Studi Perbandingan antara Dynamic Routing dan Greedy Routing Pada Pengiriman Data Jaringan Sensor Nirkabel Dani Priambodo 2207 100 538 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Email:
[email protected]
Abstrak Dengan berkembangnya jaringan sensor (Sensor Network) mempunyai potensi yang sangat besar dalam upaya untuk mengumpulkan informasi dari lingkungan. Jaringan sensor nirkabel bersifat ad-hoc, pengiriman data pada jaringan sensor nirkabel dapat dilakukan dengan bermacam teknik routing. Di saat ini berkembang berbagai macam teknik routing, dimana setiap macam teknik routing memiliki keuntungan dan kerugian masing – masing. Pemilihan teknik routing yang tepat akan berdampak pada kualitas pengiriman data dan unjuk kerja jaringan. Permasalahan yang timbul adalah bagaimana menjaga komunikasi antara node sensor supaya data dari informasi yang didapat dapat terjamin akurasinya. Gangguan yang sering muncul dikarenakan oleh kompleksitas jaringan dan lifetime daripada masing – masing node. Dengan pemilihan rute yang tepat maka informasi akan semakin cepat sampai kepada user untuk diolah, sehingga mengurangi kemungkinan kesalahan informasi.Pada tugas akhir ini akan disimulasikan perbandingan kinerja antara Dynamic Source Routing dengan Greedy Routing pada pengiriman data pada Wireless Sensor Network (WSN) dengan menggunakan NS-2. Dengan model node pada jaringan yang bervariasi jarak transmisinya, akan dianalisa kualitas pengiriman data dari source node ke destination node. Kualitas pengiriman data yang dianalisa dengan parameter sebagai berikut delay, delivery rate, hop count, throughput . I.
PENDAHULUAN
Secara umum jaring sensor nirkabel atau Wireless Sensor Network (WSN) terdiri dari dua komponen, yaitu node sensor dan sink. Node sensor merupakan komponen kesatuan dari jejaring yang dapat menghasilkan informasi, biasanya merupakan sebuah sensor atau juga dapat berupa sebuah aktuator yang menghasilkan feedback pada keseluruhan operasi. Secara umum sensor disebar dengan volume dan kerapatan yang tinggi. Sink merupakan kesatuan proses pengumpulan informasi dari node sensor sehingga dapat dilakukan pengolahan informasi lebih lanjut. Sink dapat berupa sebuah laptop/komputer dan sebuah PDA yang digunakan untuk berinteraksi dengan jaring sensor. Bahkan sink dapat berupa gateway ke jejaring yang lebih besar seperti internet sehingga interaksi dapat dilakukan melalui jarak yang sangat jauh dan tidak terkoneksi secara langsung dengan jaring sensor. WSN memiliki karakterisitik yang unik tetapi tidak harus terbatas dengan adanya karakteristik tersebut. Karakterisitik ini berupa keterbatasan daya dan keterbatasan masa pakai baterai, pengumpulan data yang berlebihan, duty-
Gambar 1 klasifikasi protocol routing pada jaringan Ad-hoc[1] cycle yang rendah, dan sebagainya. Dengan adanya karakteristik tersebut, perlu adanya metodologi yang mampu melampaui karakteristik-karakteristik pada WSN serta tidak membatasi pengiriman informasi, network, manajemen operasional, kerahasiaan, integritas, dan proses di dalam network.Teknologi wireless semakin memudahkan perkembangan kemampuan jaringan, internet, dan intranet bagi para pekerja mobile, lokasi-lokasi terpencil dan berbagai fasilitas temporer. Wireless networking semakin memperluas jangkauan dan kemampuan jaringan komputer. Teknologiteknologi baru menjadikan wireless networking sebagai suatu cara yang memungkinkan pelayanan akses berkecepatan tinggi dan handal bagi jaringan komputer dan Internet. Jaringan sensor nirkabel bersifat ad-hoc, pengiriman data pada jaringan sensor nirkabel dapat dilakukan dengan bermacam teknik routing. Di saat ini berkembang berbagai macam teknik routing, dimana setiap macam teknik routing memiliki keuntungan dan kerugian masing – masing. Pemilihan teknik routing yang tepat akan berdampak pada kualitas pengiriman data dan unjuk kerja jaringan. Klasifikasi