UNIVERSITAS INDONESIA ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE 802.15.4

TESIS

NAMA: RUDIYANTO NPM: 1006734962

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK DEPOK JULI 2012

Analisa pengaruh..., Rudiyanto, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE 802.15.4

TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik

NAMA: RUDIYANTO NPM: 1006734962

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK KEKHUSUSAN JARINGAN INFORMASI DAN MULTIMEDIA DEPOK JULI 2012


ii


Universitas Indonesia

iii



UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah berperan dalam menyelesaikan Tesis ini. Terutama penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. Dr. Ir Riri Fitri Sari M.Sc, MM, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan tesis ini;

2. segenap staf pengajar Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan pada penulis; 3. segenap staf tata usaha dan karyawan Jurusan Teknik Elektro; 4. Ayahku yang tercinta, istri dan anak-anak ku Boma dan Adli, Bapak dan Ibu tersayang serta seluruh saudara dan keluargaku yang selalu memberikan dorongan serta bantuan baik material atau spiritualnya; dan 5. semua pihak yang telah membantu terselesaikannya tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Depok, 11 Juni 2012 Penulis

iv



v



ABSTRAK

Nama : Rudiyanto. Program Studi : Program Master Teknik Elektro. Judul : Analisa Pengaruh Nilai Superframe Order dan Beacon Order Terhadap Kinerja Jaringan Nirkabel Multihop pada Protokol IEEE 802.15.4. Nilai Superframe Order Dan Beacon Order pada protokol IEEE 802.15.4 untuk menentukan besarnya paket data yang bisa ditransmisikan dalam setiap Superframe dan juga lamanya masa tidak aktif dalam setiap Superframe. Jaringan multihop mempunyai ketersedian bandwith yang bagus sehingga digunakan pada penelitian ini. Penelitian ini menggunakan simulasi NS2 untuk menganalisis pengaruh nilai Beacon Order dan nilai Superframe Order terhadap kinerja jaringan nirkabel multihop yang memiliki topologi pohon pada protokol IEEE 802.15.4. Kinerja jaringan telah dievaluasi secara rinci pada throughput rata-rata, delay rata-rata, delivery ratio dan persentase dari energi rata-rata yang digunakan terhadap variasi nilai Beacon Order dan nilai Superframe Order. Nilai Beacon Order dan nilai Superframe Order optimum yang diperoleh dari eksperimen adalah 9. Kata kunci: IEEE 802.15.4, WPAN, Superframe Order, Beacon Order, NS2.

vi



ABSTRACT

Name : Rudiyanto. Study Program : Master Program Electrical Engineering. Title : Analysis of The Effect of Beacon Order and Superframe Order Value to The Performance of Multihop Wireless Networks on IEEE 802.15.4 Protocol Superframe order value and beacon order value on IEEE 802.15.4 protocol determine the number of data packets that can be transmitted in each Superframe and also the length of the inactive period in each Superframe. Multihop networks with good bandwidth availability are used in this study. This study uses NS2 simulation to analyze the influence of the Beacon Order value and Superframe Order value to the performance of multihop wireless networks with a tree topology base on IEEE 802.15.4 protocol. The performance of the network which have been evaluated in detail are the average throughput, average delay, delivery ratio and the percentage of the average energy used towards the variation of the Beacon Order value and Superframe Order value. The optimum number of Beacon Order and Superframe Order found from the experiment is 9. Key words: IEEE 802.15.4, WPAN, Superframe Order, Beacon Order, NS2

vii



DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ......................................................................................

i

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS......................................................

ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ iii UCAPAN TERIMA KASIH...........................................................................

iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI......................

v

ABSTRAK....................................................................................................... vi DAFTAR ISI …………………………………………………………...…… viii DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………...... xi DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiii DAFTAR SINGKATAN................................................................................. xiv DAFTAR LAMPIRAN................................................................................... 1.

xvi

PENDAHULUAN ……………………………………….. …................ 1 1.1 Latar Belakang ………………………………………...................... 1 1.2 Perumusan Masalah ………………………………........………….. 3 1.3 Batasan Masalah …………………………………….........……….. 3 1.4 Maksud dan Tujuan …………………………………........…..…....

4

1.5 Metode Penulisan ……………………..……...……….........….…... 4 1.6 Sistematika Penulisan …………………………….....…….............. 4 2.

TINJAUAN PUSTAKA ……………………..…………..………..….... 6 2.1 WBAN ……………………………….............................…………. 6 2.2 Antar Muka WBAN ……………………………….............………. 8 2.3 Teknologi Nirkabel……………………………….............……….... 10 2.4 Standar IEEE 802.15.4…………………………….............……….. 12 2.5 Standar IEEE 802.15.4a………………………….............……….... 14 2.6 Komponen dan Topologi………………………….............………... 14 2.7 Spesifikasi Lapisan Fisik………………………….............………... 15 2.8 Arsitektur IEEE 802.15.4………………………….............……….. 16 2.8.1 Layer Fisik PHY………………………….............………...... 17 2.8.2 Sub Lapisan MAC ……………. ……….......……………......... 18 2.9 Struktur Superframe ……………………...........……....................... 18 viii



2.9.1 Akses Saluran Struktur Superframe ……………......………... 20 2.9.1.1 Contention Access Period (CAP)………….....……..... 21 2.9.1.2 Contention-Free Period (CFP) ………….....……........ 22 2.10 Model Transfer Data………….....……........................................... 22 2.10.1 Transfer Data Ke Koordinator….....…………......………... 23 2.10.2 Transfer Data Dari Koordinator…………...…......……….. 24 2.11 Struktur Frame……………......…….........................................….. 26 2.11.1 Frame Beacon……………......………................................ 26 2.11.2 Frame Data……………......……….................................... 27 2.11.3 Frame Acknowledgment……………......………................. 28 2.11.4 Frame Perintah MAC……………......………..................... 29 2.11.5 Hubungan Antara BO dengan Delay Maksimum dan Daya. 29 3.

PERANCANGAN SISTEM DAN SIMULASI ……………................... 31 3.1 Motivasi…………………….............................................................. 31 3.2 Arsitektur NS2…………………….................................................... 32 3.3 Lingkungan Simulasi ……………………………….............……… 32 3.4 Skenario Kerja NS2……………………………….............………... 33 3.5 Hasil Penelitian Pada Topologi Bintang............................................ 34 3.6 Model Jaringan …………………………….............………............. 36 3.6.1 Konfigurasi Jaringan ……………………….............…….. 37 3.6.2 Topologi Jaringan ………………………….............……... 37 3.6.3 Trafik Jaringan ………………………….............……….... 39 3.6.4 Waktu Simulasi..................................................................... 39 3.6.5 Energi Awal.......................................................................... 40 3.6.6 Keluaran Simulasi Jaringan ……………….............……..... 41 3.7 Pengukuran Kinerja Jaringan …………………………..........……... 42 3.7.1 Throughput ………………………….............……….......... 42 3.7.2 Delay Jaringan Rata-Rata ………………….............……… 43 3.7.3 Delivery Ratio ………………………….............………..... 43 3.7.4 Pemakaian Energi …………………….............………........ 44 3.7.5 Analisa Drop untuk Protokol IEEE 802.15.4........................ 46 3.7.6 Proses Simulasi ………………………….............………... 48 ix



4.

HASIL PENGUKURAN SIMULASI DAN ANALISA .......................... 49 4.1 Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada BO = SO ............................. 49 4.1.1 Throughput Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO .........…….. 49 4.1.2 Delay Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO ..….............…….. 50 4.1.3 Paket Drop Jaringan Pada BO = SO..……….............…….. 51 4.1.4 Delivery Ratio Jaringan Pada BO = SO…….............…….... 52 4.1.5 Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada BO = SO.......................................................................................... 52 4.1.6 Analisa Paket Drop Jaringan Pada BO = SO........................ 53 4.1.6.1 LQI Drop Jaringan Pada BO = SO.........…........................... 54 4.1.6.2 END Drop Jaringan Pada BO = SO .........……..................... 54 4.1.6.3 DUP Drop Jaringan Pada BO = SO.........……...................... 55 4.1.6.4 BSY Drop Jaringan Pada BO = SO.........……...................... 56 4.1.6.5 NRTE Drop Jaringan Pada BO = SO .........……................... 57 4.1.6.6 Loop Drop Jaringan Pada BO = SO .........……..................... 57 4.1.6.7 CBK Drop Jaringan Pada BO = SO.........……...................... 58 4.1.6.8 IFQ Drop Jaringan Pada BO = SO.........……........................ 59 4.1.6.9 ARP Drop Jaringan Pada BO = SO.........……...................... 60 4.1.7 Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Secara Keseluruhan Pada BO = SO ………........................................................... 61 4.2 Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada SO = 9.................................. 61 4.2.1 Throughput Rata-Rata Jaringan Pada SO = 9..................….. 61 4.2.2 Delay Rata-Rata Jaringan Pada SO = 9..….............……....... 62 4.2.3 Paket Drop Jaringan Pada SO = 9..……….............……...... 63 4.2.4 Delivery Ratio Jaringan Pada SO = 9…….............……....... 64 4.2.5 Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada BO = SO.......................................................................................... 64 4.2.6 Analisa Paket Drop Jaringan Pada SO = 9............................ 65 4.2.6.1 LQI Drop Jaringan Pada SO = 9.........….............................. 65 4.2.6.2 END Drop Jaringan Pada SO = 9.........……......................... 66 4.2.6.3 DUP Drop Jaringan Pada SO = 9.........…….......................... 67 4.2.6.4 BSY Drop Jaringan Pada SO = 9.........…….......................... 68 x



4.2.6.5 NRTE Drop Jaringan Pada SO = 9.........……....................... 69 4.2.6.6 Loop Drop Jaringan Pada SO = 9.........……......................... 69 4.2.6.7 CBK Drop Jaringan Pada SO = 9.........……......................... 70 4.2.6.8 IFQ Drop Jaringan Pada SO = 9.........……........................... 71 4.2.6.9 ARP Drop Jaringan Pada SO = 9.........…….......................... 72 4.2.7 Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Secara Keseluruhan Pada SO = 9 ………............................................................... 72 5.

