PENGARUH MOBILITAS CLUSTER HEAD NODE PADA WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK PEMANTAUAN AKTIFITAS PERGERAKAN GAJAH DALAM AREA PENANGKARAN

PENGARUH MOBILITAS CLUSTER HEAD NODE PADA WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK PEMANTAUAN AKTIFITAS PERGERAKAN GAJAH DALAM AREA PENANGKARAN

(Skripsi)

Oleh NIKEN DYAH PRABANDARI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

ABSTRAK

PENGARUH MOBILITAS CLUSTER HEAD NODE PADA WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK PEMANTAUAN AKTIFITAS PERGERAKAN GAJAH DALAM AREA PENANGKARAN

Oleh

NIKEN DYAH PRABANDARI

Gajah merupakan hewan yang dilindungi di Indonesia karena terancam punah, salah satu upaya pemerintah untuk melestarikan Gajah adalah dengan dibuat suatu penangkaran. Namun masih terdapat kemungkinan gajah keluar penangkaran. Oleh karena itu dibutuhkan satu teknologi yang dapat memantau aktifitas pergerakan gajah agar jika terjadi sesuatu yang tidak diinginkan dapat dilakukan aksi yang cepat. Teknologi tersebut adalah Wireless sensor network (WSN). WSN merupakan sekumpulan sensor node yang saling bekerjasama untuk memantau suatu lingkungan dalam jangka panjang. WSN umumnya terdiri dari area yang akan dipantau, sejumlah sensor node, pengumpul data (sink node) dan pengolah data. Awalnya sifat node pada WSN adalah diam (static), namun node yang paling dekat dengan sink node akan lebih cepat kehabisan energi untuk kasus multi hop. Maka dari itu sensor node dibagi menjadi kelompok-kelompok (cluster) dan memiliki cluster head node. Cluster head node dapat bersifat diam atau bergerak. Pada penelitian ini dilakukan simulasi dengan membandingkan cluster head node yang diam dan bergerak untuk mengetahui distribusi energi dan waktu hidup (lifetime) jaringan. Hasil dari simulasi adalah cluster head node yang bergerak (mobile) mendapatkan distribusi energi yang merata dan waktu hidup (lifetime) yang lebih panjang dibanding dengan yang diam (static). Kata kunci : Wireless sensor network (WSN), sensor node, cluster head node, static node, mobile node, energi, lifetime.

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF MOBILE CLUSTER HEAD NODE IN WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) FOR MONITORING THE ACTIVITIES OF THE MOVEMENT OF ELEPHANTS IN CONSERVATION AREA

By

NIKEN DYAH PRABANDARI

The elephant is a protected animal in Indonesia due to its extinction. One of the Government's efforts to preserve the Elephants is to make a conservation area, but there is still a possibility for the elephant going out of the conservation area. As a consequence, there is a need of technology that can monitor the movement of the elephant by so that if there is something improper happened, the necesarry action can be quickly done. Such technology is Wireless sensor network (WSN). WSN is a set of sensor nodes working together to monitor an environment for a long period. WSN generally consists of a sensor field, a number of sensor nodes, data collectors (sink node) and data processing. Initially, the properties node in the WSN is static, but in case of multi hop transmission the node closest to the sink node will run out of energy more quickly. Therefore the sensor nodes are divided into clusters and each cluster has the cluster head node. In this case, cluster head node can be static or mobile. This work conducted simulations to compare the static and mobile cluster head node to observe the distribution of energy and network lifetime. Based on simulation result, it can be concluded that mobile cluster head nodes provided more efficient energy distribution and longer network lifetime compared to the static one. Keywords: Wireless sensor network (WSN), sensor nodes, cluster head node, static node, mobile node, energy, lifetime.

PENGARUH MOBILITAS CLUSTER HEAD NODE PADA WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK PEMANTAUAN AKTIFITAS PERGERAKAN GAJAH DALAM AREA PENANGKARAN

Oleh NIKEN DYAH PRABANDARI

Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Sumberejo pada tanggal 26 Oktober 1995 sebagai anak pertama dari Bapak Supriyadi dan Ibu Rinawati. Penulis menempuh pendidikan Taman Kanak-kanak di TK Aisyiah Bustanul Athfal Margodadi pada tahun 2000 - 2001. Penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Dasar di SDN 1 Sumberejo dan selesai pada tahun 2007. Selanjutnya penulis Sekolah Menengah Pertama di SMPN 2 Sumberejo dan selesai pada tahun 2010. Kemudian Sekolah Menengah Atas di SMAN 1 Talangpadang dan selesai pada tahun 2013. Penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung pada tahun 2013 melalui Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan mengambil konsentrasi Sistem Isyarat Elektrik (SIE). Penulis menjadi asisten Praktikum Fisika Dasar, Instrumentasi dan Pengukuran, serta Rangkaian Listrik di Laboratorium Teknik Pengukuran Besaran Elektrik Universitas Lampung sejak tahun 2014, juga menjadi asisten mata kuliah Kalkulus I, Bahasa Inggris, dan Bahasa Indonesia di tahun 2014. Penulis menjabat sebagai anggota Departemen Kaderisasi dan Pengembangan Organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO) pada periode 2014/2015 dan sebagai anggota divisi bidang Pendidikan pada periode 2015/2016 . Penulis melaksanakan kerja praktik di PT. Telekomunikasi Indonesia Tbk. Divisi Infratel Arnet Lampung pada tahun 2016 dan pernah melaksanakan program Kuliah Kerja Nyata (KKN) di desa Rama Gunawan, Kecamatan Seputih Raman, Lampung Tengah.

MOTTO “Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Sesungguhnya Allah beserta orang – orang yang sabar” ( Al-Qur’an, Surat Al – Baqarah, 2 : 153 ) “Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kadar kesanggupannya” ( Al-Qur’an, Surat Al – Baqarah, 2 : 286 ) “Barangsiapa bertaqwa kepada Allah, maka Dia akan menjadikan jalan keluar baginya dan memberinya rizki dari jalan yang tidak ia sangkasangka, dan barangsiapa yang bertawakal kepada Allah maka cukuplah Allah baginya” ( Al-Qur’an, Surat Ath - Thalaq, 2 - 3 ) “Don’t worry about losing. If it is right, it happens - The main thing is not to hurry. Nothing good gets away” (John Steinbeck) “Expect more from yourself and less from others” (Ryan Ferreras)

Skripsi ini kupersembahkan untuk

Kedua Orangtuaku Tercinta

Rinawati dan Supriyadi Kedua Adikku Sayang

Aqsal Ilham Safatulloh Khalil Gibran Abdullah

SANWACANA

Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT karena atas segala limpahan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun laporan Skripsi yang berjudul “Pengaruh Mobilitas Cluster Head Node Pada Wireless Sensor Network (WSN) Untuk Pemantauan Aktifitas Pergerakan Gajah dalam Area Penangkaran”. Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan strata I (S1) di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. Pada saat penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan, ilmu, materi, bimbingan, dan saran dari berbagai pihak. Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.

Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2.

Bapak Dr. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. selaku ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

3.

Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung serta selaku dosen Pembimbing Akademik.

5.

Bapak Misfa Susanto, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku pembimbing utama yang telah memberikan banyak ilmu dan bimbingan dalam menyelesaikan Skripsi ini.

6.

Bapak Syaiful Alam, S.T., M.T. selaku pembimbing pendamping yang telah memberikan banyak ilmu, bimbingan, dan saran dalam menyelesaikan Skrpisi ini.

7.

Ibu Yetti Yuniati, S.T., M.T. selaku penguji Skripsi atas ilmu, koreksi, dan sarannya.

8.

Ibu Dr. Eng. Ir. Dikpride Despa, S.T., M.T. IPM selaku kepala Laboratorium Pengukuran Besaran Elektrik atas bimbingan, nasihat, motivasi, dan kekeluargaan selama ini.

9.

Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Elektro atas segala ilmu, dan nasihatnya selama kuliah di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

10. Ibuku Rinawati, Apakku Supriyadi, adikku Aqsal dan Gibran, serta mae pae yang telah bekerja keras dan memberikan segalanya kepada penulis. 11. Sahabat terbaikku Ahmad Lifani atas dukungan, bantuan dan motivasinya. 12. Teman, saudara dan sahabat tersayang yaitu Yona Annisa yang sangat banyak membantu penulis dalam hal apapun. 13. Asisten Laboratorium Pengukuran Besaran Elektrik: Ikrom, Rasyid, Agus, Rahma, Ega, Manda, Ruri, Erik dll. atas kebersamaan dan kekeluargaannya. 14. Srikandi 13: Ubai, Nurul, Citra, Pitia, Bila, Shanny, Sitro, Gita, Dian, Dyah, Annisa atas kebersamaan dan bantuan yang diberikan. 15. Keluarga Teknik Elektro Universitas Lampung angkatan 2013 atas kekeluargaan, kebersamaan, keceriaan, dukungan dan bantuan selama ini. 16. Perempuan Elektro dari angkatan 2009-2015 atas kebersamaannya. 17. Keluarga besar Teknik Elektro Universitas Lampung angkatan 2009-2015 atas kekeluargaan dan kebersamaannya. 18. KKN Manja Rama Gunawan: Anton, Dian, Nindy, Mbak Gadis, Kak Ical, dan Dio atas susah senang, bantuan, kebersamaan dan kekeluargaannya.

19. Mbak Ning dan staf Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah membantu penulis dalam mengurus administrasi saat menyelesaikan Skripsi ini.