protocol pada jaringan Ad-hoc dpt dilihat pada gambar 1. II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Protokol Dynamic Source Routing (DSR) Dynamic routing protocol (DSR) adalah sebuah ondemand routing protocol,dimana semua informasi routing dipertahankan (terus-menerus diperbarui) pada node mobile.DSR memungkinkan jaringan harus benar-benar mengatur diri sendiri dan mengkonfigurasi sendiri, tanpa kebutuhan infrastruktur jaringan yang ada atau administrasi. Protokol adalah terdiri dari dua mekanisme utama "Route Discovery" dan "Route Pemeliharaan", yang bekerja sama untuk memungkinkan node untuk menemukan dan
1
mempertahankan rute sewenang-wenang tujuan dalam jaringan ad hoc. Jalan yang optimal untuk komunikasi antara node sumber dan target node ditentukan oleh proses Route Discovery. Route Maintenance memastikan jalur komunikasi tetap optimal dan loop-bebas sesuai dengan perubahan jaringan kondisi, bahkan jika hal ini memerlukan mengubah rute selama transmisi. Route Repply hanya akan dihasilkan jika pesan telah mencapai tujuan yang diproyeksikan node (rute catatan yang pertama terdapat dalam Route Request akan dimasukkan ke dalam Route Reply).
2.
3.
Gambar 2 Request packet pada DSR[1]
untuk live (TTL) nilai yang menyatakan berapa banyak hop pesan ini harus diteruskan. Nilai ini diatur ke nilai standar pada transmisi pertama dan meningkat di retransmisi. Retransmisi terjadi jika tidak ada balasan yang diterima. Paket data yang menunggu untuk ditransmisikan (yaitu paket yang memprakarsai RREQ) RREP - rute pesan balasan kembali ke node sumber sebuah RREQ jika penerima baik, node menggunakan alamat yang diminta, atau ia memiliki rute yang valid ke alamat yang diminta. Alasan pesan dapat kembali, adalah bahwa setiap rute mengajukan RREQ kembali ke node sumber. RERR - Node memantau status link hop berikutnya pada rute aktif. Bila link kerusakan dalam rute aktif terdeteksi, sebuah pesan RERR digunakan untuk memberitahukan node lain dari hilangnya link. Untuk memungkinkan mekanisme pelaporan ini, masing-masing simpul-pendahulu menyimpan daftar yang berisi alamat IP untuk masing-masing node - node tetangganya yang kemungkinan akan menggunakannya sebagai hop berikutnya ke tujuan masing-masing.
Gambar 3 Jalur yang terbentuk oleh Route Reply[1] Sebuah node tujuan, setelah menerima paket RouteRequest pertama maka akan memberi balasan ke node sumber melalui jalur-balik yang telah dilewati paket RouteRequest. Tabel rute ini juga digunakan selama fase konstruksi rute. Jika node perantara menerima RouteRequest memiliki rute ke tujuan rute node dalam tabel rute, maka balasan ke node sumber dengan mengirimkan RouteReply dengan rute seluruh informasi dari node sumber ke node tujuan. B.
Protokol Greedy Routing Pada protocol routing ini, Setiap node bisa tahu lokasi sendiri pada sistem koordinat yang telah diberikan. pesan Menyimpan lokasi simpul tujuan juga. Arus simpul forwarding harus mendapatkan posisi dari satu hop tetangga dan kemudian memilih hop berikutnya tetangga yang lokasinya adalah yang terbaik terhadap lokasi node saat ini, lokasi tujuan akhir, dan lokal metrik diterapkan. Jika node saat ini yang terbaik, pesan akan diambil. Gereedy Routing mendefinisikan tiga jenis pesan kontrol untuk rute pemeliharaan : 1. RREQ - Sebuah pesan permintaan rute ditularkan oleh sebuah simpul yang membutuhkan rute ke sebuah simpul. Sebagai pengoptimalan Greedy menggunakan teknik cincin yang meluas ketika banjir pesan ini. Setiap RREQ membawa waktu
Gambar 4 Rute jalan bagi RREP jika node A ingin menemukan rute menuju node J[1] Menggambarkan sebuah pencarian rute Greedy. Node A ingin mengirim paket ke node J. Node A mengirimkan sebuah RREQ ke node tetangga, node tetangga yang menerima RREQ akan langsung membalas RREP. Jika node tetanga bukan node J, maka pengiriman RREQ akan diteruskan ke node tetangga sampai pada node J. C.