KESIMPULAN……………...................................................................... 73

6.

DAFTAR ACUAN ……………................................................................ 74

xi



DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. Aplikasi WBAN [3]...................................................................... 2 Gambar 2.1. Arsitektur Jaringan Sistem Pemantauan Kesehatan [6]................ 6 Gambar 2.2. Format Frame Data dari Standar IEEE 802.15.4 [6].................... 12 Gambar 2.3. Urutan Transmisi Frame IEEE 802.15.4 [6]. [6].......................... 13 Gambar 2.4. Topologi Bintang atau Topologi Peer-to-Peer [9]........................ 15 Gambar 2.5. Arsitektur Perangkat LR-WPAN [9]............................................ 17 Gambar 2.6. Struktur Superframe Tanpa GTS [9]............................................. 18 Gambar 2.7. Struktur Superframe dengan GTS [9]........................................... 19 Gambar 2.8. Contoh Struktur Superframe [9]................................................... 21 Gambar 2.9. Komunikasi Ke Koordinator Dalam PAN Beacon Enabled [9]... 23 Gambar 2.10. Komunikasi Ke Koordinator dalam PAN Nonbeacon Enabled [9].................................................................................. 24 Gambar 2.11. Komunikasi Dari Koordinator Dalam PAN Beacon Enabled [9].................................................................................. 25 Gambar 2.12. Komunikasi Dari Koordinator Dalam PAN Nonbeacon Enabled [9].................................................................................. 26 Gambar 2.13. Tampilan Skema Beacon Frame Dan Paket PHY [9]................. 27 Gambar 2.14.. Tampilan Skema Frame Data dan paket PHY [9]...................... 28 Gambar 2.15. Tampilan Skema Frame Acknowledgment dan paket PHY [9].. 28 Gambar 2.16. Tampilan Skema Frame Perintah MAC dan paket PHY [9]....... 29 Gambar 2.17. Grafik δ dan ξ Tergantung pada Nilai BO [4]............................. 30 Gambar 3.1. Arsitektur NS2 [10]....................................................................... 32 Gambar 3.2. Diagram Alir untuk Skenario yang Berjalan Di NS2 [10]............ 33 Gambar 3.3. Kinerja Throughput pada Rentang 0,1–3,0 pkts/sec [11].............. 34 Gambar 3.4. Analisis Delay pada Rentang Datarate 0,1–3,0 pkts/sec [11]...... 35 Gambar 3.5 Kinerja Delivery Ratio pada Rentang Datarate 0,1–3,0 pkts/sec [11]...................................................... 35 Gambar 3.6. Energi dengan Tingkat Keyakinan yang Lebih Baik pada Rentang Datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec [11]...................................... 36 Gambar 3.7. Skenario Jaringan Nirkabel Pohon................................................ 38 xii



Gambar 3.8. Constant Current Discharge [11]................................................. 41 Gambar 3.9. Tampilan Simulasi Aplikasi NAM............................................... 42 Gambar 3.10. Penghitungan Presentasi Energi Rata-Rata dalam Berkas avg_throughput.awk [13]........................................................... 45 Gambar 3.11. Proses Simulasi........................................................................... 48 Gambar 4.1. Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan........................................ 49 Gambar 4.2. Grafik Delay Rata-Rata Jaringan................................................. 50 Gambar 4.3. Grafik Paket Drop Jaringan....................................................... 51 Gambar 4.4. Grafik Delivery Ratio Jaringan................................................. 52 Gambar 4.4. Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan.................... 53 Gambar 4.5. Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi.............................................. 54 Gambar 4.6. Grafik END Drop Jaringan Simulasi............................................ 55 Gambar 4.7. Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi........................................... 56 Gambar 4.8. Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi............................................ 56 Gambar 4.9. Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi.......................................... 57 Gambar 4.10. Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi.......................................... 58 Gambar 4.11. Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi.......................................... 59 Gambar 4.12. Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi............................................ 60 Gambar 4.13. Grafik ARP Drop Jaringan Simulasi.......................................... 60 Gambar 4.14. Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan....................................... 62 Gambar 4.15. Grafik Delay Rata-Rata Jaringan................................................ 62 Gambar 4.16. Grafik Paket Drop Jaringan....................................................... 63 Gambar 4.17. Grafik Delivery Ratio Jaringan................................................. 64 Gambar 4.18. Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan.................. 65 Gambar 4.19. Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi............................................ 66 Gambar 4.20. Grafik END Drop Jaringan Simulasi.......................................... 67 Gambar 4.21. Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi.......................................... 68 Gambar 4.22. Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi........................................... 68 Gambar 4.23. Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi......................................... 69 Gambar 4.24. Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi.......................................... 70 Gambar 4.25. Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi.......................................... 71 Gambar 4.26. Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi............................................ 71 xiii



DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Perbandingan Standar Komunikasi Nirkabel [7].............................. 11 Tabel 3.1. Kondisi Operasi Ideal [11]................................................................ 34 Tabel 3.2 Kondisi Operasi IEEE 802.15.4 [11]....................................................... 39

xiv



DAFTAR SINGKATAN

BAN

: Body Area Networks

BI

: Beacon Interval

BO

: Beacon Order

CAP

: Contension Access Period

CBR

: Constant Bit Rate

CCA

: Clear Channel Assessment

CFP

: Contension Free Period

CID

: Cluster Identification

CSMA-CA

: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

ED

: Energy Detection

FFD

: Full Function Device

FTP

: File Transfer Protocol

GTS

: Guaranteed Time Slots

LQI

: Link Quality Indication

LR-WPAN

: Low Rate Wireless Personal Area Networks

MLME

: Mac Layer Management Entity

MPDU

: Mac Protocol Data Unit

MSDU

: MAC Serice Data Unit

NAM

: Network Animator

NS

: Network Simulator

PAN

: Personal Area Network

PIB

: PAN Information Base

PLME

: Physical Layer Management Entity

POS

: Personal Operating Space

PPDU

: PHY Protocol Data Unit

PSDU

: PHY Service Data Unit

RFD

: Reduced Function Device

SD

: Superframe Duration

SO

: Superframe Order

SPDU

: SSCS Protocol Data Unit xv



SSCS

: Service Specific Convergence Sublayer

TCP

: Transmission Control Protocol

UDP

: User Datagram Protocol

WBAN

: Wireless Body Area Networks

WPAN

: Wireless Personal Area Networks

xvi



BAB I PENDAHULUAN 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Jaringan nirkabel mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan jaringan kabel diantaranya adalah dalam hal biaya, ukuran dan kecerdasan yang terdistribusi. Jaringan nirkabel membuat pengguna dapat mengatur jaringan dengan cepat, pengguna juga dapat membuat jaringan yang tidak mungkin atau tidak nyaman bila menggunakan kabel. Jaringan nirkabel lebih hemat dari pada jaringan kabel karena memiliki sifat bebas perawatan dan mudah dalam penyebaran [1]. Protokol IEEE 802.15.4 merupakan standar khusus yang dirancang untuk jaringan area pribadi berkecepatan rendah yang ditujukan untuk kecepatan data rendah, konsumsi daya rendah, biaya jaringan nirkabel rendah dengan peralatan yang terkoneksi secara nirkabel. Dengan adanya protokol EEE 802.15.4 ini banyak aplikasi dan peralatan baru yang muncul seperti yang penggunaan sensor yang mengontrol lampu atau alarm, switch dinding yang dapat dipindahpindahkan, perangkat komputer nirkabel, pengendali untuk mainan interaktif, label dan lencana cerdas, monitor tekanan ban di mobil dan peralatan pelacak barang inventaris [1]. Pada awalnya Body Area Networks (BAN) atau Wireless Body Area Networks (WBAN) adalah jaringan sensor yang dipasang pada tubuh manusia secara nirkabel (wireless) dengan menggunakan protokol IEEE 802.15.4. Selanjutnya pada tahun 2007 dibentuk Task Group 6 untuk fokus pada standar nirkabel daya rendah dan jarak pendek yang akan dioptimalkan untuk perangkat yang beroperasi pada, dalam atau di sekitar tubuh manusia (namun tidak terbatas pada manusia). Sistem ini digunakan untuk melayani berbagai aplikasi termasuk medis, elektronik, dan hiburan pribadi, akan tetapi draft protokol ini baru di setujui oleh IEEE 802.15 Task Group 6 pada bulan Desember 2011. Aplikasi dari WBAN ini diperlihatkan pada Gambar 1.1. WBAN juga digunakan dalam dunia medis untuk memantau kesehatan pasien secara kontinyu dari jarak jauh dalam durasi waktu yang panjang. Untuk 1



2

itu hardware harus kompak dan ringan. Hal ini membatasi ukuran baterai. Sensorsensor pada WBAN digunakan untuk memonitor parameter fisiologis [2]: -

Aktivitas jantung dengan sensor Elektrokardiogram (EKG).

-

Kegiatan otot dengan sensor Elektromiografi (EMG).

-

Aktivitas listrik otak dengan sensor Electroencephalography (EEG).

-

Tekanan darah dengan sensor tekanan darah.

-

Respirasi dengan sensor napas.

-

Gerak dengan sensor gerak yang digunakan untuk memperkirakan kegiatan pasien.