Penulis menyadari dalam penulisan Laporan Skripsi ini masih banyak terdapat kesalahan. Oleh sebab itu, penulis mengharap kritik dan saran yang bersifat membangan. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Bandar Lampung, 31 Juli 2017

Niken Dyah Prabandari

DAFTAR ISI

ABSTRAK HALAMAN JUDUL HALAMAN PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN SURAT PERNYATAAN RIWAYAT HIDUP MOTTO PERSEMBAHAN SANWACANA DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR Halaman

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1 1.2 Tujuan Skripsi ............................................................................................... 3 1.3 Manfaat Skripsi ............................................................................................. 3 1.4 Rumusan Masalah ......................................................................................... 4 1.5 Batasan Masalah............................................................................................ 5 1.6 Sistematika Penulisan.................................................................................... 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka dari Penelitian yang Berkaitan ............................................. 7 2.2 Dasar - Dasar Wireless Sensor Network (WSN) ......................................... 11 2.3 Metode Pengiriman Data pada WSN .......................................................... 15 2.4 Aplikasi pada WSN ..................................................................................... 18

2.5 Mobilitas pada WSN ................................................................................... 22 2.6 Model Energi untuk Transmisi Data ........................................................... 26 2.7 Cumulative Distribution Function (CDF) ................................................... 27 2.8 Probability Density Function (PDF) ........................................................... 27

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ..................................................................... 28 3.2 Alat dan Bahan ............................................................................................ 28 3.3 Metode Penelitian.........................................................................................28 3.3.1 Studi Literatur.................................................................................... 29 3.3.2 Pemodelan Sistem dan Simulasi........................................................ 29 3.4 Parameter Simulasi...................................................................................... 36 3.5 Simulasi Sistem pada MATLAB..................................................................37 3.6 Algoritma Perutean Transmisi Data Sensor node ke Cluster head node.....42 3.7 Kegiatan Kerja .............................................................................................47 3.8 Diagram Alir Pengerjaan Skripsi .................................................................50 3.9 Diagram Alir Program Simulasi Sistem ......................................................51

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Skenario 1 .....................................................................................52 4.2 Simulasi Skenario 2 .....................................................................................56 4.3 Simulasi Skenario 3 .....................................................................................60 4.4 CDF (Cumulative Distribution Function) dan PDF (Probability Density Function) ......................................................................................................64 4.5 Lifetime Sistem ............................................................................................ 74

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan..................................................................................................... 76 5.2. Saran ........................................................................................................... 77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Overview Aplikasi WSN ......................................................................21 Tabel 3.1. Parameter Simulasi ...............................................................................36 Tabel 3.2. Identitas sensor node pada Simulasi ....................................................39 Tabel 3.3. Rute lompatan (hop) sensor node ke cluster head node ......................46 Tabel 3.4. Kegiatan Kerja .....................................................................................47 Tabel 4.1. Data Hasil CDF 3 Skenario ..................................................................64 Tabel 4.2. Data Hasil PDF 3 Skenario ..................................................................69 Tabel 4.3. Lifetime Sistem .....................................................................................74

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Arsitektur dari WSN .........................................................................12 Gambar 2.2. Komponen-Komponen dari Sensor Node .........................................12 Gambar 2.3. Metode Pengiriman Data Single Hop................................................15 Gambar 2.4. Pengiriman Data pada WSN Secara Multi Hop ................................16 Gambar 2.5. Metode Clustering dengan Single Hop .............................................17 Gambar 2.6. Metode Clustering dengan Multi Hop...............................................18 Gambar 2.7. Struktur Model Mobilitas ..................................................................23 Gambar 3.1. Pemodelan Sistem dengan Cluster Head Static ................................30 Gambar 3.2. Pemodelan Sistem Skenario Dua ......................................................31 Gambar 3.3. Pemodelan Sistem Skenario Tiga......................................................32 Gambar 3.4. Ilustrasi Pergerakan Cluster Head ....................................................34 Gambar 3.5. Pemodelan simulasi skenario 1 pada MATLAB...............................37 Gambar 3.6. Pemodelan simulasi skenario 2 pada MATLAB...............................38 Gambar 3.7. Pemodelan simulasi skenario 3 pada MATLAB...............................39 Gambar 3.8. Perutean sensor node Skenario pertama............................................42 Gambar 3.9. Perutean sensor node Skenario kedua...............................................43 Gambar 3.10. Perutean sensor node Skenario ketiga.............................................43 Gambar 3.11. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi ...................................................50

Gambar 3.12. Flow Chart Program Simulasi Sistem.............................................51 Gambar 4.1. Distribusi Energi Skenario 1 .............................................................53 Gambar 4.2. Sensor node yang mengkonsumsi energi paling besar .....................54 Gambar 4.3. Sisa energi sensor node skenario 1 ...................................................55 Gambar 4.4. Distribusi Energi Skenario 2 .............................................................57 Gambar 4.5. Sisa energi sensor node Skenario 2...................................................58 Gambar 4.6. Distribusi sensor node paling banyak pada skenario 2 .....................59 Gambar 4.7. Distribusi Energi Skenario 3 .............................................................61 Gambar 4.8. Sisa Energi sensor node skenario 3...................................................62 Gambar 4.9. Distribusi sensor node paling banyak skenario 3..............................63 Gambar 4.10. CDF Skenario 1...............................................................................65 Gambar 4.11. CDF Skenario 2...............................................................................66 Gambar 4.12. CDF Skenario 3...............................................................................67 Gambar 4.13. CDF Skenario 1, 2 dan 3 .................................................................68 Gambar 4.14. PDF Skenario 1 ...............................................................................70 Gambar 4.15. PDF Skenario 2 ...............................................................................71 Gambar 4.16. PDF Skenario 3 ...............................................................................72 Gambar 4.17. PDF Skenario 1, 2 dan 3 .................................................................73 Gambar 4.18. Lifetime sistem ...............................................................................75

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Gajah Sumatera (Elephas maximus sumatranus) merupakan hewan yang terancam punah dan dilindungi di Indonesia dengan Undang-Undang No. 05 Tahun 1990 mengenai Konservasi Sumber Daya Alam Hayati [1]. Adapun upaya pemerintah untuk melindungi gajah yang jumlahnya pada tiap tahun menurun adalah dengan dibuat area konservasi. Salah satu area konservasi Gajah Sumatera adalah Taman Nasional Way Kambas. Namun, walaupun sudah berada di area konservasi, gajah masih dapat keluar area dikarenakan beberapa habitatnya berubah menjadi perkebunan warga. Sehingga dapat menyebabkan permasalahan bagi gajah dan manusia. Gajah yang keluar dari area konservasi dapat membahayakan manusia maupun gajah itu sendiri. Oleh karena itu dibutuhkan bantuan satu teknologi untuk memantau aktifitas pergerakan Gajah Sumatera di Taman Nasional Way Kambas agar dapat dilakukan aksi yang cepat jika terjadi sesuatu yang tidak diinginkan. Salah satu teknologi yang dapat digunakan untuk keperluan tersebut adalah Wireless Sensor Network (WSN). Wireless Sensor Network (WSN) merupakan sekumpulan sejumlah node sensor yang terhubung secara nirkabel (wireless) dan bekerja sama untuk memantau suatu keadaan dalam jangka waktu yang lama dengan tingkat akurasi yang tinggi

2 [2]. WSN dapat diterapkan dalam bidang militer untuk memantau pergerakan musuh, bidang kesehatan untuk memantau kesehatan pasien, bidang perkebunan, perairan, smart city, smart grid, pemantauan gunung api, dan lain-lain [2]. WSN umumnya terdiri dari sensor field, sejumlah node sensor, sink node, dan data center [2]. Sensor field merupakan area yang akan dipantau, sejumlah node sensor berfungsi sebagai pengumpul informasi dari lingkungan sekitar, sink node bertugas untuk mengumpulkan informasi yang diperoleh dari sejumlah node sensor, di mana sink node dapat juga berfungsi sebagai gateway (penghubung ke jaringan luar) ataupun tidak sebagai gateway, data center merupakan pengolah dan penyimpan informasi yang diterima dari sink node dapat melalui internet [2]. Pada awalnya node pada WSN bersifat statik (diam dan tidak berpindah) dengan metode pengiriman data adalah secara single hop di mana masing-masing node sensor mengirim data secara langsung ke sink node [3]. Namun hal ini dapat mengakibatkan node yang paling jauh dari sink node akan lebih cepat kehabisan energi [3]. Maka dari itu telah dikembangkan metode lain yaitu transmisi secara multi hop di mana node saling bekerja sama mengirimkan data ke node terdekatnya begitu seterusnya sampai mencapai ke sink node [3]. Namun metode ini dapat menyebabkan node yang paling dekat dengan sink node lebih cepat kehabisan energi karena cenderung lebih banyak menerima dan meneruskan data dari node lain [3], sehingga telah muncul metode transmisi secara clustering, di mana sejumlah node berbeda membentuk kelompok-kelompok dan terdapat satu kepala kelompok yang disebut cluster head pada tiap kelompok [3]. Cluster head berfungsi untuk mengumpulkan informasi dari sejumlah node di dalam kelompoknya, kemudian setiap cluster head menyampaikan informasi ke sink

3 node dapat secara single hop atau multi hop [3]. Namun dengan cara ini permasalahan akan kembali ke permasalahan klasik yaitu apabila setiap cluster head mengirimkan data ke sink node secara single hop, cluster head yang paling jauh dari sink node akan lebih cepat kehabisan energi, dan jika cluster head mengirimkan data secara multi hop, maka cluster head yang paling dekat dengan sink node akan lebih cepat kehabisan energi. Akhirnya, muncul satu paradigma yaitu node dapat bergerak (mobile) pada WSN, dengan bergeraknya node maka diharapkan akan menyebabkan konsumsi energi lebih merata sehingga dapat memperpanjang lifetime dari node [3]. Adapun node yang dapat bergerak adalah sensor node, sink node, dan/atau cluster head node [3]. Skripsi ini berfokus untuk mengetahui pengaruh cluster head yang diam dan bergerak (mobile), dengan hipotesa cluster head yang bergerak dapat memperbaiki permasalahan distribusi konsumsi energi yang ada pada WSN (Wireless Sensor Network) dan mendapat lifetime yang lebih panjang [3].

1.2 Tujuan Skripsi Adapun tujuan penelitian pada skripsi ini yaitu: 1.

Menganalisa pengaruh cluster head yang diam dan bergerak (mobile) terhadap distribusi konsumsi energi pada WSN (Wireless Sensor Network),

2.

Membandingkan pengaruh cluster head yang bergerak (mobile) dengan cluster head yang diam (static) terhadap lifetime jaringan yang dibuat.

3.

Membandingkan pengaruh posisi lintasan cluster head pada WSN (Wireless Sensor Network).

4 1.3 Manfaat Skripsi Adapun manfaat dari penulisan skripsi ini adalah: 1.

Mengetahui aktifitas pergerakan Gajah Sumatera yang mungkin terjadi di Taman Nasional Way Kambas melalui pemodelan dan simulasi dari sistem pemantauan menggunakan WSN,

2.

Mengetahui pengaruh cluster head pada WSN dalam memantau aktifitas pergerakan Gajah Sumatera,

3.

Mengetahui nilai distribusi konsumsi energi dari WSN dengan menggunakan cluster head yang bergerak (mobile) dibanding dengan cluster head yang diam (static),

4.

Sebagai landasan untuk penelitian selanjutnya.

1.4 Rumusan Masalah Permasalahan yang dibahas pada penulisan skripsi ini adalah: 1.

Membuat skenario dengan mengatur posisi sensor node dan cluster head node untuk pemantauan aktifitas pergerakan gajah di Taman Nasional Way Kambas,

2.

Bagaimana cara menentukan parameter simulasi yang akan digunakan,

3.

Bagaimana cara mensimulasikan pemantauan aktifitas pergerakan gajah di Taman Nasional Way Kambas,

4.

Bagaimana mengetahui pengaruh cluster head yang diam dan bergerak (mobile) pada WSN terhadap pemantauan aktifitas pergerakan gajah,

5 5.

Bagaimana membandingkan nilai distribusi konsumsi energi pada WSN dengan menggunakan cluster head yang bergerak (mobile) dan yang diam (static).

1.5 Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada penulisan skripsi ini yaitu: 1.

Pemodelan dan simulasi pada penelitian menggunakan software MATLAB,

2.