Network Simulator Network Simulator (NS) 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. Kelebihan NS adalah, pada NS terdapat tool validasi. Tool validasi ini digunakan untuk menguji validitas pemodelan yang ada pada NS. Secara default semua pemodelan NS akan melewati proses validasi ini. Jika kita ingin melakukan validasi pada pemodelan protocol yang ada pada library NS, kita dapat mengetikkan ./validate pada console saat berada pada direktori NS. Setelah pembuatan node, bagian ini ditutup dengan proses penempatan node (kecuali HOST) pada lokasi masing-
2
masing (koordinat x, y kartesian). Koordinat x dan y disusun secara random dengan script dari NS sehingga pada simulasi WSN ini hanya tinggal memasukkan koordinat hasil random. Berikut ini adalah listing potongan program pembuatan node dan penempatannya pada koordinat kartesian. set node_($i) [$ns node] $node_($i) random-motion 0 } $node_(8) set X_ 287.0 $node_(8) set Y_ 166.179822 $node_(8) set Z_ 0.0 $node_(8) label source III.
DESAIN DAN SIMULASI DYNAMIC SOURCE DAN GREEDY ROUTING PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL Dalam simulasi routing pada jaringan sensor nirkabel dilakukan beberapa tahapan yaitu dimulai dengan tahap persiapan yang membahas tentang segala sesuatu yang perlu dipersiapkan mulai dari persiapan perangkat lunak (software). Dilanjutkan dengan tahap perencanaan yang membahas tentang perencanaan konsep, disain, dan metodologi yang akan digunakan. Tahap berikutnya yaitu tahap konfigurasi, yaitu dilakukan proses instalasi sistem operasi dan pembuatan aplikasi node sensor.
Gambar 5 Metode Perencanaan Simulasi
3.2.1
Perencanaan Simulasi Pada perancangan simulasi WSN pada NS, urutan program atau simulasi yang dilakukan dapat digambarkan pada flowchart seperti pada Gambar 6 berikut :
3.1
Perencanaan Software Network Simulator (NS) 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. Kelebihan NS adalah, pada NS terdapat tool validasi. Tool validasi ini digunakan untuk menguji validitas pemodelan yang ada pada NS. Secara default semua pemodelan NS akan melewati proses validasi ini. Jika kita ingin melakukan validasi pada pemodelan protocol yang ada pada library NS, kita dapat mengetikkan ./validate pada console saat berada pada direktori NS. 3.2
Metodologi Simulasi dibedakan menjadi 2 macam yakni sistem yang menggunakan ad hoc routing dan sistem yang menggunakan static routing. Metode Perencanaan Simulasi dapat dilihat pada gambar 5. Gambar 6 Flowchart Simulasi
3
3.2.1.1 Pengaturan Environtment dan Jenis Komunikasi Simulasi terdiri atas 3 tahap (procedure) utama, yaitu prosedur pengaturan environment dan komunikasi wireless, prosedur konfigurasi dan pembuatan nodes, serta yang terakhir prosedur pengaturan traffic pada jaringan. Prosedur pengaturan environment dan komunikasi wireless digunakan untuk mendifinisikan jenis komunikasi, protocol routing, jenis propagasi, jumlah node, serta variabel umum lain seperti jenis output file hasil dari simulasi. Pada Gambar 7 diperlihatkan urutan program dalm bentuk diagram alir.