Gambar 1.1. Aplikasi WBAN [3]. Penginderaan merupakan dasar WBAN. Untuk kualitasnya tergantung pada kemajuan industri pada pemrosesan sinyal, microelectromechanical system (MEMS) dan nanotechnology (NEMS). Sensor dibagi menjadi tiga kategori [2]: a. Bio-sensor: mengukur tekanan darah, gula darah sewaktu, suhu utama tubuh, oksigen darah, laju pernapasan, EKG, EEG, dan EMG.



3

b. Bio-sensor kinetik: mengukur percepatan dan kecepatan rotasi sudut yang berasal dari gerakan manusia. c. Sensor lingkungan: mengukur fenomena lingkungan seperti kelembaban, cahaya, tingkat tekanan suara, dan suhu.

1.2. Perumusan Masalah Mekanisme pengiriman paket data pada standar IEEE 802.15.4 bisa menggunakan Superframe (mode beacon enabled). Superframe merupakan periode waktu antara suatu beacon dengan beacon berikutnya. Beacon merupakan tanda yang dikirim sebuah node perangkat nirkabel ke node perangkat nirkabel lain yang berada di dalam jangkauan transmisi radionya. Sinyal beacon digunakan untuk menyingkronkan perangkat, mengidentifikasi PAN dan menggambarkan struktur Superframe. Superframe dibagi menjadi daerah aktif dan daerah pasif. Pada daerah pasif node tidak melakukan sesuatu. Pada daerah aktif node melakukan proses penyambungan dengan node lain dan transmisi data. Lebar daerah aktif ini tergantung pada nilai Superframe Order. Semakin besar nilai Superframe Order maka semakin lebar daerah aktif dan sebaliknya. Lebar Superframe ditentukan nilai Beacon Order. Semakin besar nilai Beacon Order semakin lebar Superframe dan sebaliknya. Sehingga nilai Superframe Order dan Beacon Order akan mempengaruhi kinerja jaringan [4]. Topologi jaringan bintang (star), pohon (tree) dan kisi (mesh) tentunya mempunyai karakteristik kinerja jaringan yang tidak sama. Penelitian ini hanya akan membahas jaringan dengan topologi pohon. Seberapa besar pengaruh

nilai Superframe Order dan Beacon Order

terhadap kinerja jaringan dengan topologi pohon akan diteliti pada penelitian ini.

1.3. Batasan Masalah Penelitian dapat dilakukan dengan pengukuran atau pengamatan pada peralatan atau sistem yang menggunakan standar IEEE 802.15.4 dan juga dapat menggunakan suatu perangkat lunak simulasi seperti simulator jaringan NS2, OMNeT++, Worldsens, TOSSIM, Cooja, OPNET, J-Sim, ShoX, TRMSim-WSN



4

dan WSNsim [5]. Penelitian ini hanya dilakukan dengan menggunakan simulator jaringan NS2.

Maksud dan Tujuan Mengacu pada permasalahan penelitian yang akan dilakukan, maka penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh nilai Superframe Order dan Beacon Order terhadap kinerja jaringan nirkabel multihop dengan topologi pohon (tree) pada protokol IEEE 802.15.4.

1.4. Metode Penulisan Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan beberapa metode sebagai berikut: 1

Memahami standar IEEE 802.15.4 dari buku standar IEEE 802.15.4, makalah-makalah, thesis-thesis dan sumber-sumber Internet yang ada.

2

Mempelajari simulator jaringan NS2 dan source code NS2 untuk jaringan dengan standar IEEE 802.15.4 yang diterbitkan universitas-universitas.

3 Melakukan modifikasi source code NS2 yang ada sehingga sesuai keperluan penelitian. 4 Membuat keluaran berupa grafik kinerja dan menganalisa grafik tersebut. 5 Membuat kesimpulan dari analisa yang telah dilakukan.

1.5. Sistematika Penulisan Supaya mudah dimengerti penelitian ini ditulis secara sistematis dan bertahap, yaitu: Bab I : Pendahuluan Menjelaskan secara umum protokol IEEE 802.15.4 dan aplikasinya Bab II : Tinjauan Pustaka Menjelaskan teori tentang WPAN dan standar IEEE 802.15.4 Bab III : Perancangan Sistem dan Simulasi. Merencanakan

skenario

jaringan

yang

akan

diteliti

dan

mengimplementasikan pada source code yang ada. Bab IV : Hasil Pengukuran Simulasi dan Analisa



5

Membuat grafik kinerja jaringan dari hasil pengukuran pada simulasi dan menganalisa hasil yang diperoleh. Bab V : Kesimpulan Kesimpulan, saran dan hal lain yang perlu disampaikan.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. WBAN Suatu jaringan area tubuh nirkabel atau Wireless Body Area Network (WBAN) digunakan untuk memantau kesehatan. WBAN diintegrasikan ke dalam sistem telemedicine multitier yang lebih luas [6], sistem tersebut diilustrasikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Arsitektur Jaringan Sistem Pemantauan Kesehatan [6]. Sistem telemedikal mencakup sebuah jaringan terdiri dari sistem pemantauan kesehatan individu yang terhubung melalui Internet ke tingkat server medis yang berada di puncak hirarki. Pada tingkat atas yang berpusat pada server medis semua layanan dioptimalkan untuk ratusan atau ribuan pengguna individu dan meliputi layanan interkoneksi jaringan yang kompleks, tenaga medis, dan profesional kesehatan. Setiap pengguna memakai sejumlah node sensor yang secara strategis ditempatkan di tubuhnya. Fungsi utama dari node-node sensor 6



7

tersebut adalah untuk mengambil sampel tanda-tanda vital dan mentransfer data yang relevan ke server pribadi melalui jaringan pribadi nirkabel yang diimplementasikan

menggunakan

IEEE

802.15.4.

Server

pribadi,

diimplementasikan pada sebuah Personal Digital Assistant (PDA), ponsel, atau komputer pribadi, penyetelan dan pengendalian WBAN menyediakan antarmuka grafis atau audio kepada pengguna, dan transfer informasi tentang status kesehatan ke server medis melalui Internet atau jaringan telepon seluler seperti GPRS atau 3G [6]. Server menyimpan catatan medis elektronik pengguna yang terdaftar dan menyediakan berbagai layanan kepada pengguna, tenaga medis, dan perawat informal. Tugas dari server medis adalah diantaranya untuk mengotentikasi pengguna, menerima upload data kesehatan pengguna yang dipantau, format dan masukkan data sesi tersebut ke catatan medis yang sesuai, menganalisa pola data, mengenali anomali kesehatan yang serius dalam rangka untuk menghubungi pemberi perawatan darurat, dan meneruskan instruksi baru kepada pengguna, seperti latihan yang telah diresepkan dokter. Dokter pasien dapat mengakses data dari/ke kantornya melalui Internet

dan memeriksa untuk memastikan pasien

dalam metrik kesehatan yang diharapkan (denyut jantung, tekanan darah, aktivitas), memastikan pasien merespon pengobatan yang diberikan atau pasien telah melakukan latihan yang diberikan. Suatu agen server dapat memeriksa data yang di upload dan membuat peringatan dalam kasus bila terjadi suatu kondisi medis yang mungkin membahayakan pasien. Besar data yang dikumpulkan melalui layanan ini juga dapat dimanfaatkan untuk pencarian pengetahuan melalui data mining. Integrasi data yang dikumpulkan ke dalam database penelitian, analisis kondisi kuantitatif dan pola bisa untuk membuktikan bagi para peneliti yang mencoba menghubungkan gejala dan diagnosa dengan perubahan historis dalam status kesehatan, data fisiologis, atau parameter lain (misalnya, jenis kelamin, usia, berat badan). Dalam cara yang sama infrastruktur ini secara signifikan dapat berkontribusi untuk pemantauan dan mempelajari efek terapi obat [6].



8

2.2. Antar Muka WBAN Tingkat (tier) kedua adalah server pribadi yang merupakan antarmuka node sensor WBAN, server pribadi ini menyediakan antarmuka pengguna yang berupa grafis dan berkomunikasi dengan layanan di tingkat atas. Server pribadi biasanya diimplementasikan pada PDA atau telepon seluler, tetapi sebagai alternatif dapat juga berjalan di komputer rumah. Hal ini terutama karena nyaman untuk pemantauan pasien usia lanjut di rumah. Server pribadi melakukan antarmuka node-node WBAN melalui suatu network coordinator (nc) yang menerapkan konektivitas ZigBee. Untuk berkomunikasi ke server medis, server pribadi menggunakan jaringan telepon selular (2G, GPRS, 3G) atau WLAN untuk mencapai jalur akses Internet [6]. Antarmuka untuk WBAN termasuk konfigurasi jaringan dan manajemen. Konfigurasi jaringan meliputi tugas-tugas berikut: pendaftaran node-node sensor (jenis dan jumlah sensor), inisialisasi (misalnya, frekuensi sampling yang ditentukan dan mode operasi), kustomisasi (misalnya, menjalankan kalibrasi pengguna tertentu atau prosedur pemrosesan sinyal upload untuk pengguna tertentu), dan setup dari komunikasi yang aman (pertukaran kunci). Setelah jaringan WBAN dikonfigurasi, server pribadi mengelola jaringan atau mengurus berbagi saluran, sinkronisasi waktu, pengambilan data, pengolahan, dan fusi data. Berdasarkan informasi dari sinergi beberapa sensor medis aplikasi server pribadi harus menentukan kondisi pengguna, status kesehatannya dan memberikan umpan balik melalui antarmuka pengguna berupa grafis intuitif yang user friendly atau audio [6]. Server pribadi menyimpan informasi otentikasi pasien dan dikonfigurasi dengan alamat IP server medis untuk antarmuka layanan medis. Jika saluran komunikasi ke server medis tersedia, server pribadi menetapkan komunikasi yang aman ke server medis dan mengirimkan laporan yang dapat diintegrasikan ke dalam catatan medis user. Jika hubungan antara server pribadi dan server medis tidak tersedia, server pribadi harus dapat menyimpan data secara lokal dan melakukan upload data ketika link tersedia. Pengaturan ini memungkinkan mobilitas penuh pengguna dengan aman dan upload informasi kesehatan yang mendekati real time [6].