Diasumsikan cluster head mempunyai energi yang tidak terbatas,

3.

Simulasi menggunakan model mobilitas homogeneous controlled di mana node akan memiliki pergerakan yang sama yang dapat dikontrol,

4.

Diasumsikan cluster head memiliki pergerakan yang sama dan bergerak searah jarum jam pada lintasan berbentuk bujur sangkar

5.

Metode pengiriman data antara sensor node ke cluster head node adalah secara multi hop,

6.

Diasumsikan sink node berfungsi sebagai gateway,

7.

Simulasi akan berhenti jika salah satu node sensor telah kehabisan energi.

1.6 Sistematika Penulisan Skripsi tersusun atas sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang, tujuan penelitian, manfaat yang diperoleh dalam penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

6 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Bab ini menjelaskan tinjauan pustaka dari beberapa hasil penelitian terdahulu yang mendukung topik pada skripsi ini dan teori dasar untuk skripsi ini mengenai WSN, aplikasi WSN, metode pengiriman data pada WSN, dan model mobilitas node pada WSN. BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Bab ini menjelaskan tentang langkah-langkah penelitian yang dilakukan, yaitu waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, skenario dan pemodelan sistem yang akan disimulasikan, parameter simulasi serta diagram alir penelitian. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini memuat tentang hasil dari simulasi yang dilakukan dan pembahasan hasil simulasi yang diperoleh. BAB V. SIMPULAN DAN SARAN Bab ini memuat tentang simpulan dari keseluruhan penelitian yang telah dilakukan. Juga terdapat saran yang dapat dipertimbangkan untuk penelitian dan perbaikan di masa selanjutnya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Kajian Pustaka dari Penelitian yang Berkaitan

Topik penelitian tentang pengaruh mobile cluster head pada Wireless Sensor Network (WSN) sudah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir. Penulis pada artikel [4] dengan judul “Cluster head selection in mobile WSNs: a survey” telah mensurvei tentang metode pengelompokkan (clustering) pada node di jaringan Wireless Sensor Network (WSN) untuk sifat node yang diam dan bergerak (mobile). Penulis pada [4] menggunakan algoritma pengelompokan node (clustering) yang disebut Leach (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) untuk membandingkan antara metode pengelompokkan node secara (clustering) yang sifat node-nya diam (static) dengan sifat node yang bergerak (mobile) dan mendapatkan kesimpulan bahwa metode mobile clustering pada WSN memiliki kemampuan yang lebih baik dibanding static WSN. Hal ini disebabkan karena static WSN lebih banyak mengkonsumsi energi. Penulis pada [4] juga menjelaskan bahwa metode transmisi multi hop (sensor node mengirimkan informasi ke sensor node yang berdekatan secara estafet sampai informasi diterima oleh sink node) pada mobile clustering WSN lebih baik dibandingkan dengan mengirimkan informasi secara single hop (masing-masing sensor node mengirimkan informasi secara langsung ke sink node).

8

Penulis pada artikel [5] dengan judul “Energy efficient cluster head selection in mobile WSNs” telah mengatakan bahwa metode clustering pada WSN dapat meningkatkan efisiensi energi pada node dalam mengumpulkan data. Lifetime jaringan akan dipengaruhi oleh pemilihan cluster head (CH) karena cluster head mengkonsumsi lebih banyak energi dibanding node di dalam kelompoknya (non CH). Penulis pada [5] mengusulkan pemilihan cluster head pada WSN berdasarkan sisa energi yang dimiliki oleh sensor node dan sensor node yang akan menjadi cluster head dipilih secara acak. Cluster head yang dipilih adalah yang belum pernah menjadi cluster head sebelumnya. Penelitian pada [5] juga membandingkan protokol Leach dan Hybrid Multi Hop Leach dalam hal pemakaian energi pada sensor node. Adapun peningkatan lifetime jaringan pada WSN bertujuan agar energi yang digunakan dapat efisien serta untuk memperkecil konsumsi energi selama mentransmisikan data. Dari simulasi penelitian yang dilakukan penulis pada [5] dihasilkan bahwa metode multi hop untuk efisiensi energi dari pemilihan cluster head pada WSN lebih baik dibandingkan dengan menggunakan single hop Leach dan Hybrid Multi Hop Leach dalam hal energi yang dikonsumsi oleh sensor node dan dapat memperpanjang lifetime jaringan sensor node.

Penulis pada artikel [6] dengan judul “Prolonging the Lifetime of Wireless Sensor Networks via Unequal Clustering” melakukan penelitian yang bertujuan untuk menyeimbangkan konsumsi energi pada cluster head yang bergerak dengan melakukan simulasi menggunakan model pengelompokkan (clustering) di mana ukuran kelompok satu dengan kelompok lainnya tidak sama (Unequal Custering

9

Size). Pada saat simulasi, penulis pada [6] menggunakan model mobilitas homogeneous pada jaringan sensornya dan melihat bahwa unequal custering size dapat menghasilkan keseragaman disipasi energi yang lebih baik dengan model jaringan homogeneous. Dengan menggunakan beberapa skenario yang berbeda namun bernilai sama dalam hal jumlah node serta dengan membandingkan model jaringan heterogeneous dan homogeneous, pada simulasi diperoleh bahwa skema unequal clustering size mencapai hasil 10% sampai dengan 30% melebihi skema equal clustering size bergantung pada agregasi efisiensi dari cluster head node. Penulis pada [6] menghasilkan analisa bahwa unequal clustering size adalah sesuatu yang menguntungkan khususnya untuk WSN, serta lifetime jaringan yang lebih panjang diperoleh dari model jaringan homogeneous maupun heterogeneous dengan pengelompokkan node yang static.

Penulis pada artikel [7] dengan judul “Mobile wireless sensor networks overview” mengatakan bahwa mobile WSN dapat mengatasi masalah konektifitas, cakupan, dan konsumsi energi pada WSN. WSN dengan node yang static memiliki keterbatasan yaitu kurang mendukung untuk beberapa aplikasi dan tidak dapat menangani situasi yang berbeda saat kondisi jaringan berubah. Maka dari itu diperkenalkan mobile WSNs, yaitu node dapat berpindah tempat (mobile) di mana secara signifikan dapat menampilkan kapabilitas jaringan dan mengatasi keterbatasan pada static node yang telah disebutkan sebelumnya. Penulis pada [7] juga membahas tentang struktur jaringan pada WSN yaitu one layer, two layer, dan three layer. Peran node pada struktur jaringan dapat dikategorikan sebagai mobile embedded sensor, mobile actuated sensor, data mule, atau access point di

10

mana beberapa keuntungan dari mobile WSNs adalah memperpanjang lifetime jaringan, memperkuat perlindungan dan sasaran, dan ketelitian data yang lebih baik. Dalam penelitian yang dilakukan penulis pada [7], model mobilitas dibagi menjadi 4 tipe yaitu random way point, freeway, gauss markov, manhattan, dan random point group.

Penulis pada artikel [8] dengan judul “Analisa efisiensi energi algoritma routing low energy adaptive clustering hierarchy (Leach) pada WSN menggunakan software Matlab” mengambil kesimpulan dari hasil penelitiannya yaitu efisiensi energi pada WSN yang menerapkan skema routing Leach dipengaruhi oleh jumlah node, energi awal, dan jarak base station. Lifetime akan bertambah jika jumlah node dalam jaringan lebih banyak, energi awal lebih besar, dan jarak base station dari area yang akan diamati lebih dekat.

Penulis pada artikel [9] dengan judul “A simulation model for the lifetime of wireless sensor networks” menjelaskan tentang model dari lifetime jaringan pada WSN. Model tersebut kemudian dimasukkan ke dalam beberapa parameter seperti jumlah sensor, ukuran jaringan, persentase sink node, lokasi sensor, sensor yang mobile, dan konsumsi daya. Penulis pada [9] juga mendefinisikan pengertian lifetime jaringan ke dalam tiga kriteria berbeda yaitu persentase daya yang tersisa dari total daya tersedia awal, persentase sensor yang hidup dari total jumlah sensor awal, dan persentase sink node yang hidup terhadap jumlah total sink node awal.

11

Kajian pustaka di atas menjelaskan tentang mobilitas pada WSN, cara pemilihan cluster head, dan mengenai model mobilitas yang digunakan. Mobilitas cluster head yang ada pada kajian pustaka di atas adalah bersifat acak. Belum banyak dilakukan penelitian tentang pergerakan cluster head secara terkontrol. Skripsi ini melakukan simulasi pengaruh cluster head yang diam dan bergerak dengan model mobilitas homogeneous controlled model di mana transmisi data antara cluster head dan sensor node adalah secara multi hop dan pergerakannya dikontrol dengan rute tertentu untuk mengetahui pengaruh aktifitas pergerakan gajah pada area penangkaran di Way Kambas.

2.2

Dasar - Dasar Wireless Sensor Network (WSN)

Wireless sensor network (WSN) biasanya terdiri dari banyak komputer kecil yang disebut sensor node. Biasanya ukuran sensor node tidak lebih besar dari koin atau kartu kredit. Tujuan utama dari WSN adalah untuk mengumpulkan informasi yang berguna dengan memantau suatu fenomena di lingkungan sekitar dan mengirimkan informasi tersebut ke kolektor data yang disebut sink node. Sink node dapat sekaligus berfungsi sebagai gateway (penghubung ke jaringan) luar ataupun tidak. Terlihat pada gambar 2.1 bahwa informasi yang diterima oleh sink node dikirimkan melalui internet agar dapat diolah oleh pengolah data. Pada WSN, masing-masing sensor node secara individu dapat mengindra lingkungan sekitar dan bekerjasama dengan sensor node lain untuk mendapatkan informasi yang diinginkan. Oleh karena itu, tujuan dari wireless sensor node adalah untuk mendapatkan gambaran tentang lingkungan fisik melalui sensor dan secara

12

nirkabel berkomunikasi untuk mendapatkan gambaran serta membantu node lain untuk memberikan gambaran lingkungan yang akan diamati. Untuk mencapai tujuan tersebut maka sensor node biasanya dilengkapi dengan komponenkomponen seperti on-chip sensor, transceiver, prosesor berfrekuensi rendah, memori untuk menyimpan informasi, dan unit catu daya [2]. Berikut ini merupakan gambar skematik komponen sensor node dan arsitektur dasar WSN.