3.2.1.2 Konfigurasi dan Pembuatan Nodes Proses pengaturan / konfigurasi node pada simulasi ini dapat digambarkan jelas melalui gambar 8
Gambar 8 Diagram alir Konfigurasi dan Pembuatan Nodes
Gambar 7 Urutan Pengaturan Environment pada Simulasi Lingkungan (environment) yang digunakan pada simulasi nanti merupakan lingkungan komunikasi wireless. Pengaturan yang diperlukan tentu saja berkaitan dengan komunikasi wireless antara lain protocol routing, tipe propagasi, jenis hardware antenna, tipe MAC dan beberapa pengaturan tambahan antara lain : luas area topologi, jumlah node serta waktu simulasi. Beberapa konfigurasi dasar (environment) beserta penjelasan fungsinya dapat dilihat pada tabel 1 berikut : Tabel 1 Inisialisasi Environtment pada simulasi Wireless No. Konfigurasi Fungsi 1. Adhocrouting Definisi tipe routing 2. macType Definisi tipe MAC 3. ifqType Definisi interface queue 4. antType Definisi tipe antena 5. phyType Definisi jangkauan transmisi 6. Channel Definisi wireless channel 7. TopoInstance Definisi topografi 8. agentTrace Definisi model pengiriman packet
IV.
Analisa Pada simulasi WSN ini dilakukan 2 macam simulasi yang memiliki tujuan berbeda, antara lain : 1. Simulasi dengan keadaan node aktif semua. 2. Simulasi dengan keadaan ada beberapa node yang di non-aktifkan. Beberapa parameter kualitas jaringan yang akan di ukur pada simulasi ini adalah sebagai berikut : 1. Packet loss 2. Throughput 3. Delay dalam routing 4. Hop count Tabel 2 Skenario Simulasi pada NS-2 Parameter Value Number of nodes 49 Simulation Time 10 menit Environment Size 300 x 300 Transmission Range 30 m Traffic Size CBR ( Constant Bit Rate) Packet Size 512 bytes Simulator Ns – 2.29 Antenna Type Omnidirectional
4
4.1
Protokol Routing DSR Berikut ini merupakan hasil simulasi WSN yang dijalankan dengan menggunakan protokol routing DSR. Skenario simulasi yang digunakan adalah sama dengan yang telah dijelaskan terlebih dahulu diatas.
Hasil simulasi 2.a Simulasi dengan keadaan node aktif semua
Hasil simulasi 1.a Simulasi dengan keadaan node aktif semua
Gambar 11 Seluruh Node Menyala dan Node 0 mengirim data ke Node 48
Hasil simulasi 2.b Simulasi dengan ada beberapa node yang di non - aktifkan
Gambar 9 Seluruh Node Menyala dan Node 0 mengirim data ke Node 48 Hasil simulasi 1.b Simulasi dengan ada beberapa node yang di non - aktifkan
Gambar 12 Node 39 dan 17 mengalami kegagalan, Node lain berfungsi normal dan Node 0 mengirim data ke Node 48 4.3 Gambar 10 Node 39 dan 17 mengalami kegagalan, Node lain berfungsi normal dan Node 0 mengirim data ke Node 48
4.2
Protokol Routing Greedy Berikut ini merupakan hasil simulasi WSN yang dijalankan dengan menggunakan protokol routing DSR. Skenario simulasi yang digunakan adalah sama dengan yang telah dijelaskan terlebih dahulu diatas.
Pengukuran Kualitas Sistem Kualitas sistem yang akan diukur adalah banyaknya packet loss, end-to-end delay, dan besarnya throughput sistem. Keseluruhan hasil simulasi pada NS-2 tercatat pada file trace simulasi. File trace simulasi mencakup keseluruhan proses simulasi. Mulai dari proses pemilihan jalur, hingga proses pengiriman data dan banyaknya paket data yang gagal terkirim. File trace berisi ribuan baris. Semakin lama durasi simulasi, ukuran sebuah file trace dan jumlah baris akan semakin banyak. Untuk melakukan pengukuran kualitas sistem, digunakan bahasa pemrograman yang dinamakan GAWK. Program GAWK digunakan untuk melakukan proses pemilahan (parsing) pada file trace hasil simulasi NS-2.
