar 27%. Untuk 14 node sensor didapatkan delay minimum 0% untuk skenario 1 dan 0% untuk skenario 2. Sedangkan delay maximum untuk skenario 1 yaitu 49% dan skenario 2 sebesar 31%. Nilai rata-rata packet loss untuk 25 node sensor pada skenario 1 yaitu 19,5%, skenario 2 yaitu 13,5%. Nilai rata-rata packet loss untuk 14 node sensor pada skenario 1 yaitu 24,5%, skenario 2 yaitu 15,5%.
PEMBAHASAN Penelitian ini menghasilkan beberapa pemodelan jalur komunikasi WSN dengan menggunakan NS-2 (Network Simulator 2) dan mendapatkan analisa performansi pemodelan yang meliputi delay, throughput dan packet loss. Dengan pemodelan jalur komunikasi dari node sensor yang tepat dan optimal maka informasi akan semakin cepat sampai kepada user. Throughput merupakan laju rata-rata dari paket data yang berhasil dikirim melalui kanal komunikasi atau dengan kata lain throughput adalah jumlah paket data yang diterima setiap detik(Dwi dkk,.2011; Hafsah,2011) Semakin tinggi nilai throughput maka semakin banyak paket data yang sukses diterima. Dari simulasi didapatkan bahwa nilai throughput skenario 1 lebih besar dari skenario 2. Sedangkan nilai throughput skenario 3 lebih besar dibandingkan skenario 2.
Nilai throughput pada skenario 1 lebih besar karena paket data langsung
dikirimkan ke central monitoring sehingga keberhasilan dalam penerimaan paket lebih tinggi sedangkan pada skenario 2 yang harus melalui central cluster yang menyebabkan terjadinya penumpukan data pada central cluster akibat antrian data dari cluster head sehingga throughput-nya menjadi berkurang. Delay merupakan selang waktu yang dibutuhkan oleh suatu paket data saat data mulai dikirim sampai mencapai titik tujuan dan dinyatakan dalam satuan detik. (Dwi dkk,.2011; Hafsah,2011) Semakin kecil waktu tunda yang dihasilkan maka semakin cepat paket data
dapat sampai di tujuan. Pada kondisi 1 dengan jumlah node sebanyak 25, delay skenario 2 lebih cepat dibandingkan skenario 1. Sedangkan untuk kondisi II dengan jumlah node 14, delay tercepat pada skenario 3 dan dibandingkan skenario 2 maka skenario 1 masih memiliki nilai delay lebih kecil dibandingkan skenario 2. Hal ini disebabkan karena pada skenario 3, pemodelan berjalan dengan 2 skenario, ada paket data yang langsung dikirim ke central monitoring dan ada paket data yang dikirimkan terlebih dahulu ke central cluster kemudian dikirimkan ke central monitoring sehingga waktu tunda menjadi lebih cepat. Selain itu juga dipengaruhi oleh banyaknya node sensor sehingga semakin sedikit jumlah node sensor maka waktu tunda menjadi lebih kecil karena tidak terjadinya antrian data. Packet loss adalah banyaknya jumlah paket yang hilang selama komunikasi berlangsung. Paket hilang terjadi ketika satu atau lebih paket data yang melewati suatu jaringan gagal mencapai tujuan (Dwi dkk,.2011; Hafsah,2011) Dalam simulasi terlihat perbedaan nilai packet loss yang terjadi pada setiap skenario dari kedua kondisi jumlah node. Paket hilang skenario 2 lebih kecil dari skenario 1 karena pengiriman paket data pada skenario 1 yang terjadi lebih sering dan setiap cluster node yang langsung mengirimkan paket data ke central monitoring menyebabkan terjadinya penumpukan paket data sehingga kemungkinan gagal sampai di tujuan lebih tinggi.
KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan simulasi yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa Throughput skenario 1 selalu lebih besar dibandingkan throughput skenario 2 dan skenario 3, dengan selisih ratarata 0,11 kbps untuk simulasi 25 node, 2,31 kbps utnuk simulasi 14 node dan selisih rata-rata throughput skenario 1 dibandingkan skenario 3 yaitu 0,045 kbps untuk simulasi 14 node. Delay skenario 2 lebih kecil dibandingkan skenario1 pada simulasi 25 node dengan selisih 0,245973 detik. Sedangkan pada simulasi 14 node, delay skenario 1 lebih kecil dibandingkan skenario 2 yaitu selisih 3,6704905 detik. Packet loss skenario 2 lebih kecil dibandingkan skenario 1 dengan selisih rata-rata 6 % untuk simulasi 25 node dan 9 % untuk simulasi 14 node. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan untuk melakukan simulasi pemodelan dengan variasi jumlah node sensor sehingga didapatkan analisa perfomnasi yang lebih optimal.
DAFTAR PUSTAKA Altman, E., Tania Jiménez,.(2003). ”NS Simulator for begginers” , Lecturer Note, Univ De Los Andes Merida, Venezuela and ESSI Sophia Antipolis, France. Dwikora, Eni. & Wirawan. (2008). Analisa Kinerja System Deteksi Terdistribusi Pada Jaringan Sensor Nirkabel, Pasca Sarjana ITS Surabaya. Haris, Abdul JO. & Wirawan. (2009). Jaringan Sensor Nirkabel Arsitektut Titik Tunggal sebagai Wahana Penerapan Sistem Kendali Tersebar, Institut Sepuluh November, Surabaya. Jun Zheng & Jamalipour Abbas. (2009). Wireless Sensor Network “Networking Perspective”, IEEE. Kotta, Herry Z., Kalvein Rantelobo, Silvester Tena, Gregorius Klau. (2011). Wireless Sensor Network for Landslide Monitoring in Nusa Tenggara Timur, Faculty of Science and Engineering, Universitas Nusa Cendana, Penfui, Kupang, NTT. Nirwana Hafsah. (2011).Sistem Monitoring Bencana Longsor Menggunakan Teknologi Telemetri Jaringan Sensor Nirkabel Multinode Sebagai Upaya Peningkatan Kualitas Peringatan Dini Bencana Alam, Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar. Nofianti, Dwi., Sukiswo,S.T.,M.T. , Adian Fatchur Rochim, S.T.(2011). Simulasi Kinerja Wpan 802.15.4 (Zigbee) Dengan Algoritma Routing Aodv Dan Dsr. Universitas Diponegoro, Semarang. R. Sumiharto & Arief Permana. (2010). Implementasi sistem Pemantauan Suhu Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel Multi-Hop,Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Wirawan, Andi Bayu. & Eka Indarto. (2004). Mudah membangun simulasi dengan Network simulator-2, Penerbit Andi, Yogyakarta. Wirawan, Rachman S., Pratomo I, Mita N.(2008). Design of Low Cost Wireless Sensor Networks –Based Environmental Monitoring System for Developing Country. Proc. Int. Conference APCC 14th Asia- Pacific. Tokyo, Japan.
Tabel 1. Nilai throughput Kondisi
Skenario
I
1 2 1 2
II
Throughput Minimum (kbps) 1,03 0,86 1,41 0,06
Throughput Maximum (kbps) 8,40 8,35 9,82 6,55
Throughput rata-rata (kbps) 4,715 4,605 5,615 3,305
Tabel 2. Nilai delay Kondisi
Skenario
I
1 2 1 2
II
Delay Minimum (s) 0,019892 0,020212 0,022349 0,540940
Delay Maximum (s) 1,996682 1,504416 2,941332 9,763722
Delay rata-rata(s) 1,008287 0,762314 1,4818405 5,152331
Tabel 3 Nilai packet loss Kondisi
I II
Skenario
1 2 1 2
Packet loss Packet loss Packet loss Minimum Maximum rata-rata (%) (%) (%) 3 36 19,5 0 27 13,5 0 49 24,5 0 31 15,5
Gambar 1. Flowchart Pemodelan Skenario Jalur Komunikasi WSN