Gambar 2.1 Arsitektur dari WSN

Gambar 2.2 Komponen-Komponen dari Sensor Node

Bersadarkan gambar 2.2, komponen node sensor terdiri dari: 

Sensor yang bertanggungjawab untuk mengindra suatu lingkungan. Sebuah node dapat memiliki lebih dari satu sensor untuk mengukur fenomena lingkungan yang akan diamati. Jumlah dan jenis sensor

13

bervariasi sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Beberapa sensor contohnya yaitu sensor kelembaban, sensor cahaya, sensor tekanan, sensor getaran, sensor suara, sensor tubuh seperti sensor detak jantung, dan lain-lain. Sinyal analog yang dihasilkan oleh sensor berdasarkan fenomena yang diamati kemudian dikonversikan ke dalam sinyal digital oleh ADC (konverter analog ke digital) untuk selanjutnya dimasukkan ke unit pengolahan, 

Wireless Transceiver, adalah radio berdaya rendah untuk komunikasi tanpa kabel dengan jarak pendek. Secara umum, transceiver half-duplex memiliki tiga kondisi operasi yaitu mengirimkan, menerima, dan standby. Umumnya, mengirimkan data akan lebih banyak mengkonsumsi daya dibanding dengan menerima atau standby. Biasanya, frekuensi yang digunakan dalam aplikasi WSN yaitu 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz dan 2,4 GHz tergantung dari negara mana produk itu dirancang. Adapun kekuatan daya pancar maksimum berkisar dari 0 dBm sampai 13 dBm dengan sensitivitas penerima sebesar -109 dBm sampai -93 dBm dan laju bit berkisar antara 40 kbaud sampai 1152 kbaud,



Prosesor, umumnya diperlukan untuk perhitungan fungsi intensif, misalnya pada saat sebelum memproses hasil dari pembacaan sensor pada pemrosesan jaringan, data aggregation, dan tugas jaringan lainnya. Kebanyakan prosesor berukuran 8 bit atau 16 bit. Biasanya node menjalankan sistem operasi khusus seperti TinyOS atau AmbientRT untuk mengatasi keterbatasan sumber daya,

14



Memori atau penyimpanan, memiliki kapasitas yang sangat terbatas. Memori diperlukan pada sensor node untuk memproses program. Saat ini, terdapat banyak mikrokontroler berdaya rendah termasuk memori FLASH yang dapat ditulis ulang berkali-kali namun memiliki ingatan yang sangat baik,



Catu daya (power supply), unit sensor node umumnya terdiri baterai di mana energi untuk pengoperasian wireless sensor node diekstrak dari energi yang tersimpan dalam senyawa kimia. Catu saya dari sensor node menentukan berapa banyak energi yang dapat dihabiskan selama node beroperasi [2].

Berdasarkan Gambar 2.2, pada beberapa aplikasi, sensor node terkadang mempunyai komponen tambahan berikut ini:  Position finding system, memberikan informasi lokasi fisik node sensor. Untuk menafsirkan nilai sensor, lokasi di mana pembacaan lokasi fisik sensor node juga harus diketahui untuk beberapa aplikasi. Teknik perutean mungkin juga membutuhkan pengetahuan dari lokasi fisik node sensor. Posisi sistem dapat terdiri dari modul global positioning system (GPS) yang merupakan sistem navigasi satelit atau modul software yang mengimplementasikan algoritma lokalisasi GPS yang memberikan informasi lokasi melalui perhitungan tertentu,  Power generator, dapat digunakan dalam WSN untuk mengekstrak energi dari lingkungannya. Panas, cahaya, dan getaran dikonversikan ke arus listrik yang kemampuan node-nya dapat menjadi pilihan untuk mengisi

15

baterai cadangan. Misalnya untuk aplikasi di luar ruangan, sel surya digunakan untuk menghasilkan daya.  Mobilizer, diperlukan dalam kasus-kasus di mana node sensor harus dipindah dari satu lokasi ke lokasi lain. Meskipun kemajuan teknologi yang sudah berkembang memungkinkan mobilizer tertanam ke node sensor, mobilitas tetap membutuhkan sumber daya energi yang besar [2].

2.3

Metode Pengiriman Data pada WSN

Secara sederhana, metode pengiriman data pada WSN adalah secara single hop. Metode single hop adalah metode pengiriman data di mana setiap sensor node masing-masing mengirimkan informasi ke kolektor data yang disebut sink node. Karena jarak setiap node untuk sampai ke sink node tidak sama, maka dari itu node yang paling jauh jaraknya dengan sink node membutuhkan energi yang lebih besar untuk mengirimkan informasi dibanding dengan node yang jaraknya paling dekat dengan sink node yang terlihat pada Gambar 2.3. Jadi metode pengiriman data secara single hop memiliki kelemahan yaitu sensor node yang paling jauh letaknya dengan sink node cenderung akan lebih cepat kehabisan energi.

Gambar 2.3 Metode Pengiriman Data Single Hop

16

Selanjutnya muncul metode lain dalam pengiriman data yang disebut multi hop. Multi hop adalah metode pengiriman data di mana sensor node bekerjasama untuk mengirimkan informasi agar sampai ke sink node dengan cara satu sensor node mengirimkan data ke sensor node yang berdekatan, begitu seterusnya hingga data diterima oleh kolektor data yaitu sink node. Dari Gambar 2.4, terlihat bahwa jarak setiap sensor node tidak selalu sama, maka sensor node yang berdekatan dengan sink node akan lebih banyak membutuhkan energi dibanding sensor node yang lainnya. Maka dari itu sensor node yang paling dekat dengan sink node akan cenderung lebih cepat kehabisan energi karena banyak menerima informasi data dari sensor node lainnya. Jadi metode multi hop mempunyai kekurangan yaitu konsumsi energi dari node yang dekat dengan sink node lebih banyak dibandingkan dengan node yang lainnya.

Gambar 2.4 Pengiriman Data pada WSN Secara Multi Hop

17

Terakhir adalah gabungan antara single hop dan multi hop yang dinamakan metode clustering (pengelompokkan) di mana sensor node terdiri dari kelompokkelompok (clusters) dan setiap kelompok mempunyai ketua kelompok yang disebut cluster head. Jadi sensor node hanya mengirimkan informasi ke cluster head dan cluster head akan meneruskan informasi tersebut ke sink node dengan cara single hop (setiap cluster head mengirim informasi ke sink node) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5 di mana node berwarna merah muda adalah cluster head, atau multi hop (cluster head meneruskan informasi ke cluster head terdekatnya) seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.5 Metode Clustering dengan Single Hop Berdasarkan Gambar 2.5, terdapat tiga buah cluster (kelompok) yang ditandai dengan lingkaran, kotak, dan oval berwarna merah muda, juga disertai tiga cluster head ditandai dengan simbol lingkaran berwarna merah muda. Terlihat bahwa dengan metode ini kekurangannya kembali ke masalah klasik yaitu cluster head yang letaknya terjauh dari sink node cenderung mengkonsumsi energi lebih banyak sehingga energi cluster head tersebut akan cepat habis.

18

Pada metode clustering dengan multi hop juga memiliki kelemahan yaitu sensor node yang terletak paling dekat dengan sink node ditunjukkan pada gambar 2.6 akan lebih banyak membutuhkan energi karena meneruskan lebih banyak informasi dari cluster head lain.

Gambar 2.6 Metode Clustering dengan Multi Hop

2.4

Aplikasi pada WSN

Berdasarkan kemajuan teknologi terbaru dalam bidang komunikasi nirkabel, integrasi mikroelektronika berdaya rendah dan pembuatan sejumlah jaringan wireless sensor node menjadi lebih ekonomis. Ratusan bahkan ribuan perangkat wireless sensor node dilengkapi dengan memori yang relatif kecil, komputasi yang terbatas, transceiver tanpa kabel dengan jarak yang pendek, baterai yang terbatas, namun dapat digunakan dalam banyak aplikasi tanpa pengawasan dalam operasi jangka panjang. Terdapat bidang aplikasi yang berbeda pada WSN mulai dari pengumpulan data tradisional (misalnya pemantauan lingkungan) dan untuk

19

aplikasi yang lebih kompleks (misalnya respon darurat). Akibatnya, WSN telah muncul sebagai teknologi yang menjanjikan dengan berbagai aplikasi seperti dapat disebutkan dan dijelaskan sebagai berikut. a. Pemantauan lingkungan Pemantauan lingkungan merupakan salah satu aplikasi yang paling dasar dari WSN. Pemantauan lingkungan sering dalam skala besar, biasanya node bersifat diam (static) dan ditempatkan pada lingkungan yang ekstrim tanpa pengawasan. WSN memungkinkan untuk melakukan pengumpulan data dalam jangka panjang seperti suhu, kelembaban, polusi, data pertanian, dan lain-lain pada skala yang sulit untuk didapatkan dengan cara manual. Contoh aplikasi pemantauan lingkungan oleh WSN adalah pada pemantauan Great Island Duck di Amerika Serikat untuk distribusi tanaman dan hewan, pengelolaan irigasi di bidang pertanian dan mendeteksi bahan kimia asing di udara. b. Structural Monitoring Pemantauan struktural pada WSN dalam hal ini dapat berupa pemantauan kesehatan infrastruktur, struktural bangunan, jembatan, terowongan, dan struktural lainnya untuk memperkirakan keadaan kesehatan struktural, atau mendeteksi perubahan struktur yang mempengaruhi kinerjanya, serta digunakan untuk memantau resiko alami seperti daerah tanah longsor dan runtuhan yang menyebabkan kondisi bahaya. Sejumlah node sensor disebarkan di dalam atau di luar area dan biasanya bersifat statis.

20

c. Animal Monitoring Aplikasi yang khas dalam pemantauan hewan adalah pelacakan hewan untuk mempelajari perilaku hewan tersebut dan menemukan atau membatasi hewan dalam suatu wilayah atau di alam liar. Contohnya adalah untuk pemantauan ternak dan pelacakan satwa liar. Wireless sensor yang digunakan di jaringan pada aplikasi ini dapat berupa sensor node yang static dan dapat berupa sensor node yang bergerak (mobile). d. Transport and logistics Untuk transportasi dan logistik, suatu barang dapat dipantau sementara barang berada di gudang atau masih dalam perjalanan. Umumnya, tujuan aplikasi WSN pada transportasi dan logistik ini adalah untuk memantau kondisi penyimpanan produk, misalnya untuk pemantauan gudang yang berisi bunga dan untuk memverifikasi beban. Aplikasi penyebaran sensor node untuk transportasi dan logistik membentuk jaringan hibrid yang biasanya terdiri dari sensor yang statis (misalnya ditempatkan di gudang) dan sensor yang mobile (misalnya melekat di kontainer atau gerobak). e. Millitary Penggunaan WSN pada aplikasi militer dapat membantu untuk mencapai efektifitas dalam medan perang dengan kesadaran situasional, kontrol wilayah, musuh yang mengintai militer, deteksi instruksi, pelacakan sasaran (musuh), penilaian kerusakan perang, dan deteksi serangan nuklir biologis atau kimia. Skala dan jenis mobilitas pada aplikasi militer sangat bergantung pada apliaksi target. Misalnya deteksi intruksi terdiri dari mobilitas node yang melekat pada tentara dan tank.