5
Pada tabel 3 berisi tentang jumlah packet loss yang terjadi pada masing-masing hasil simulasi sesuai gambar 9 hingga gambar 12. Tabel 3. Jumlah Packet Loss yang Terjadi Pada Simulasi Hasil Jumlah Packet Jumlah Paket Simulasi Loss yang Terkirim 1.a 600 5572 1.b 1364 19031 2.a 1462 19974 2.b 1368 18828 Tabel 4 berisi tentang besarnya end-to-end delay dari setiap topologi hasil simulasi. Tabel 4 Besarnya End-to-end Delay Pada Masingmasing Simulasi Besarnya End-to-end Delay Hasil Simulasi (s) 1.a 0.05293339 1.b 0.03396162 2.a 0.01241141 2.b 0.01936426 Tabel 5 berisi tentang besarnya throughput yang didapat dari masing-masing simulasi. Dengan menggunakan rumus 2.1, maka besarnya throughput untuk masing-masing hasil simulasi adalah : Tabel 5 Nilai Throughput Pada Masing-masing Simulasi Hasil Simulasi Throughput (bps) 1.a 4754,583 1.b 1472,25 2.a 1542,67 2.b 1455 Tabel 6 berisi tentang jumlah hop yang didapat dari masing – masing simulasi. Tabel 6 Jumlah Hop Pada Masing-masing Simulasi Hasil Simulasi Hop 1.a 6 1.b 6 2.a 5 2.b 5
V.
Kesimpulan dan Saran Dari hasil simulasi dan analisa yang dilakukan, ada beberapa saran yang bisa diberikan guna memberikan masukan untuk penelitian selanjutnya, antara lain: 5.1 Kesimpulan Dari hasil analisis yang telah dilakukan, beberapa hal yang dapat disimpulkan adalah: 1. Routing protocol DSR dan Greedy dapat melewatkan paket informasi pada simulasi WSN
dengan baik, meski jumlah node yang digunakan cukup banyak. 2. Sistem mampu melakukan self organizing ketika salah satu node mengalami kegagalan sistem. 3. Jumlah hop akan mempengaruhi delay, delay akan semakin bertambah bila jumlah hop yang digunakan semakin bertambah. 4. Pada simulasi ini protokol Greedy menghsailkan waktu yang lebih minimal daripada DSR, dikarenakan pada DSR terlebih dahulu membangun informasi jaringan pada masing – masin node (entry tabel). 5.2 Saran Berikut merupakan beberapa saran yang dapat diberikan : 1. Untuk pengembangan kedepan, diharapkan pada simulasi WSN ini dapat dilakukan pada skala yang lebih besar dan adanya tambahan mobility node (mobile node) 2. Untuk pengembangan kedepan, diharapkan simulasi ini nantinya dapat di implementasikan pada WSN. 6.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Vivek Kumar, “Simulation And Comparison Of AODV And DSR Routing Protocols In Manets”, Computer Science And Engineering Department Thapar University, july 2009 [2] Hannes Frey and Kristen Pind, “Dynamic Source Routing versus Greedy Routing in a Testbed Sensor Network Deployment”, University of Paderborn. [3] Teerawat Issariyakul, Ekram Hossain, “Introduction to Network Simulator NS2”, Springer Science + Business Media, New York, USA, 2009. [4] http://www.isi.edu/nsnam/ns/doc/ns_doc.pdf diakses pada tanggal 22 Desember 2009. [5] Sohraby, Kazem., Minoli, Daniel., Znati, Taieb., 2007. Wireless Sensor Network: Technology, Protocol, and Applications. Wiley-Interscience [6] Rappaport, T.S., “Wireless Communications Principles and Practice”, Prentice Hall, hal 386, 2002 [7] http://www.wiley.com/go/wsn diakses pada tanggal 22 Desember 2009 RIWAYAT PENULIS Bernama Dani Priambodo yang dilahirkan di kota Surabaya, Jawa Timur pada tanggal 9 Januari 1986, merupakan anak kedua dari 2 bersaudara pasangan bapak Muntoro dan Sih Lumintu. pada tahun 2007, penulis diterima di jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Strata 1 malalui program lintas jalur mengambil bidang studi Telekomunikasi dan Multimedia
6
7