9

Sebuah bagian penting dari sistem telemedical adalah tier 1 yang merupakan jaringan sensor area tubuh nirkabel. Bagian ini terdiri dari sejumlah node cerdas, masing-masing mampu dalam penginderaan, pengambilan sampel, pengolahan, dan mengkomunikasikan sinyal fisiologis. Sebagai contoh, sebuah sensor EKG dapat digunakan untuk kegiatan pemantauan jantung, sebuah sensor EMG untuk aktivitas pemantauan otot, sensor EEG untuk memantau aktivitas listrik otak, sensor tekanan darah untuk pemantauan tekanan darah, sensor kemiringan untuk posisi pemantauan tubuh, dan sensor pernapasan untuk memantau respirasi, sedangkan sensor gerak dapat digunakan untuk membedakan status pengguna dan memperkirakan dirinya atau tingkat aktivitasnya [6]. Setiap sensor node menerima perintah inisialisasi dan menanggapi pertanyaan dari server pribadi. Node-node WBAN harus memenuhi persyaratan berat minimal,

faktor bentuk

miniatur,

konsumsi daya

rendah

untuk

memungkinkan pemantauan dalam waktu yang lama dan di mana pun, integrasi ke WBAN, protokol- protokol antarmuka berbasis standar dan kalibrasi pasien tertentu, penyetelan dan kustomisasi. Node-node jaringan nirkabel dapat diimplementasikan sebagai peralatan kecil yang dimasukkan ke dalam pakaian. Node-node jaringan terus menerus mengumpulkan dan memproses informasi mentah, menyimpannya secara lokal, dan mengirim pemberitahuan kejadian yang telah diproses ke server pribadi. Jenis dan sifat dari aplikasi kesehatan akan menentukan frekuensi kejadian yang relevan (pengambilan sampel, pengolahan, penyimpanan, dan berkomunikasi). Idealnya node juga sensor-sensor secara berkala mengirimkan status dan kejadian mereka, sehingga secara signifikan mengurangi konsumsi daya dan memperpanjang masa pakai baterai. Ketika analisis data lokal tidak meyakinkan atau menunjukkan adanya situasi darurat, tingkat atas dalam hirarki dapat mengeluarkan permintaan untuk mentransfer sinyal mentah ke tingkat jaringan berikutnya [6]. Privasi pasien dilindungi oleh hukum, harus ditangani di semua tingkatan dalam sistem kesehatan. Transfer data antara server pribadi pengguna dan server medis memerlukan enkripsi pada semua informasi sensitif yang berkaitan dengan kesehatan pribadi. Sebelum integrasi yang mungkin dari data ke dalam database penelitian, semua catatan harus dibebaskan dari semua informasi yang dapat



10

menunjuk kepada pengguna tertentu. Pembatasan jangkauan komunikasi nirkabel merupakan sebagian dari keamanan dalam WBAN, tetapi pesan tetap perlu dienkripsi baik menggunakan perangkat lunak atau teknik perangkat keras. Beberapa platform sensor nirkabel sudah menyediakan solusi perangkat keras daya rendah untuk enkripsi komunikasi ZigBee [6].

2.3. Teknologi Nirkabel Untuk memenuhi biaya rendah pada implementasi pemancaran dan rendahnya redaman frekwensi radio karena induktansi tubuh, Body Sensor Network (BSN) medis harus menggunakan frekwensi di bawah 1 GHz, namun frekwensi di daerah ini padat, sebagai contoh pada range spectrum frekwensi 433 MHz digunakan oleh aplikasi yang sangat khusus seperti Medical Implant Communication Service (MICS) dan Wireless Medical Telemetry Systems (WMTS), sehingga untuk seluruh dunia lebih memungkinkan menggunakan pita ISM frekwensi 2,4 GHz sebagai spektrum frekwensi BSN yang paling tepat. BSN haruslah menggunakan teknologi nirkabel yang standar sehingga diperoleh interoperabilitas peralatan dan sistem, biaya bahan yang rendah dan menghindari ketergantungan produsen peralatan medis pada produsen pemancar RF [7]. Pita

Industrial

Scientific

Medical

(ISM)

frekwensi

2,4

GHz

mengakomodasi beberapa standar konektivitas secara bersamaan seperti IEEE 802.15.1 (2002) untuk Bluetooth, IEEE 802.11b / g (2003) untuk dasar WiFi dan IEEE 802.15.4 (2006) sebagai dasar ZigBee (2007). Standarisasi IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks (WLAN), yang mengacu pada sistem dengan cakupan dari 10 sampai 100 meter yang sering berinteraksi dengan infrastruktur kabel (LAN). Sebaliknya, standarisasi IEEE 802,15 WPAN mengacu pada sistem dengan cakupan kurang dari 10 meter untuk perangkat yang sangat mobile, seperti wireless I / O peripheral dengan sumber daya yang sangat terbatas [7]. Standarisasi IEEE 802.15 mengeluarkan tiga standar WPAN yaitu: a. IEEE 802.15.1 untuk WPAN tingkat menengah standar ini merupakan standar Bluetooth. b. IEEE P802.15.3 untuk standar WPAN tingkat tinggi.



11

c. IEEE 802.15.4 pada tahun 2006 untuk standar WPAN tingkat rendah, standar ini bertujuan untuk sensor atau aktuator jaringan, kemudian diubah pada tahun 2007 menjadi standar IEEE 802.15.4a. Implementasi WPAN yang ada sebagian besar didasarkan pada IEEE 802.15.1 atau IEEE 802.15.4 karena fitur konsumsi daya yang rendah, kompleksitas rendah, dan bentuknya yang kecil [7], perbandingan antara beberapa standar tersebut dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Perbandingan Standar Komunikasi Nirkabel [7].

ISM band Air interface

#Channels/schemes Data rate (aggregated) Range Network topology Network size

IEEE 802.11b WiFi

IEEE 802.15.1 Bluetooth

2.4 GHz

2.4 GHz

Directsequence spread spectrum (DSSS) 11 (US) 13 (EU) 11 Mbps (50 Mbps)

Frequencyhopping spread spectrum (FHSS)

100 m

10 m, 30 m, 100 m Star

Star, peer-to-peer

8

65,535

Star, peer-topeer 32

IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz

915 MHz 868 MHz (US) (EU) Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS)

10

16

10

1

1 Mbps (<10 Mbps)

250 kbps (<4,000 kbps)

Optionally 250 kbps (<2500 kbps) 10-30 m

Optionally 250 kbps (250 kbps)

Network join time

<3 s

<5 s

<<1 s

Real-time support

No

No

Guaranteed time slots

Medium

High

Simple

100 KB

256 KB

24 KB

Authentication, encryption

Authentication, encryption

Authentication, encryption, integrity, freshness

471 mW (MAXIM MAX2822)

83 mW (LINKMATIK 2.0)

60 mW (Texas Instruments CC2420)

Protocol complexity Stack size Security Typical power consumption

IEEE 802.15.4a (2007) mendefinisikan suatu layer fisik Ultra Wide Band (UWB) berbasis pulsa, meskipun mempunyai redaman frekwensi radio karena induktansi tubuh yang tinggi pada daerah operasinya yaitu 3 GHz hingga 10 GHz, IEEE 802.15.4a mempunyai kebutuhan daya komunikasi yang rendah disamping handal untuk multipath fading [7].



12

2.4. Standar IEEE 802.15.4 Standar IEEE 802.15.4 mendefinisikan layer fisik dan sub lapisan Medium Access Control (MAC). Untuk layer fisik, tiga pita frekuensi yang berbeda yang tersedia dalam

pita industri ilmiah medis atau Industrial Scientific Medical

(ISM)[6], yaitu: a. 1 kanal di pita 868 MHz dengan kecepatan data baku dari 40 kbps (digunakan di Eropa). b. 10 kanal di pita 915 MHz masing-masing kecepatan data baku 40 kbps (digunakan di Amerika Utara). c. 16 kanal di pita 2,4 GHz masing-masing dengan kecepatan data baku dari 250 kbps (digunakan di seluruh dunia). Jaringan IEEE 802.15.4 mendukung dua jenis topologi, topologi bintang dan topologi peer to peer. Empat struktur frame didefinisikan dalam standar IEEE 802.15.4, beacon , perintah MAC, acknowledgment dan frame data. Frame Data digunakan untuk semua transfer data [6], struktur frame data dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Format Frame Data dari Standar IEEE 802.15.4 [6]. Ada dua mode operasi dalam jaringan IEEE 802.15.4, beacon diaktifkan (slotted) dan beacon

tidak diaktifkan (unslotted). Dalam mode beacon

diaktifkan, komunikasi disinkronisasi dan dikendalikan oleh suatu koordinator jaringan, yang memancarkan beacon periodik untuk menentukan awal dan akhir suatu superframe. Superframe dapat terdiri dari periode aktif dan tidak aktif, bagian aktif dari superframe dibagi menjadi 16 slot berukuran sama dan terdiri dari 2 kelompok: Contention Access Period (CAP) dan optional Contention Free Period (CFP). Pada CAP slotted CSMA/CA digunakan sebagai mekanisme akses