21

f. Health care Aplikasi perawatan kesehatan menggunakan WSNs untuk memperoleh data fisiologis dan perilaku dari pasien untuk diagnosis, pemantauan, atau managemen penyakit kronis. Terkadang, data yang dikumpulkan oleh jaringan area tubuh (Body Area Network/BAN) ditambah dengan pembacaan sensor dari sensor lingkungan atau lingkungan rumah atau rumah sakit. Contohnya adalah perawatan kesehatan pribadi dengan pemantauan oleh BAN dan pelacakan dokter serta pasien dalam rumah sakit. Karena sensor dalam aplikasi ini dikelompokkan untuk membentuk BAN, maka memiliki model mobilitas berkelompok yang disebut group mobility. [2] Berikut merupakan tabel yang mendeskripsikan aplikasi WSN. Tabel 2.1 Overview Aplikasi WSN [2] Jenis monitoring

Ukuran Jaringan Large Med Small

Lifetime Long Short √

Mobilitas Mobile Static √

Environmental

√

Structural

√

√

√

√

Animal

√

√

√

√

Transport and logistics

√

√

√

√

Military

√

√

√

√√

√

√

√

√√

Health care

√

√ √√

Emergency Response

√

Maritime Surveillance

√

√

√√

Road/traffic safety

√

√

√√√

22

Daftar aplikasi akan terus diperbarui oleh para peneliti karena jenis aplikasi yang menerapkan WSN terus berkembang. Tabel 2.1 memberikan gambaran dari aplikasi WSN dengan menyoroti beberapa fitur seperti skala, umur (lifetime) jaringan, dan tingkat mobilitas. Tingkat mobilitas (jumlah mobile sensor node per jumlah total sensor node) dapat bervariasi dari mobilitas yang lemah ke tinggi pada aplikasi yang berbeda. Umumnya mobilitas yang digunakan bersifat tidak terkontrol [2].

2.5

Mobilitas pada WSN

Alasan utama memperkenalkan mobilitas pada WSN adalah untuk mengurangi jumlah hop yang diperlukan dalam menyampaikan data dari sensor node ke pengumpul data (sink node). Dengan demikian, dengan adanya mobilitas dapat mengurangi delay dan memperpanjang waktu hidup (lifetime) jaringan dengan mengurangi jumlah energi yang diperlukan untuk mengirim dan menerima pesan. Lifetime menjadi masalah utama dalam jaringan WSN. Adapun mobilitas pada jaringan WSN dapat diterapkan di node sensor, sink node, atau cluster head nodenya. Model mobilitas secara umum terbagi menjadi dua yaitu homogeneous models dan heterogeneous models.

Model mobilitas homogeneous memiliki sifat sekelompok mobile sensor node memiliki pergerakan yang sama untuk bergerak pada jaringan WSN. Namun pada model mobilitas heterogeneous, node sensor memiliki pergerakan tertentu dalam

23

bergerak di jaringan WSN. Model mobilitas homogeneous dan heterogeneous dibagi menjadi sub-kategori yang terlihat pada gambar 2.7 dibawah ini.

Model Mobilitas

Homogeneous Models

Heterogeneous Models

Controlled Models

Random Models

Random Models

Controlled Models

Totally Random

Partially Random

Predictable Models Geographic Models

Gambar 2.7 Struktur Model Mobilitas Berdasarkan Gambar 2.7, model mobilitas dapat dijelaskan sebagai berikut.

2.5.1 Homogeneous Mobility Models Model mobilitas homogen (homogeneous) memiliki ciri yaitu seperangkat node bekerjasama untuk bergerak secara seragam sesuai dengan model mobilitas tertentu. Berdasarkan Gambar 2.7, terlihat bahwa model mobilitas homogen terbagi menjadi dua sub bagian yang disebutkan dan dijelaskan secara singkat sebagai berikut.

24

2.5.1.1 Random Mobility Models Model mobilitas ini dibagi lagi menjadi dua yaitu sebagian acak (partially random) dan semuanya acak (totally random). Pada kategori partially random, node sensor bergerak masing-masing namun bergantung satu sama lain untuk menentukan arah gerakan secara acak. Sedangkan model semuanya acak memiliki node sensor yang bergerak secara acak dan gerakannya berubah secara berkala. Pada partially random, sensor node dibentuk menjadi beberapa kelompok dan dipilih satu pemimpin sensor node yang disebut leader. Leader bergerak secara acak dan memilih arah tujuan dengan bergerak menuju tujuan tersebut dengan kecepatan acak. Setelah tiba di tempat tujuan, leader berhenti dalam periode waktu tertentu. Setelah itu, tujuan baru dipilih secara acak lagi dan begitu seterusnya. Anggota kelompok mengikuti pergerakan leader dengan beberapa ketentuan yang didefinisikan sebelumnya. Sedangkan pada kategori totally random, pergerakan node sensor bergerak secara nomaden, bergerak secara acak dari satu posisi ke posisi yang lain.

2.5.1.2 Controlled Mobility Models Pada model ini, seperangkat node sensor bergerak dalam arah yang ditentukan dan pergerakan awal dapat digunakan untuk menentukan pergerakan selanjutnya.

2.5.2 Heterogeneous Mobility Models Dalam model pergerakan heterogen, pergerakan sensor node bergerak secara independen terhadap node sensor yang lainnya. Dengan demikian, pergerakan sensor node menurut model yang digunakan dan tidak mempertimbangkan

25

pergerakan sensor node lainnya. Model mobilitas heterogen diklasifikasikan lagi kedalam beberapa bagian yaitu random models, controlled models, predictable models, dan geographic models dengan penjelasan sebagai berikut.

2.5.2.1 Random Models Model ini merupakan model pergerakan yang sangat sederhana, didasarkan pada pembagian gerakan node yang bergerak dalam periode jeda dan periode gerak. Pada periode jeda, sensor node akan tetap pada posisi semula dalam jangka waktu tertentu. Namun saat periode gerak, node yang bergerak akan memilih secara acak arah yang akan dituju dengan kecepatan yang acak. Setelah sampai pada posisi baru, node memasuki masa jeda dan tetap dalam posisinya untuk periode yang sama dengan yang digunakan sebelumnya.

2.5.2.2 Controlled Models Model ini didasarkan pada pergerakan sensor node yang bergerak berdasarkan jadwal tertentu yang dibangun atas tingkat sampling rate dari sensor node dan terjadinya peristiwa yang diamati. Selain itu, waktu dalam membangun jadwal pergerakan juga diperihitungkan.

2.5.2.3 Predictable Models Dengan

menggunakan

model

mobilitas

yang

dapat

diprediksi,

akan

memperpanjang masa jaringan (lifetime) karena node memiliki kondisi sleep atau modus hemat daya ketika pergerakan tidak diperlukan. Node sudah mengetahui arah dan tujuan yang akan digunakan untuk mengirimkan data ke pengumpul data.

26

Dengan demikian, untuk menghemat energi, node memasuki mode sleep sampai waktu yang diprediksi untuk mentransfer data. Setelah itu, node kembali ke mode aktif dan mulai mengirim data ke pengumpul data.

2.5.2.4 Geographic models Model geografis memungkinkan untuk membatasi gerak sensor node menurut area geografis dan sifat lingkungan. Dalam model ini, hambatan atau kendala yang ada pada wilayah yang akan diamati dipelajari dan diperhitungkan. Pada model ini terdapat empat model geografis yang disebut pathway mobility, freeway mobility model, Manhattan mobility model dan obstacle mobility model [3].

2.6 Model Energi untuk Transmisi Data Apabila diketahui jarak antara pengirim dan penerima dan panjang paket datanya, maka energi yang digunakan dapat dirumuskan sebagai berikut. [5] Untuk mengirim data: = (Eelec x l) + (

ETX (d)

x l x d2)

(2.1)

Untuk menerima data: ERX

= Eelec x l

di mana: ETX (d)

: Energi untuk mengirimkan data sejauh d meter (J)

ERX

: Energi untuk menerima data (J)

Eelec

: Energi yang digunakan untuk mengoperasikan wireless sensor node (J/bit) : Energi untuk memperkuat sinyal data (J/bit/m2)

(2.2)

27

l

: Ukuran panjang paket data (bit) : Jarak antara pengirim dan penerima (m)

2.7 Cumulative Distribution Function (CDF) CDF merupakan fungsi yang dapat menjumlahkan nilai probabilitas sampai suatu kejadian tertentu (p(X ≤ xi)). Adapun fungsi kepadatan kumulatif untuk X=xk dituliskan dengan persamaan berikut. [10] (2.3) (2.4) Di mana X = {x1, x2, x3, ..., xn} yang menunjukkan semua kejadian yang mungkin terjadi

2.8 Probability Density Function (PDF) PDF merupakan suatu fungsi yang dapat menyatakan nilai kemungkinan dari masing-masing kejadian X dan disimbolkan dengan p(X) adalah nilai probabilitasnya. Adapun nilai kemungkinannya adalah satu untuk semua kejadian dan dapat dituliskan dengan persamaan berikut. [10]

(2.5)

Di mana: 

X = {x1, x2, x3, ..., xn} yang menunjukkan semua kejadian yang mungkin terjadi dan 0 ≤ p(X) ≤ 1

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian skripsi ini dilaksanakan pada: Waktu

: November 2016 – Juni 2017,

Tempat

: Laboratorium Teknik Pengukuran Besaran Elektrik, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.

3.2

Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam mengerjakan penelitian dari skripsi ini adalah: 1. Satu buah Laptop dengan sistem operasi Windows 7, 2. Software Matlab.

3.3

Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan untuk menyelesaikan penelitian dari skripsi ini adalah pemodelan dan simulasi, dengan tahapan kerja yang dilakukan dapat dijelaskan pada sub-bab berikut ini.

29

3.3.1. Studi Literatur Hal pertama yang dilakukan dalam penelitian skripsi ini adalah studi literatur dengan melakukan pencarian referensi dari buku, e-book, jurnal, dan sumber dari internet mengenai penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dan berhubungan dengan penelitian ini, antara lain: a.

Wireless Sensor Network (WSN) dan Aplikasi WSN,

b.

Metode Pengiriman Data pada WSN,

c.

Model Mobilitas pada WSN.

3.3.2. Pemodelan Sistem dan Simulasi Tahapan kerja selanjutnya adalah membuat pemodelan sistem yang akan dianalisa berupa skenario simulasi dan menentukan parameter yang dibutuhkan pada saat simulasi. Adapun pembuatan program simulasi adalah menggunakan software MATLAB. Tujuan dari penelitian skripsi ini yaitu untuk menganalisa pengaruh cluster head yang diam dan bergerak (mobile) terhadap distribusi konsumsi energi pada WSN (Wireless Sensor Network) terhadap aktifitas pergerakan Gajah pada area penangkaran, dengan asumsi terdapat area penangkaran Gajah yang berbentuk bujur sangkar. Sensor node diletakkan pada area tersebut dan antara sensor node ditempatkan pada jarak yang sama, di mana jarak sensor node ditentukan berdasarkan jangkauan transmisi sensor node. Beberapa asumsi skenario pemodelan yang akan dianalisa yaitu: 1. Area penangkaran berbentuk bujur sangkar dan antara sensor node diletakkan dengan jarak yang sama,

30

2. Pemilihan cluster head dan sensor node yang akan menjadi kelompoknya sudah ditentukan sebelumnya dan energi cluster head bernilai tak terbatas, 3. Pergerakan sensor node menggunakan model mobilitas homogeneous controlled, 4. Jarak antara mobile cluster head bersifat konstan dan bergerak berputar searah jarum jam pada lintasan berbentuk bujur sangkar tertentu , 5. Metode pengiriman data antara sensor node ke cluster head node yaitu secara multi hop, 6. Asumsi bahwa adanya perpindahan gajah ditandai dengan aktifnya sepasang sensor node yang bersebelahan, 7. Simulasi akan berakhir jika salah satu sensor node sudah kehabisan energi. Pemodelan sistem yang akan disimulasikan dan dianalisa terdiri dari 3 skenario berbeda, yaitu: 1.

Skenario 1, ketika cluster head diam (static) dan berada di tengah kelompoknya Data center II

Sink node/ gateway

internet

Data center I

Keterangan = sensor node = cluster head node

Gambar 3.1 Pemodelan Sistem dengan Cluster Head Static

31

Skenario pertama yang ditunjukkan pada gambar 3.1 diatas merupakan sistem dasar yang akan digunakan sebagai acuan perbandingan dengan skenario kedua dan ketiga. Hal ini disebabkan karena skenario 1 memiliki sifat cluster head yang diam (static) di mana pada setiap kelompok (cluster) terdapat satu buah cluster head yang diam dan posisinya terletak di tengah-tengah kelompok (cluster), sedangkan cluster head pada skenario lainnya bersifat mobile (bergerak). 2. Skenario 2, ketika cluster head bergerak (mobile) dan awalnya terletak di

seperempat ujung atas sebelah kiri kelompoknya Wireless sensor node Cluster head Data center II

Sink node/ gateway

internet

Data center I

Keterangan = sensor node = cluster head node

Gambar 3.2 Pemodelan Sistem Skenario Dua

Pada skenario 2 yang ditunjukkan pada gambar 3.2, area dari kelompok dibagi menjadi dua bujur sangkar. Area bujur sangkar pertama adalah area bujur sangkar terluar yang membatasi area kelompok. Area bujur sangkar kedua memiliki jarak seperempat dari sisi bujur sangkar terluar. Cluster head pada awalnya terletak

32

pada ujung kiri dari sisi atas bujur sangkar kedua kemudian bergerak pada lintasan bujur sangkar searah dengan jarum jam.

3. Skenario 3, ketika cluster head bergerak (mobile) dan awalnya terletak di ujung atas kiri kelompoknya Cluster head

Wireless sensor node Data center II

Sink node/ gateway

internet

Data center I

Keterangan = sensor node = cluster head node

Gambar 3.3 Pemodelan Sistem Skenario Tiga

Sedangkan awal letak cluster head pada skenario 3 adalah di pinggir atas sebelah kiri dari kelompoknya yang ditunjukkan pada gambar 3.3. Cluster head pada skenario 3 akan bergerak (mobile) searah dengan jarum jam pada lintasan berbentuk bujur sangkar tertentu.

33

Masing-masing skenario tersusun atas 16 kelompok (cluster) dan masing-masing cluster memiliki 1 buah cluster head. Sensor node dalam tiap kelompok (cluster) berjumlah 81 buah. Adapun konsumsi energi yang akan dianalisa menggunakan persamaan sebagai berikut [6]. Untuk mengirim data: = (Eelec x l) + (

ETX (d)

x l x d2)

(3.1)

Untuk menerima data: ERX

= Eelec x l

di mana: ETX (d)

: Energi untuk mengirimkan data sejauh d meter (J)

ERX

: Energi untuk menerima data (J)

Eelec

: Energi yang digunakan untuk mengoperasikan wireless sensor node (J/bit) : Energi untuk memperkuat sinyal data (J/bit/m2)

l

: Ukuran panjang paket data (bit)

: Jarak antara pengirim dan penerima (m).

(3.2)

34

Sedangkan pergerakan dari cluster head diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Gambar 3.4 Ilustrasi Pergerakan Cluster Head Gambar 3.4 merupakan ilustrasi pergerakan cluster head. Bidang area berbentuk bujur sangkar, pada penjelasan sebelumnya sudah disebutkan bahwa model mobilitas yang akan digunakan yaitu bersifat homogen yang dapat dikontrol. Jadi, cluster head pada gambar 3.4 bergerak mulai dari koordinat (x0, y1) dan terus bergerak pada lintasan bujur sangkar searah jarum jam, di mana L1, L2, L3 dan L4 merupakan lintasan yang akan dilewati oleh cluster head. Pada awalnya, mobile cluster head bergerak mulai dari titik koordinat (x0, y1) dengan perpindahan posisi cluster head (koordinat x dan y) dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut. Koordinat y = y1 (konstan) Koordinat x = x0 + v.t1, dengan kecepatan konstan v

(3.3)

35

Sebelum memasuki waktu selanjutnya, koordinat x dari mobile cluster head yang baru akan diperiksa, apakah x = x1. Jika ya, maka perhitungan koordinat cluster head node mengikuti persamaan berikut ini. Koordinat x = x1 (konstan) Koordinat y = y1 – v.t2, dengan kecepatan konstan v

(3.4)

Sebelum memasuki waktu selanjutnya, koordinat y dari mobile cluster head yang baru akan diperiksa, apakah y = y0. Jika ya, maka perhitungan koordinat cluster head node mengikuti persamaan berikut ini. Koordinat y = y0 (konstan) Koordinat x = x1 – v.t3, dengan kecepatan konstan v

(3.5)

Sebelum memasuki waktu selanjutnya, koordinat x dari mobile cluster head yang baru akan diperiksa, apakah x = x0. Jika ya, maka perhitungan koordinat cluster head node akan mengikuti persamaan berikut ini. Koordinat x = x0 (konstan) Koordinat y = y0 + v.t4, dengan kecepatan konstan v

(3.6)

Sebelum memasuki waktu selanjutnya, koordinat x dari mobile cluster head yang baru akan diperiksa, apakah x = x0. Jika ya, maka perhitungan koordinat cluster head node akan terus berulang sampai waktu iterasi tertentu atau sampai salah satu energi dari sensor node sudah habis. .

36

3.4

Parameter Simulasi

Parameter yang akan digunakan untuk melakukan simulasi pada skenario yang telah dibuat adalah sebagai berikut:

Tabel 3.2 Parameter Simulasi No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12

Parameter Luas area penangkaran Jumlah sensor node Jumlah cluster head Jumlah sensor node dalam satu cluster Jumlah cluster head dalam 1 cluster Cakupan sensor node Jumlah sink Panjang paket data (l) Eelec Eamp Energi awal sensor node

[11]

[6] [6] [12]

Nilai 36x36 km2 ≈ 1300 km2 1296 node 16 node 81 node 1 buah 1,5 km 1 buah 11 bit 50 nJ/bit 10 pJ/bit/m2 10 Joule

Luas area penangkaran dalam parameter adalah 1300 km2 atau setara dengan panjang 36 km dan lebar 36 km yang bersesuaian dengan luas penangkaran Gajah Sumatera di Way Kambas Lampung, maka dari itu jumlah sensor node adalah 1296 dengan jarak antara sensor node adalah 1 km. Adapun cakupan sensor node dalam parameter yaitu 1,5 km, di mana berdasarkan artikel pada [11] cakupan sensor node memiliki cakupan antara 500 m sampai dengan 2 km. Panjang paket data adalah 11 bit (211 = 2048) yaitu cukup untuk mengakomodasi 1296 sensor node serta nilai Eelec dan Eamp merujuk pada artikel [6], kemudian masing-masing sensor node mempunyai energi awal yang sama yaitu 10 Joule yang mengacu pada artikel [12]. .

37

3.5

Simulasi Sistem pada MATLAB

Berdasarkan skenario yang telah dijelaskan pada sub bab 3.3.2, dilakukan pemodelan dari skenario penelitian dengan menggunakan software MATLAB yang menghasilkan gambar sebagai berikut:

Keterangan:

Gambar 3.5 Pemodelan simulasi skenario 1 pada MATLAB Gambar 3.5 merupakan pemodelan simulasi pada MATLAB untuk skenario pertama, sensor node ditandai dengan simbol lingkaran berwarna biru berada pada area 36x36 km2. Cluster head node ditandai dengan simbol bulatan penuh berwarna merah. Cluster head pada skenario ini bersifat diam dan berada di tengah-tengah kelompoknya. Adapun sink node terletak pada koordinat (36, 17,5) yang disimbolkan dengan tanda plus (+) berwarna hijau pada gambar.

38

Keterangan:

Gambar 3.6 Pemodelan simulasi skenario 2 pada MATLAB

Gambar 3.6 merupakan pemodelan simulasi pada MATLAB untuk skenario kedua, sensor node ditandai dengan simbol lingkaran berwarna biru berada pada area 36x36 km2. Cluster head pada skenario ini bergerak dan pergerakannya diawali di koordinat x berturut-turut 2, 11, 20, 29 dan koordinat y berturut-turut 6, 15, 24, 33 yang ditandai dengan simbol bulatan penuh berwarna merah, kemudian cluster head bergerak pada lintasan bujur sangkar searah jarum jam. Adapun sink node terletak pada koordinat (36, 17,5) yang disimbolkan dengan tanda plus (+) berwarna hijau.

39

Keterangan:

Gambar 3.7 Pemodelan simulasi skenario 3 pada MATLAB Gambar 3.7 merupakan pemodelan simulasi pada MATLAB untuk skenario ketiga, sensor node ditandai dengan simbol lingkaran berwarna biru berada pada area 36x36 km2. Cluster head pada skenario ini bergerak dan pergerakannya diawali di koordinat x berturut-turut 0, 9, 18, 27 dan koordinat y berturut-turut 6, 8, 24, 33 yang ditandai dengan simbol bulatan penuh berwarna merah, kemudian cluster head bergerak pada lintasan bujur sangkar searah jarum jam. Adapun sink node terletak pada koordinat (36, 17,5) yang disimbolkan dengan tanda plus (+) berwarna hijau.