13

kanal, di mana slot backoff sejalan dengan dimulainya transmisi sinyal. Pada CFP, slot waktu yang ditetapkan oleh koordinator, perangkat yang telah ditugaskan pada slot waktu tertentu dapat mengirimkan paket dalam periode ini. Semua komunikasi harus berlangsung selama bagian aktif. Di bagian tidak aktif, perangkat dapat dimatikan untuk menghemat energi [6]. Dalam mode beacon

tidak dihidupkan, tidak ada beacon

rutin

ditransmisikan. Unslotted CSMA/CA digunakan sebagai mekanisme akses kanal. Ketika perangkat jaringan ingin mengirimkan paket ke koordinator jaringan, menunggu nomor acak slot backoff, yang dipilih seragam antara 0 dan 2BE −1, di mana BE merupakan eksponen backoff. Standar minimum nilai (macMinBE) adalah 3. Diperiksa jika kanal tersebut idle. Jika idle perangkat jaringan mulai untuk mengirimkan paket data, jika tidak, BE bertambah 1, perangkat jaringan mundur lagi dengan nilai baru BE sebelum mencoba untuk mengakses kanal. Prosedur ini diulang sampai jumlah BE melebihi jumlah maksimum backoff eksponen (aMaxBE), yaitu 5. Demikian pula jumlah iterasi juga dibatasi oleh NB, yang merupakan singkatan dari jumlah maksimum backoffs sebelum menyatakan kegagalan akses kanal. Nilai default dari NB adalah 4 [6]. Urutan transmisi frame data ditunjukkan Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Urutan Transmisi Frame IEEE 802.15.4 [6]. TBO adalah waktu backoff total atau jumlah waktu keterlambatan akses kanal. Tpacket adalah transmisi waktu untuk paket data. TTA adalah waktu yang dibutuhkan untuk transmisi dari pemancaran ke penerima. TACK adalah waktu transmisi untuk sebuah frame ACK. TIFS adalah waktu dari Inter Space Frame (IFS). IFS mengikuti frame transmisi untuk mengijinkan lapisan MAC memiliki



14

cukup waktu untuk memproses data yang diterima dari layer fisik. IFS bisa SIFS atau LIFS, tergantung pada ukuran dari frame MAC [6].

2.5. Standar IEEE 802.15.4a Standar IEEE 802.15.4a merupakan amandemen standar IEEE 802.15.42006 yang menentukan layer fisik (PHYs) alternatif selain layer fisik yang telah ditetapkan dalam standar dasar. Layer fisik alternatif tersebut adalah sebagai berikut [8]: -

PHY Ultra Wide Band (UWB) pada frekuensi 3 GHz sampai 5 GHz, 6 GHz sampai 10 GHz, dan kurang dari 1 GHz

-

Chirp Spread Spectrum (CSS) PHY pada 2450 MHz PHY UWB mendukung kecepatan data mandatori di atas udara 851 kb/s

kecepatan data opsional 110 kb/s, 6.81 Mb/s, dan 27,24 Mb/s. PHY CSS mendukung kecepatan data mandatori di atas udara 1000 kb/s dengan kecepatan data opsional 250 kb/s. PHY yang dipilih tergantung pada peraturan lokal, aplikasi, dan preferensi pengguna.

2.6. Komponen dan Topologi Dua jenis perangkat yang dapat berpartisipasi dalam jaringan IEEE 802.15.4, yaitu berupa

Full-Function Device (FFD) dan Reduced-Function

Device (RFD). FFD dapat beroperasi dalam tiga mode pelayanan, yaitu sebagai koordinator Personal Area Network (PAN), koordinator, atau perangkat. Sebuah FFD dapat berkomunikasi dengan RFD atau FFD lain, tetapi RFD hanya dapat berkomunikasi dengan FFD. Sebuah RFD ditujukan untuk aplikasi yang sangat sederhana, seperti tombol lampu atau sensor inframerah pasif, mereka tidak memiliki kebutuhan untuk mengirim data dalam jumlah besar dan hanya dapat mengaitkan dengan FFD tunggal pada suatu waktu. Sehingga RFD dapat diimplementasikan menggunakan sumber daya dan kapasitas memori yang minimal [9]. Sebuah sistem dengan standar IEEE 802.15.4 terdiri dari beberapa komponen, yang paling dasar adalah perangkat. Perangkat mungkin merupakan sebuah RFD atau FFD. Dua atau lebih perangkat dalam Personal Operating Space



15

(POS) berkomunikasi pada saluran fisik yang sama merupakan sebuah WPAN. Dalam jaringan WPAN minimal setidaknya ada satu FFD, beroperasi sebagai koordinator PAN. Sebuah jaringan IEEE 802.15.4 adalah bagian dari keluarga standar WPAN meskipun cakupan jaringan dapat melampaui POS, yang biasanya mendefinisikan WPAN tersebut [9].

Gambar 2.4. Topologi Bintang atau Topologi Peer-to-Peer [9]. Sebuah wilayah cakupan yang jelas tidak ada untuk media nirkabel karena karakteristik propagasi yang dinamis dan tidak pasti. Perubahan kecil dalam posisi atau arah dapat menyebabkan perbedaan drastis pada kekuatan sinyal atau kualitas link komunikasi. Efek ini terjadi apakah perangkat stasioner atau mobile, sebagai benda bergerak dapat mempengaruhi propagasi stasiun ke stasiun [9]. IEEE 802.15.4 dapat beroperasi dalam dua topologi yang berbeda tergantung pada persyaratan aplikasi: topologi bintang atau topologi peer-to-peer. Keduanya ditunjukkan pada Gambar 2.4. Dalam topologi bintang komunikasi dibangun antara perangkat dan koordinator PAN, yang merupakan pengendali pusat. Topologi peer-to-peer juga memiliki koordinator PAN namun dalam topologi peer-to-peer ini masing-masing perangkat dapat berkomunikasi dengan perangkat lain selama mereka berada dalam jangkauan satu sama lain [9].

2.7. Spesifikasi Lapisan Fisik Lapisan PHY dari IEEE 802.15.4 bertanggung jawab untuk [9]: •

Pengaktifan dan penonaktifan radio pemancar dan penerima.



16

•

Energy detection (ED) dan pilihan saluran frekuensi.

•

Link Quality Indication (LQI). PHY bertanggung jawab untuk mengukur kekuatan / kualitas dari sebuah paket yang diterima. Penggunaan hasil LQI tergantung pada jaringan atau lapisan aplikasi.

•

Clear Channel Assessment (CCA) untuk Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA-CA).

•

Transmisi dan penerimaan data. Beberapa fungsi tergantung pada mode operasi yang digunakan. Standar

ini mendefinisikan empat mode PHY operasi [9]: •

Sebuah Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) 868/915 MHz PHY menggunakan modulasi Binary Phase-Shift Keying (BPSK).

•

Sebuah DSSS 868/915 MHz PHY menggunakan modulasi Offset Quadrature Phase-Shift Keying (O-QPSK).

•

Sebuah Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) 868/915 MHz PHY menggunakan modulasi BPSK dan Amplitude Shift Keying (ASK).

•

Sebuah DSSS 2450 MHz PHY menggunakan modulasi O-QPSK.

2.8. Arsitektur IEEE 802.15.4 Dalam arsitektur IEEE 802.15.4 sistem didefinisikan dalam sejumlah blok atau layer. Setiap layer bertanggung jawab untuk satu bagian dari standar dan menawarkan layanan untuk lapisan yang lebih tinggi. Tata letak layer didasarkan pada model tujuh lapisan interkoneksi sistem terbuka (OSI) [9]. Perangkat LR-WPAN terdiri PHY, yang berisi transceiver frekuensi radio RF bersama dengan mekanisme kontrol tingkat rendah, dan sublapisan MAC yang menyediakan akses ke saluran fisik untuk semua jenis transfer. Gambar 2.5 menunjukkan blok-blok dalam sebuah representasi grafis [9]. Lapisan atas (upper layers) serpeti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.5, terdiri dari lapisan jaringan yang menyediakan konfigurasi jaringan, manipulasi, routing pesan dan suatu lapisan aplikasi, yang menyediakan fungsi yang ditujukan perangkat. Definisi lapisan atas di luar lingkup standar IEEE 802.15.4. IEEE 802.2 tipe 1 Logical Link Control (LLC) dapat mengakses sublapisan MAC melalui Service-Specific Convergence Sublayer (SSCS). Arsitektur LR-WPAN



17

dapat diimplementasikan baik sebagai perangkat embedded atau sebagai perangkat yang memerlukan dukungan dari perangkat eksternal seperti PC [9].

Gambar 2.5. Arsitektur Perangkat LR-WPAN [9]

2.8.1. Layer Fisik PHY. PHY menyediakan dua layanan: layanan data PHY dan layanan manajemen PHY yang memberikan antar muka bagi Physical Layer Management Entity (PLME) Service Access Point (SAP) yang dikenal juga sebagai PLMESAP. Layanan data PHY memungkinkan transmisi dan penerimaan PHY Protocol Data Units (PPDUs) melintasi saluran fisik radio. Fitur dari PHY adalah aktivasi dan deaktivasi transceiver radio, ED, LQI, pilihan saluran, Clear Channel Assessment (CCA), dan mengirimkan serta menerima paket di seluruh media fisik. Radio beroperasi pada satu atau lebih unlicensed bands berikut [9]: -

868-868,6 MHz (Eropa)

-

902-928 MHz (Amerika Utara)

-

2400-2483,5 MHz (seluruh dunia)



18

2.8.2. Sub Lapisan MAC Sub lapisan MAC menyediakan dua layanan: layanan data MAC dan layanan manajemen MAC yang memberikan antarmuka bagi MAC Sublayer Management Entity (MLME) Service Access Point (SAP) yang dikenal sebagai MLME-SAP. Layanan data MAC memungkinkan transmisi dan penerimaan MAC Protocol Data Units (MPDUs) melintasi layanan data PHY. Fitur dari sub lapisan MAC adalah manajemen beacon , akses saluran, manajemen GTS, validasi frame, pengiriman acknowledged frame, asosiasi, dan pemisahan. Selain itu, sub lapisan MAC menyediakan kait untuk menerapkan aplikasi yang sesuai mekanisme keamanan [9].