40

Simulasi yang ditunjukkan pada Gambar 3.5, Gambar 3.6 dan Gambar 3.7 dibuat dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh peletakkan posisi cluster head, pengaruh cluster head yang diam (static) dengan yang bergerak (mobile) terhadap nilai distribusi energi pada jaringan WSN (Wireless Sensor Network), dan membandingkan nilai distribusi energi dari masing-masing skenario berdasarkan parameter yang telah ditentukan pada Tabel 3.2. Simulasi dimulai dengan membangun sebuah bujur sangkar berukuran 36x36 km2 yang berisi sensor node sebanyak 1296 dengan spasi yang sama. Setelah itu diberikan identitas node berupa nomer node, nomer kelompok serta nomer cluster head seperti pada Tabel berikut. Tabel 3.3 Identitas sensor node pada Simulasi

Koordinat y

35 34 33 32 31 30 29 28 27 ... 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 1261 1225 1189 1153 1117 1081 1045 1009 973 ... 323 287 253 217 181 145 109 73 37 1

1 1262 1226 1190 1154 1118 1082 1046 1010 974 ... 324 288 254 216 182 146 110 74 38 2

Identitas sensor node Koordinat x 2 3 1263 1264 ... 1227 1228 ... 1191 1192 ... 1155 1156 ... 1119 1120 ... 1083 1084 ... 1047 1048 ... 1011 1012 ... 975 976 ... ... ... ... 325 326 ... 289 290 ... 255 256 ... 217 218 ... 183 184 ... 147 148 ... 111 112 ... 75 76 ... 39 40 ... 3 4 ...

32 1293 1257 1221 1185 1149 1113 1077 1041 1005 ... 357 320 283 250 213 177 141 105 69 33

33 1294 1258 1222 1186 1150 1114 1078 1042 1006 ... 357 320 284 250 214 178 142 106 70 34

34 1295 1259 1223 1187 1151 1115 1079 1043 1007 ... 358 321 285 251 215 179 143 107 71 35

35 1296 1260 1224 1188 1152 1116 1080 1044 1008 ... 359 322 286 252 216 180 144 108 72 36

41

Kemudian

diaktifkan

sepasang

atau

lebih

sensor

node

dengan

cara

membangkitkan nilai 0 dan 1 secara acak dan diperiksa kembali, jika terdapat dua buah atau lebih sensor node yang bernilai 1 dan letaknya bersebelahan (kanan, kiri, bawah atau atas) maka node tersebut dikatakan aktif sehingga setelah pasangan sensor node aktif, selanjutnya adalah penentuan rute untuk mengirim data ke cluster head sehingga dapat dihitung energi yang digunakan untuk mengirim dan menerima data dari sensor node dengan rumus yang terdapat pada persamaan 3.1 dam 3.2. Setiap sensor node mempunyai energi awal sama besar yaitu 10 Joule dan sensor node yang sudah aktif akan berkurang energinya untuk mengirim dan menerima data. Sensor node yang pertama kali aktif yaitu sensor node yang dibangkitkan secara acak, awalnya akan berkurang energi untuk mengirim data saja, sedangkan sensor node yang aktif karena bersebelahan dengan sensor node yang aktif secara acak pertama kali, awalnya energi akan berkurang untuk mengirim dan menerima data. Selanjutnya semua sensor node yang aktif akan berkurang energinya untuk menerima dan mengirim data ke cluster head yang menjadi kepala kelompoknya. Pengiriman dan penerimaan data antara sensor node menggunakan metode multi hop, yaitu sensor node akan mengirimkan data ke sensor node yang berdekatan, begitu seterusnya hingga data diterima oleh cluster head node. Waktu iterasi maksimal untuk skenario pertama adalah 10.000, sedangkan waktu iterasi maksimal skenario dua dan tiga adalah 20.000 karena dengan iterasi maksimal 10.000 belum terdapat sensor node yang kehabisan energi. Apabila belum mencapat iterasi maksimal namun sudah ada sensor node yang mati, maka simulasi akan berhenti.

42

3.6

Algoritma Perutean Transmisi Data Sensor node ke Cluster head node

Adapun rute untuk transmisi data antara sensor node ke cluster head terbagi menjadi dua yaitu lompatan (hop) secara datar dan lompatan (hop) secara diagonal. Jarak untuk lompatan datar sensor node adalah 1x103 sedangkan jika sensor node melakukan transmisi data dengan cara diagonal maka jarak yang ditempuh adalah sebesar 1,41x103. Diasumsikan bahwa: x

= koordinat cluster head pada sumbu x – koordinat node pada sumbu x

y

= koordinat cluster head pada sumbu y – koordinat node pada sumbu y

Berikut merupakan Gambar rute transmisi data dengan contoh satu cluster head.

x= -y 36

-x<(-y)

x=0

x< -y

-x = -y

c

b

-x>-y

x>-y a

d

CH

y=0 18

y=0

h

e

x>y

-x>y g

1 x=y

x
f

18 x=0

-x
36 -x=y

Gambar 3.8 Perutean sensor node Skenario pertama

X

43

-y

b

d

-x

8

c

=

x=

x=0

9 x>-y

-x>-y

-x<(-y)

x< -y

-y

Y

1

a

2

y=0

7

y=0

h x= y

x>y 6 5

x=0

e

g x
-x>y

=y -x

4

3

4

3

f 2

1 1

2

3

4

5

7

6 -x
8

X

9

Gambar 3.9 Perutean sensor node Skenario kedua Y

1

2 y=0

9 8

7

e 6 =y -x

x=0

x>y 5

4

-x>y

f

3 2

4 1 1

2

3

4

5 -x
6

7

8

Gambar 3.10 Perutean sensor node Skenario ketiga

9

X

44

Berdasarkan Gambar 3.8, Gambar 3.9, dan Gambar 3.10, transmisi data antara sensor node ke cluster head node terbagi menjadi 8 daerah, yaitu daerah a, daerah b, daerah c, daerah d, daerah e, daerah f, daerah g dan daerah h dengan penjelasan sebagai berikut. 

Apabila sensor node berada di daerah a, maka akan memiliki lompatan (hop) secara diagonal ke arah identitas sensor node (isn) sekarang dikurang 35 sebanyak y (isn-35), kemudian lompatan datar ke arah isn+1 sebanyak x-y.



Jika sensor node berada di daerah b, maka akan memiliki lompatan (hop) diagonal ke arah isn-35 sebanyak y, kemudian lompatan (hop) datar ke arah isn-36 sebanyak x-y.



Apabila sensor node berada di daerah c, sensor node mempunyai lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn-37 sebanyak y dan hop datar ke arah isn-36 sebanyak x-y.



Apabila sensor node berada di daerah d, sensor node akan memiliki lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn-37 sebanyak y dan lompatan (hop) datar ke arah isn-1 sebanyak x-y.



Apabila sensor node berada di daerah e, sensor node akan mengalami lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn+35 sebanyak y dan hop datar ke arah isn-1 sebanyak x-y.



Apabila sensor node berada di daerah f, sensor node mempunyai lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn+35 sebanyak y dan hop datar ke arah isn+36 sebanyak x-y.

45



Apabila sensor node berada di daerah g, sensor node mempunyai lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn+37 sebanyak y dan hop datar ke arah isn+36 sebanyak x-y.



Apabila sensor node berada di daerah h, sensor node mempunyai lompatan (hop) secara diagonal ke arah isn+37 sebanyak y dan hop datar ke arah isn+1 sebanyak x-y.

Selain keadaan yang sudah dijelaskan di atas, terdapat keadaan di mana sensor node hanya memiliki lompatan (hop) secara diagonal, yaitu jika keadaannya adalah x = -y maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) hanya diagonal sepanjang y ke arah isn-35, apabila keadaannya berada pada –x = -y, maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) diagonal ke arah isn-37 sebanyak y, jika berada pada –x = y, maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) diagonal sebanyak y ke arah isn+35, apabila sensor node berada pada daerah x = y, maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) diagonal ke arah isn+37 sebanyak y.

Adapun sensor node hanya akan memiliki lompatan (hop) secara datar apabila berada pada keadaan x = 0 dan y = 0. Jika keadaannya berada pada x = 0 dan y>x, maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) secara datar ke arah isn+36 sebanyak x-y, jika keadaannya berada pada x = 0 dan y<x, maka sensor node akan memiliki lompatan (hop) secara datar ke arah isn-36 sebanyak x-y. Apabila keadaan sensor node berada pada y = 0 dan x>y maka akan memiliki lompatan (hop) secara datar ke arah isn+1 sebanyak x-y. Terakhir, jika sensor node berada pada kondisi y = 0 dan x
46

Tabel 3.4 Rute lompatan (hop) sensor node ke cluster head node Simbol

Rute sensor node

a

Lompatan (Hop) diagonal isn-35 sebanyak y, datar isn+1 = x-y

b

Lompatan (Hop) diagonal isn-35 sebanyak y, datar isn-36 = x-y

c

Lompatan (Hop) diagonal isn-37 sebanyak y, datar isn-36 = x-y

d

Lompatan (Hop) diagonal isn-37 sebanyak y, datar isn-1 = x-y

e

Lompatan (Hop) diagonal isn+35 sebanyak y, datar isn-1 = x-y

f

Lompatan (Hop) diagonal isn+35 sebanyak y, datar isn+36 = x-y

g

Lompatan (Hop) diagonal isn+37 sebanyak y, datar isn+36 = x-y

h

Lompatan (Hop) diagonal isn+37 sebanyak y, datar isn+1 = x-y

x = -y

Lompatan (Hop) diagonal isn-35 sebanyak y

–x = -y

Lompatan (Hop) diagonal isn-37 sebanyak y

–x = y

Lompatan (Hop) diagonal isn+35 sebanyak y

x=y

Lompatan (Hop) diagonal isn+37 sebanyak y

x=0&y>x

Lompatan (Hop) datar isn+36 sebanyak x-y

x=0&y<x

Lompatan (Hop) datar isn-36 sebanyak x-y

y=0&x>y

Lompatan (Hop) datar isn+1 sebanyak x-y

y=0&x
Lompatan (Hop) datar isn-1 sebanyak x-y

Simulasi ini akan berhenti apabila energi dari salah satu sensor node sudah habis. Adapun hasil akhir dari simulasi pada tiap skenario ini adalah berupa grafik yang menunjukkan nilai distribusi konsumsi energi sensor node serta sisa energi masing-masing sensor node yang akan disajikan dan dibahas pada bab 4.

47

3.7

Kegiatan Kerja

Pengerjaan penelitian dari skripsi ini dibagi ke dalam beberapa tugas kecil (task) untuk memudahkan dalam mengukur capaian kerja skripsi ini. Tugas memiliki tujuan (goal) dan penjelasan (description) dengan luaran (output) yang diharapkan dari penelitian skripsi ini dideskripsikan pada Tabel 3.4 berikut.

Tabel 3.4 Kegiatan Kerja NO

Task, Goal, Description dan Output yang Diharapkan : Mempelajari masalah energi yang terdapat pada jaringan WSN Goal : Untuk mendapatkan solusi permasalahan energi pada WSN Description : Sensor node pada WSN umumnya bersifat static (diam). Metode pengiriman data dapat secara single hop di mana masing-masing sensor mengirim data secara langsung ke sink node. Namun dapat mengakibatkan node yang paling jauh dari sink node akan lebih cepat kehabisan energi. Metode lain yaitu transmisi secara multi hop di mana node saling bekerja sama mengirimkan data ke node terdekatnya begitu seterusnya sampai ke sink node. Namun node yang paling dekat dengan sink node lebih cepat kehabisan energi karena terlalu banyak menerima dan meneruskan data dari node lain, sehingga muncul metode transmisi secara clustering, di mana node-node membentuk kelompok-kelompok dan terdapat satu kepala kelompok yang disebut cluster head pada tiap kelompok, Cluster head berfungsi untuk mengumpulkan informasi dari node-node di dalam kelompoknya, kemudian setiap cluster head menyampaikan informasi ke sink node dapat secara single hop atau multi hop, namun dengan cara ini permasalahan akan kembali ke permasalahan klasik yaitu jika setiap cluster head mengirimkan data ke sink node secara single hop, cluster head yang paling jauh dari sink node akan lebih cepat kehabisan energi, dan jika cluster head mengirimkan data secara multi hop, maka cluster head yang paling dekat dengan sink node akan lebih cepat kehabisan energi. Akhirnya, muncul solusi yaitu node dapat bergerak (mobile). Output : Node yang dapat bergerak (mobile) diharapkan dapat mengatasi masalah energi yang ada pada WSN. Task

1.

48

Tabel 3.4 Kegiatan Kerja (lanjutan) NO

2.

3.

4.

5.

6.

Task, Goal, Description dan Output yang Diharapkan Task : Mempelajari pengertian lifetime yang ada pada WSN Goal : Untuk mendapatkan model lifetime node yang tepat dan digunakan dalam simulasi Description : Beberapa pengertian lifetime pada WSN yaitu daya yang tersedia dari total daya, sensor yang mati terhadap jumlah sensor, dan sink yang mati terhadap total sink node. Output : Pada skripsi ini mengambil pengertian lifetime yaitu salah satu sensor yang mati terhadap jumlah sensor. Task : Mempelajari macam-macam mobilitas pada WSN Goal : Untuk mengetahui jenis mobilitas WSN yang cocok digunakan dalam penelitian skripsi ini Description : Mobilitas pada WSN terbagi menjadi dua yaitu homogeneous models dan heterogeneous models. Perbedaan pada kedua model ini yaitu pergerakan dari node pada heterogeneous models bersifat individual (sendiri-sendiri) sedangkan pada homogeneous models pergerakan node nya dapat diatur. Output : Skripsi ini mengambil model mobilitas homogeneous yang dapat dikontrol Task : Membuat dan mengidentifikasi skenario pemodelan untuk mengetahui pengaruh mobile cluster head pada area penangkaran gajah Goal : Untuk dapat dimodelkan dan disimulasikan pada MATLAB Description : Skenario dibuat dengan asumsi area penangkaran gajah berbentuk bujur sangkar dan di dalamnya terdapat beberapa kelompok (cluster) dan pada tiap kelompok mempunyai 1 cluster head Output : Terdapat 3 skenario yang akan digunakan pada simulasi ini yang ditunjukkan pada Gambar 3.1, 3.2 dan 3.3 Task : Membuat diagram alir (flow chart) untuk pengerjaan skripsi dan program simulasi Goal : Agar pengerjaan skripsi dan pembuatan program simulasi lebih sistematis Description : Diagram alir dibuat berdasarkan langkah kerja yang akan dilakukan saat mengerjakan skripsi dan membuat program simulasi Output : Diagram alir terlihat pada Gambar 3.4 dan 3.5 Task : Mengatur parameter simulasi yang akan digunakan Goal : Parameter akan digunakan ketika menjalankan simulasi Descriptionl : Parameter yang diatur mengacu pada rumus energi yang terdapat pada Persamaan 3.1 dan 3.2 Output : Parameter simulasi ditunjukkan pada Tabel 3.2

49

Tabel 3.4 Kegiatan Kerja (lanjutan) NO

6.

8.

9.

10.

Task, Goal, Description dan Output yang Diharapkan Task : Mengetahui cakupan sensor node Goal : Untuk mengetahui cakupan jarak dari sensor node Description : Sensor node terdiri dari beberapa jenis dengan spesifikasi cakupan jarak yang berbeda-beda. Output : Berikut adalah beberapa contoh jenis sensor node beserta cakupannya: a. Tipe NRF24L01, range: 80 m b. Tipe CC1101, range: 1-2 km c. Tipe TRM-433-LT, range: 915 m d. Tipe CC2500, range: 70-75 m [11] Task : Membuat program simulasi dengan MATLAB Goal : Mendapatkan kode program yang benar untuk simulasi Description : Kode program yang dibuat untuk skenario yang akan dianalisa mengacu pada parameter simulasi yang terdapat pada Tabel 3.2 Output : Diperoleh kode program yang benar untuk mensimulasikan sistem Task : Uji coba simulasi Goal : Agar mendapatkan hasil simulasi Description : Simulasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh cluster head yang bergerak (mobile) pada aktifitas gajah di penangkaran dengan menggunakan kode program yang sudah dibuat Output : Hasil simulasi yang diinginkan Task : Menulis laporan skripsi Goal : Menganalisa hasil simulasi yang didapat agar mendapat kesimpulan Description : Ketika uji coba simulasi sudah selesai, yang dilakukan kemudian adalah menganalisa serta membahas hasil yang didapat dan menulisnya dalam bentuk laporan maka akan diperoleh kesimpulan dan saran untuk skripsi Output : Laporan skripsi

50

3.8

Diagram Alir Pengerjaan Skripsi

Dalam pengerjaan skripsi ini disertai dengan diagram alir (flow chart) untuk mempermudah dalam mengerjakan skripsi. Diagram alir pengerjaan skripsi tercantum pada gambar 3.11 di bawah ini. Start Start

Studi Pustaka dan Literatur Menyiapkan Menyiapkan Alat Alat dan dan Bahan Bahan

Desain Desain skenario skenario menentukan menentukan parameter parameter dan membuat dan membuat program program simulasi simulasi Uji Uji coba coba program program dan dan mengumpulkan data mengumpulkan data hasil hasil simulasi simulasi

No

Hasil Hasil sesuai sesuai dengan dengan yang yang diinginkan? diinginkan?

Yes Analisa Analisa data data dan dan pembahasan pembahasan End End

Gambar 3.11 Diagram Alir Pengerjaan Skripsi

51

3.9

Diagram Alir Program Simulasi Sistem

Diagram alir program simulasi dari sistem yang akan digunakan ditunjukkan pada gambar berikut ini. Start

Inisialisasi area, identitas node, koordinat node, cluster head dan sink, energi awal, energi Tx, energi Rx, t0 dan tsim Membangkitkan pasangan sensor node yang aktif secara acak

t0=t0+1 Tidak

Menentukan hop sensor node untuk mengirim dan menerima data Menghitung nilai energi disipasi Merekam data sensor node yang aktif dan disipasi energi tiap sensor node

t0 = tsim?

Ya

Tidak Energi awal = energi disipasi? Ya Menganalisa data

End

Menulis laporan

Gambar 3.12 Flow Chart Program Simulasi Sistem

76

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan Simpulan yang diperoleh setelah melakukan simulasi dan analisa pada pembahasan adalah sebagai berikut. 1. Skenario ketiga yaitu mobile cluster head di mana letak awal cluster head adalah di pojok kiri atas dari kelompoknya menghasilkan lifetime terpanjang yaitu bernilai 16186,3. 2. Berdasarkan 3 skenario yang sudah dilakukan, sensor node yang paling besar mengkonsumsi energi adalah sensor node yang letaknya berdekatan dengan posisi cluster head node. 3. Posisi cluster head yang bergerak (mobile) lebih baik dimulai dari pojok kiri atas dari kelompoknya berdasarkan hasil dari skenario 1 dan 2 karena memiliki lifetime yang lebih panjang. 4. Skenario ketiga merupakan skenario terbaik karena distribusi energinya paling merata dan memiliki lifetime terpanjang.

77

5.2 Saran Adapun saran dari penulis setelah menyelesaikan skripsi ini untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut. 1. Untuk penelitian selanjutnya disarankan mengubah parameter simulasi dan peletakkan cluster head untuk mendapatkan distribusi energi yang lebih merata, 2. Disarankan untuk menghitung QoS (Quality of Service) dari sistem yang di buat, 3. Melakukan simulasi untuk mengetahui pengaruh cluster head yang bergerak (mobile) dengan model mobilitas yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Soeharto, “Undang Undang No. 5 Tahun 1990 Tentang: Konservasi Sumberdaya Alam Hayati dan Ekosistemnya”, LN 1990/49, TLN No. 3419, Jakarta, 1990. [2] Erman, Aysegul Tuysuz.,“Multi-Sink Mobile Wireless Sensor Network”, Wohrmann Print Service, Zutphen, Netherlands, 2011. [3] Taleb, A.Anas., et al “A Survey of Sink Mobility Models for Wireless Sensor Networks”, Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences, Vol. 4, No. 9, hal. 679 - 683 , September 2013. [4] Kumari, Priti., M.O.Singh., and Prabhat Kumar., “Cluster Head Selection in Mobile WSNs: a Survey”, Proc. of the Intl. Conf. on Advances in Computing and Communication – ICACC 2013, hal 20 – 23, 2013. [5] Arshad, Muhammad., M.Y. Aalsalem., and Farhan A.Siddiqui., “Energy efficient cluster head selection in mobile WSNs”, Journal of Engineering Science and Technology Vol. 9, No. 6, hal. 728 - 737, 2014. [6] Soro, Stanislava and Wendi B.Heinzelman., “Prolonging the Lifetime of Wireless Sensor Networks via Unequal Clustering”, 19th IEEE Parallel and Distributed Processing Symposium, 4 – 8 April 2005. [7] Rezazadeh, Javad, Marjan M and Abdul S.I., “Mobile Wireless Sensor Networks Overview”, IJCCN International Journal of Computer Communications and Networks. Vol. 2, Issue 1, hal. 17 - 21, Februari 2012. [8] Darbi, Ahmad, Yusnita R, Linna O.S., “Analisa Efisiensi Energi Algoritma Routing Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) pada WSN menggunakan MATLAB”, Jurnal Fakultas Teknik Universitas Riau, Volume 1, No. 2, hal. 1 – 8, Oktober 2014.

79

[9] Elleithy, Abdelrahman dan Gonhsin Liu, “A Simulation Model for the Lifetime of Wireless Sensor Networks”, International Journal of Ad hoc, Sensor & Ubiquitous Computing (IJASUC), Vol.2, No.4, hal. 1 – 14, December 2011.

[10] Basuki, Achmad, “Fungsi Kepadatan Probabilitas”, Institut Teknologi Sepuluh November:Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, hal. 7 – 19, 2004.

[11] Prasadh, Ram Narayanan, Thazath Veedu Sarath, dan Vellora Veetil V, “Survey on Motes Used in Wireless Sensor Networks: Performance & Parametric Analysis”, Scientific Research Publishing Inc, hal. 58, April 2016.

[12] Guo, Jingxing, "Sink Mobility Schemes in Wireless Sensor Networks for Network Lifetime Extension," Electronic Theses and Dissertations, hal. 43, 2012.