2.9. Struktur Superframe

Gambar 2.6. Struktur Superframe Tanpa GTS [9] Standar IEEE 802.15.4 memberikan pilihan penggunaan sebuah struktur superframe. Format superframe ditentukan oleh koordinator. Superframe dibatasi oleh beacon jaringan yang dikirim oleh koordinator seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6a dan dibagi menjadi 16 slot berukuran sama. Secara opsional superframe dapat memiliki porsi yang aktif dan tidak aktif seperti yang



19

diperlihatkan pada Gambar 2.6b. Selama bagian tidak aktif, koordinator dapat memasukkan modus daya rendah. Bingkai beacon ditransmisikan dalam slot pertama dari masing-masing superframe. Jika suatu koordinator tidak ingin menggunakan struktur superframe, maka transmisi beacon Beacon

digunakan

untuk

menyinkronkan

perangkat

akan dimatikan. yang

terpasang,

mengidentifikasi PAN, dan untuk menggambarkan struktur superframe. Setiap perangkat yang ingin berkomunikasi selama Contention Access Period (CAP) antara dua beacon perangkat lain bersaing dengan menggunakan mekanisme penyelipan CSMA-CA dan semua transaksi selesai pada saat sinyal jaringan berikutnya [9]. Untuk aplikasi latency rendah atau aplikasi yang membutuhkan bandwidth data yang spesifik, koordinator PAN mungkin mendedikasikan bagian dari superframe aktif untuk aplikasi tersebut. Perlakuan tersebut disebut Guaranteed Time Slot (GTS). GTS membentuk Contention-Free Period (CFP) yang selalu muncul di akhir superframe aktif mulai dari batas slot yang langsung mengikuti CAP, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7. Koordinator PAN dapat mengalokasikan sampai dengan tujuh GTS dan GTS dapat menduduki lebih dari satu periode slot. Tetapi porsi CAP yang cukup tetap untuk akses contention berbasis perangkat jaringan lain atau perangkat baru yang ingin bergabung dengan jaringan. Semua transaksi berbasis contention selesai sebelum CFP dimulai. Setiap perangkat transmisi dalam GTS juga memastikan bahwa transaksi selesai sebelum waktu GTS berikutnya atau akhir CFP tersebut [9].

Gambar 2.7. Struktur Superframe dengan GTS [9].



20

2.9.1. Akses Saluran Struktur Superframe Suatu koordinator pada PAN secara opsional dapat terikat waktu salurannya dengan struktur superframe. Suatu superframe dibatasi oleh transmisi frame beacon dan dapat memiliki porsi yang aktif dan porsi yang tidak aktif. Koordinator dapat memasuki mode daya rendah (tidur) selama bagian tidak aktif. Struktur superframe ini digambarkan oleh nilai macBeaconOrder dan macSuperframeOrder. Medium Access Control PAN Information Base (MAC PIB) merupakan atribut macBeaconOrder yang menjelaskan interval kapan koordinator akan mengirimkan beacon frames nya. Pada protokol IEEE 802.15.4 ini durasi antara suatu beacon dengan beacon berikutnya disebut Beacon Interval atau BI. BI ditentukan oleh paramater macBeaconOrder atau BO. Nilai BO dan BI mempunyai hubungan sebagai berikut: untuk 0 ≤ BO ≤ 14, BI = aBaseSuperframeDuration * 2BO. Jika BO = 15, koordinator tidak akan mengirimkan beacon frame kecuali jika diminta untuk melakukannya seperti ketika diterima suatu perintah permintaan beacon . Nilai macSuperframeOrder akan diabaikan jika BO = 15 [9]. MAC PIB merupakan atribut macBeaconOrder yang menggambarkan panjang dari bagian aktif dari superframe, yang mencakup beacon frame. Nilai macSuperframeOrder atau SO dan Superframe Duration atau SD terkait sebagai berikut: untuk 0 ≤ SO ≤ BO ≤ 14, SD = aBaseSuperframeDuration * 2SO. Jika SO = 15, superframe tidak akan tetap aktif setelah beacon . Jika BO = 15, superframe tidak akan ada atau nilai macSuperframeOrder akan diabaikan dan macRxOnWhenIdle harus menetapkan apakah penerima diaktifkan selama masa transceiver tidak aktif [9]. Bagian aktif dari setiap superframe dibagi dalam aNumSuperframeSlots slot jarak yang sama dari durasi 2SO * aBaseSlotDuration dan terdiri dari tiga bagian: sebuah beacon , sebuah CAP dan sebuah CFP. Beacon harus dikirim tanpa menggunakan CSMA pada awal slot 0 dan CAP akan dimulai segera setelah beacon . Awal slot 0 didefinisikan sebagai titik di mana simbol pertama dari PPDU beacon ditransmisikan. CFP itu, jika ada mengikuti segera setelah CAP dan dan memanjang ke akhir dari bagian aktif dari superframe tersebut. Setiap GTS harus dialokasikan terletak di dalam CFP tersebut [9].



21

Sub lapisan MAC harus menjamin bahwa integritas waktu superframe dipertahankan, misalnya kompensasi untuk kesalahan karena penyimpang clock. PAN yang ingin menggunakan struktur superframe disebut sebagai PAN beacon enabled harus menetapkan macBeaconOrder untuk nilai antara 0 dan 14 atau pada kedua nilai dan macSuperframeOrder untuk nilai antara 0 dan nilai macBeaconOrder atau pada kedua nilai [9]. PAN yang tidak ingin menggunakan struktur superframe disebut sebagai PAN nonbeacon-enabled harus menetapkan keduanya, macBeaconOrder dan macSuperframeOrder menjadi 15. Dalam PAN nonbeacon-enabled suatu koordinator tidak akan mengirimkan beacon kecuali setelah menerima perintah permintaan beacon; semua transmisi dengan pengecualian acknowledgment frames dan frame data yang cepat mengikuti acknowledgment perintah permintaan data, akan menggunakan mekanisme CSMA-CA unslotted untuk mengakses saluran dan GTS tidak diperkenankan [9].

Gambar 2.8. Contoh Struktur Superframe [9]. Sebuah contoh dari struktur superframe ditunjukkan pada Gambar 2.8. Dalam superframe ini Beacon Interval atau BI dua kali Superframe Duration atau SD aktif, dan CFP yang mengandung dua GTS [9].

2.9.1.1. Contention Access Period (CAP) CAP akan dimulai segera setelah beacon dan lengkap sebelum awal CFP pada batas slot superframe. Jika CFP panjangnya sama dengan nol, CAP harus menyelesaikan pada akhir dari bagian aktif dari superframe tersebut. CAP harus



22

paling sedikit aMinCAPLength, kecuali ruang tambahan diperlukan untuk sementara mengakomodasi peningkatan panjang frame beacon diperlukan untuk melakukan memelihara GTS dan akan menyusut atau tumbuh secara dinamis untuk mengakomodasi ukuran CFP. Semua frame kecuali frame acknowledgment dan satu atau beberapa frame data yang cepat mengikuti acknowledgment perintah permintaan data, dikirimkan dalam CAP harus menggunakan mekanisme CSMACA slotted untuk mengakses saluran. Sebuah perangkat transmisi dalam CAP harus memastikan bahwa transaksinya selesai termasuk penerimaan beberapa acknowledgment satu periode IFS sebelum akhir CAP. Jika hal ini tidak mungkin, perangkat akan menunda transmisinya hingga CAP dari superframe berikutnya. Frame-frame perintah MAC harus selalu ditransmisikan dalam CAP [9].

2.9.1.2. Contention-Free Period (CFP) CFP akan dimulai pada batas slot segera setelah CAP dan itu akan selesai sebelum akhir dari bagian aktif dari superframe tersebut. Jika ada GTS telah dialokasikan oleh koordinator PAN, GTS tersebut akan terletak di dalam CFP dan menempati slot berdekatan. Karena itu CFP akan tumbuh atau menyusut tergantung pada panjang total semua gabungan GTS. Tidak adanya transmisi dalam CFP menyebabkan harus menggunakan mekanisme CSMA-CA untuk mengakses saluran. Sebuah perangkat transmisi di CFP harus memastikan bahwa transmisinya selesai satu periode IFS sebelum akhir GTS nya [9].

2.10.

Model Transfer Data Terdapat tiga jenis transaksi transfer data pada protokol IEEE 802.15.4

yaitu: 1. Transfer data dari perangkat ke koordinator. 2. Transfer data dari koordinator ke perangkat. 3. Transfer data antara dua perangkat yang sebaya (peer). Dalam topologi bintang hanya dua dari transaksi tersebut digunakan karena data dapat dipertukarkan hanya antara koordinator dan perangkat. Ketiga transaksi dapat digunakan pada topologi peer-to-peer [9].



23

Mekanisme untuk setiap jenis transfer tergantung pada apakah jaringan mendukung transmisi beacon . Sebuah PAN beacon enabled digunakan dalam jaringan yang baik memerlukan sinkronisasi atau dukungan untuk perangkat lowlatency, seperti peripheral PC. Jika jaringan tidak perlu sinkronisasi atau dukungan untuk perangkat lowlatency, dapat memilih untuk tidak menggunakan beacon untuk transfer normal. Namun, beacon tersebut masih diperlukan untuk penemuan jaringan [9].

2.10.1. Transfer Data ke Koordinator Pada mode PAN beacon enabled bila sebuah perangkat ingin mentransfer data ke koordinator maka langkah pertama perangkat ini mendengarkan beacon jaringan, bila beacon

ada selanjutnya perangkat mensinkronisasikan dengan

struktur superframe. Pada waktu yang tepat, perangkat mengirimkan frame data ke koordinator menggunakan slotted CSMA-CA. Koordinator dapat mengakui penerimaan data sukses dengan transmisi acknowledgment frame secara opsional [9]. Urutan ini digambarkan dalam Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Komunikasi ke Koordinator dalam PAN Beacon Enabled [9]



24

Gambar 2.10. Komunikasi ke Koordinator dalam PAN Nonbeacon Enabled [9] Pada mode PAN nonbeacon enabled bila sebuah perangkat ingin mentransfer data ke koordinator maka yang dikirim hanya frame data menggunakan unslotted CSMA-CA. Koordinator mengakui penerimaan data sukses dengan transmisi acknowledgment frame secara opsional [9]. Urutan ini digambarkan dalam Gambar 2.10.

2.10.2. Transfer Data Dari Koordinator Pada mode PAN beacon enabled bila koordinator akan mentransfer data ke perangkat, hal ini ditunjukkan dalam beacon jaringan bahwa ada pesan data tertunda. Perangkat secara berkala mendengarkan beacon jaringan dan bila ada pesan tertunda maka perangkat mengirimkan perintah MAC meminta data, menggunakan slotted CSMA-CA. Koordinator mengakui penerimaan permintaan data sukses dengan mengirimkan acknowledgment frame. Frame data tertunda kemudian dikirim menggunakan slotted CSMA-CA segera mungkin setelah acknowledgment

bila memungkinkan. Perangkat dapat mengakui penerimaan

data sukses dengan transmisi acknowledgment frame opsional. Pada langkah ini transaksi telah lengkap. Setelah berhasil menyelesaikan transaksi data, pesan akan dihapus dari daftar pesan yang tertunda dalam beacon [9]. Urutan langkahlangkah tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.11.



25

Gambar 2.11. Komunikasi dari Koordinator dalam PAN Beacon Enabled [9] Pada mode PAN nonbeacon enabled bila koordinator akan mentransfer data ke perangkat, koordinator akan menyimpan data untuk perangkat yang sesuai untuk membuat kontak dan meminta data. Perangkat dapat melakukan kontak dengan mengirimkan perintah MAC untuk meminta data ke koordinatornya pada tingkat aplikasi yang ditentukan, menggunakan unslotted CSMA-CA. Koordinator mengakui

penerimaan

permintaan

data

sukses

dengan

mengirimkan

acknowledgment frame. Jika frame data ditunda, koordinator mentransmisikan frame data ke perangkat menggunakan unslotted CSMA-CA. Jika frame data tidak tertunda, koordinator menunjukkan fakta ini baik dalam acknowledgment frame menyusul permintaan data atau dalam frame data dengan sebuah muatan zero-length. Jika diminta, perangkat mengakui penerimaan frame data sukses dengan mengirimkan acknowledgment frame [9]. Urutan tersebut diperlihatkan pada Gambar 2.12.



26

Gambar 2.12. Komunikasi dari Koordinator dalam PAN Nonbeacon Enabled [9]

2.11. Struktur Frame Struktur frame telah dirancang untuk menjaga kompleksitasnya minimum di sisi lain struktur tersebut cukup kuat untuk transmisi pada saluran yang trafiknya tinggi. Setiap lapisan protokol berturut-turut menambah struktur dengan lapisan khusus header dan footer. Standar IEEE 802.15.4 mendefinisikan empat struktur frame [9]: -

Sebuah frame beacon

yang digunakan oleh koordinator untuk

mengirimkan beacon . -

Sebuah frame data yang digunakan untuk semua transfer data.

-

Sebuah

frame

acknowledgment

yang

digunakan

untuk

mengkonfirmasikan bahwa penerimaan frame sukses. -

Sebuah frame perintah MAC yang digunakan untuk menangani semua transfer MAC kontrol entitas peer.

2.11.1. Frame Beacon Struktur frame beacon berasal dari dalam sub lapisan MAC seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.13. Beacon dikirimkan oleh koordinator dalam jaringan PAN mode beacon enabled. Muatan MAC berisi spesifikasi superframe, field GTS, field alamat tertunda, dan muatan beacon. Muatan MAC diawali dengan MAC Header (MHR) dan diakhiri dengan MAC Footer (MFR). MHR ini berisi frame MAC field kontrol, Beacon Sequence Number (BSN), field pengalamatan dan secara opsional header keamanan tambahan. MFR berisi 16-bit



27

Frame Check Sequence (FCS). MHR, muatan MAC, dan MFR bersama-sama membentuk frame beacon MAC yang merupakan MAC Protocol Data Unit (MPDU) [9].

Gambar 2.13. Tampilan Skema Beacon Frame dan Paket PHY [9] Frame beacon

MAC dilewatkan ke PHY sebagai PHY Service Data Unit

(PSDU) yang merupakan muatan PHY. Muatan PHY tersebut diawali dengan sebuah Synchronization Header (SHR) yang berisi field Preamble Sequence dan field Start-of-Frame Delimiter (SFD) dan sebuah PHY Header (PHR) yang berisi panjang dari muatan PHY dalam oktet. Muatan SHR, PHR, dan PHY bersamasama membentuk paket PHY yang merupakan PHY Protocol Data Unit (PPDU)[9].

2.11.2. Frame Data Muatan data dilewatkan ke sublayer MAC dan disebut sebagai MAC Service Data Unit (MSDU). Muatan MAC diawali dengan sebuah MHR dan diakhiri dengan sebuah MFR. MHR ini berisi field kontrol Frame, Data Sequence Number (DSN), field pengalamatan, dan secara opsional header keamanan tambahan. MFR ini terdiri dari 16-bit Frame Check Sequence (FCS). MHR, muatan MAC, dan MFR bersama-sama membentuk MAC frame data yang merupakan MPDU [9]. MPDU akan diteruskan ke PHY sebagai PSDU, yang menjadi muatan PHY seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.14. Muatan PHY tersebut diawali dengan SHR, yang berisi urutan pembukaan dan field SFD dan PHR berisi



28

panjang dari muatan PHY dalam oktet. Urutan pembukaan dan data SFD mengaktifkan penerima untuk mencapai sinkronisasi simbol. Muatan SHR, PHR, dan PHY bersama-sama membentuk paket PHY yang merupakan PPDU [9].

Gambar 2.14.. Tampilan Skema Frame Data dan paket PHY [9]

2.11.3. Frame Acknowledgment

Gambar 2.15. Tampilan Skema Frame Acknowledgment dan paket PHY [9] Struktur frame acknowledgment berasal dari dalam sublayer MAC. Frame acknowledgment MAC ini dibangun dari sebuah MHR dan MFR dan tidak memiliki muatan MAC seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.15. MHR ini berisi filed Kontrol Frame MAC dan DSN. MFR ini terdiri dari 16-bit FCS. MHR dan MFR bersama-sama membentuk frame acknowledgment MAC yang merupakan MPDU [9]. MPDU akan diteruskan ke PHY sebagai PSDU yang merupakan muatan PHY. Muatan PHY diawali dengan SHR, yang berisi urutan pembukaan dan field SFD, dan PHR berisi panjang dari muatan PHY dalam oktet. Muatan SHR, PHR, dan PHY bersama-sama membentuk paket PHY yang merupakan PPDU [9].



29

2.11.4. Frame Perintah MAC Struktur frame perintah MAC berasal dari dalam sublayer MAC seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2.16. Muatan MAC berisi field jenis perintah dan muatan perintah. Muatan MAC diawali dengan sebuah MHR dan diakhiri dengan sebuah MFR. MHR ini berisi field kontrol frame MAC, DSN, field pengalamatan, dan secara opsional header keamanan tambahan. MFR ini berisi FCS 16 bit. MHR, muatan MAC, dan MFR bersama-sama membentuk frame perintah MAC yang merupakan MPDU [9]. MPDU tersebut kemudian diteruskan ke PHY sebagai PSDU yang merupakan muatan PHY. Muatan PHY diawali dengan SHR, yang berisi urutan pembukaan dan field SFD, dan PHR yang berisi panjang dari muatan PHY dalam oktet. Urutan pembukaan mengaktifkan penerima untuk mencapai sinkronisasi simbol. Muatan SHR, PHR, dan PHY bersama-sama membentuk paket PHY yang merupakan PPDU [9].

Gambar 2.16. Tampilan Skema Frame Perintah MAC dan paket PHY [9]

2.11.5. Hubungan Antara BO dengan Delay Maksimum dan Daya Nilai BO berhubungan dengan delay maksimum dan laju kedatangan paket dari sensor seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut [4]:

(2.1)

Dimana: δ = delay maksimum. BI = Beacon Interval. λ = Laju kedatangan paket dari sensor.



30

Rasio konsumsi daya rata-rata untuk konsumsi daya dalam mode menerima ditunjukkan pada parameter [4]:

(2.2)

Dimana: Pavg = Konsumsi daya rata-rata. Prx = Konsumsi daya dengan mode menerima permanen.

Gambar 2.17. Grafik δ dan ξ Tergantung pada Nilai BO [4]. Pada penelitian [4] diperoleh grafik Gambar 2.17 yang memperlihatkan tiga garis putus-putus yang menunjukkan δ tergantung pada BO. Meningkatkan nilai Beacon Order menghasilkan penghematan energi untuk koordinator, hal ini wajar karena berkurangnya beacon yang perlu dikirim dan lebih lama jangka waktu antara fase aktif yang berarti menyebabkan lebih sedikit konsumsi energi tetapi delay menjadi besar, sehingga konsumsi energi dan delay berbanding terbalik.



BAB III PERANCANGAN SISTEM DAN SIMULASI

3.1. Motivasi Dalam penelitian jaringan komputer baik jaringan kabel (wired) maupun jaringan nirkabel (wireless) dapat dilakukan dengan perangkat lunak simulasi. Ada beberapa keuntungan dan kerugian bila menggunakan perangkat lunak simulasi. Keuntungan penggunaan perangkat lunak simulasi diantaranya adalah beresiko rendah, murah, pada saat perancangan dapat menemukan kelemahan di awal, lebih analitik dan dapat dengan mudah dilakukan untuk sistem yang detil. Kerugian penggunaan perangkat lunak simulasi diantaranya adalah tidak mewakili kondisi nyata, untuk sistem yang berskala besar dibutuhkan sumberdaya yang besar, kemungkinan proses yang lambat karena kemampuan komputasi yang tidak sesuai, sulitnya menentukan tingkat kompeksitas model yang tepat. Ada beberapa perangkat lunak simulasi jaringan yang biasa digunakan dalam penelitian, misalnya: NS2, OMNeT++, Worldsens, TOSSIM, Cooja, OPNET,

J-Sim, ShoX, TRMSim-WSN dan WSNsim [5]. Masing-masing

perangkat lunak tersebut tentunya mempunyai kelebihan dan kekurangan yang harus menjadi pertimbangan dalam penelitian yang dilakukan. Model jaringan nirkabel yang di teliti dalam tesis ini merupakan model yang sederhana, berskala kecil dan tidak komplek sehingga kerugian penggunaan perangkat lunak simulasi dapat dianggap tidak ada dan hampir semua keuntungan pada penggunaan perangkat lunak ini diperoleh. Pada penelitian ini digunakan metode simulasi dengan menggunakan perangkat lunak simulasi NS2. Beberapa acuan yang digunakan pada penelitian pendekatannya juga menggunakan simulasi NS2 meski versinya berbeda. Meskipun begitu diperlukan beberapa modifikasi source code supaya dapat berjalan dengan versi perangkat lunak simulasi yang digunakan pada penelitian ini, dan juga untuk dimodifikasi agar sesuai dengan kebutuhan penelitian ini.

31



32

3.2. Arsitektur NS2 NS2 ditulis dalam bahasa pemrograman C++ dengan Object Tool Common Language (OTCL) sebagai front-end interpreter. Hirarki

sebuah kelas yang

didukung dalam C++ berupa hirarki yang terkompilasi dan hirarki interpreter untuk OTCL. Ada obyek yang benar-benar diimplementasikan dalam C++ atau OTCL tetapi ada juga yang dapat diimplementasikan dalam kedua bahasa. Untuk obyek yang diimplementasikan dalam kedua bahasa, ada hubungan yang sesuai antara kedua hirarki [10]. Arsitektur NS2 ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Arsitektur NS2 [10].

3.3. Lingkungan Simulasi Pada tesis ini digunakan perangkat lunak NS2.34 All In One dalam Sistem Operasi Linux Ubuntu 10.10 sebagai sarana penelitian. Pada dasarnya, skenario diimplementasikan dengan script yang ditulis dalam TCL yang terdiri dari perintah dan parameter untuk inisialisasi, pembuatan node dan konfigurasi simulator. Ada tiga input ke simulator yaitu berkas pola gerakan; berkas pola komunikasi dan berkas konfigurasi. Berkas pola gerakan menggambarkan semua gerakan node, sedangkan berkas pola komunikasi menggambarkan beban kerja paket disajikan pada lapisan jaringan selama simulasi. Kedua berkas pada dasarnya merupakan gambaran dari skenario simulasi [10].



33

3.4. Skenario Kerja NS2. Hasil dari simulasi berupa dua berkas yang terpisah yaitu sebuah berkas jejak keluaran (*.tr) dan berkas jejak NAM (*.nam). Berkas jejak (trace file) akan berisi informasi tentang berbagai peristiwa yang telah terjadi, rincian perilaku node, transmisi dan penerimaan paket, lapisan komunikasi, packet drop dan lainlainya. Analisis dari paket ini dapat menentukan efek kinerja dari variasi parameter, protokol routing dan dilakukan dengan menggunakan perintah awk, script perl atau program analisis yang tersedia. Berkas NAM berisi informasi tentang topologi seperti jejak gerakan node dan peristiwa [10]. Prosedur untuk menjalankan skenario ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Diagram Alir untuk Skenario yang Berjalan Di NS2 [10].



34

3.5. Hasil Penelitian Pada Topologi Bintang Sebelum penelitian ini sudah pernah ada penelitian pada protokol IEEE 802.15.4 untuk topologi bintang [11]. Penelitian tersebut melibatkan 15 node dengan nilai Beacon Order dan Superframe Order yang tetap, untuk BO = 3 dan SO = 3 dengan frekuensi operasi 868 MHz. Dari penelitian pada topologi bintang tersebut diperoleh hasil untuk kondisi operasi ideal pada Tabel 3.1, hasil untuk kinerja throughput pada rentang datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec seperti yang diperlihatkan pada grafik Gambar 3.3, hasil untuk analisis delay pada rentang datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec pada grafik Gambar 3.4, hasil untuk kinerja delivery ratio pada rentang datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec pada grafik Gambar 3.5 dan hasil untuk penggunaan energi dengan tingkat keyakinan yang lebih baik pada rentang datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec pada grafik Gambar 3.6. Tabel 3.1. Kondisi Operasi Ideal [11].

Gambar 3.3. Kinerja Throughput pada Rentang 0,1–3,0 pkts/sec [11].



35

Gambar 3.4. Analisis Delay pada Rentang Datarate 0,1–3,0 pkts/sec [11].

Gambar 3.5 Kinerja Delivery Ratio pada Rentang Datarate 0,1–3,0 pkts/sec [11].

Dari tabel dan keempat grafik hasil penelitian tersebut dapat dilihat bahwa untuk rentang operasi 10 meter Carrier Sense Threshold dan Carrier Sense Threshold cukup ideal menggunakan -97dBm dan datarate 1,2 pkts/sec.



36

Gambar 3.6. Energi dengan Tingkat Keyakinan yang Lebih Baik pada Rentang Datarate 0,1 – 3,0 pkts/sec [11].

3.6. Model Jaringan Model jaringan yang diteliti dalam tesis ini merupakan jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 802.15.4. Model jaringan tersebut berasal dari simulasi yang menggunakan perangkat lunak NS2.28 All In One yang digunakan oleh Vaddina Prakash Rao pada thesisnya yang berjudul “The simulative Investigation of Zigbee/IEEE 802.15.4” [11] yang dimodifikasi pada penelitian ini sehingga sesuai dengan tujuan penelitian. Modifikasi source code menggunakan perangkat lunak gedit. Pada penelitian ini digunakan perangkat lunak simulasi NS2.34 All In One, hal ini semata-mata karena mudah mendapatkannya di Internet [12]. Supaya source code yang ada dapat berjalan pada perangkat lunak simulasi NS2.34 maka dilakukan beberapa perubahan pada berkas-berkas source code [13] diantaranya adalah scen_gen.cc dan autosim.cc, serta parameters.txt dan wpan868.tcl. Untuk mencapai tujuan penelitian ini maka dibuat model simulasi jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 802.15.4 yang mempunyai topologi pohon, sehingga perlu dilakukan modifikasi berkas-berkas source code yang sudah berjalan di NS2.34 diantaranya adalah parameters.txt; wpan.scn; wpan868.tcl dan avg_throughput.awk.



37

3.6.1. Konfigurasi Jaringan Konfigurasi model jaringan yang digunakan pada simulasi jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 802.15.4 terdapat pada berkas wpan868.tcl, konfigurasi tersebut adalah sebagai berikut: Jenis kanal

: WirelessChannel atau kanal nirkabel.

Model radio propagasi

: TwoRayGround.

Antarmuka jaringan

: WirelessPhy/802_15_4.

Kontrol akses media

: Mac/802_15_4.

Jenis antarmuka antrian

: DropTail.

Jenis layer penghubung

: LL.

Model Antena

: OmniAntenna.

Paket maksimum dalam IFQ : 150 paket. Protokol routing

: AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector).

Luas area jaringan

: 50 x 50 meter.

Jumlah node

: 11 node.

Transmitter power

: 0,0000398 W atau -14 dBm.

Carrier Sense Threshold

: 1,995e-13 W atau -97dBm.

Receive Threshold

: 1,995e-13 W atau -97dBm.

Capture Threshold

: 10 dB.

Frekuensi operasi

: 8,68e+08 Hz atau 868 MHz.

Path loss

: 1,0.

Transmit Power

: 0,0744 W.

Receive Power

: 0,0648 W.

Superframe Order (SO)

: 1-14.

Beacon Order (BO)

: 1-14.

Energi Awal

: 13000 Joule.

Daya Idle

: 0,00000552 W.

3.6.2. Topologi Jaringan Jaringan model yang akan digunakan pada penelitian ini merupakan jaringan nirkabel yang mempunyai topologi pohon atau tree. Jaringan ini terdiri



38

dari 11 node, salah satu node sebagai koordinator PAN, enam node yang lain sebagai koordinator dan empat node sisanya merupakan perangkat. Koordinator PAN (node 0) merupakan perangkat FFD yang terletak di pinggang kiri dengan tanda lingkaran merah kemudian di ikuti oleh node 1 sampai dengan node 6 yang merupakan node-node koordinator yang berupa perangkat-perangkat FFD, selanjutnya node 7 sampai dengan node 10 yang merupakan perangkat RFD seperti diperlihatkan pada Gambar 3.7. Topologi jaringan simulasi penelitian ini terdapat pada berkas wpan.scn. 7

4 6

10

1

2

0

5

3

9

8

Gambar 3.7. Skenario Jaringan Nirkabel Pohon. Pada jaringan dengan topologi pohon beberapa node diluar jangkauan koordinator PAN. Agar node bisa berkomunikasi dengan node yang diluar jangkauannya, diperlukan protokol routing yang memiliki kemampuan untuk melewati banyak titik/node (multihop) [14]. Pada penelitian ini protokol routing yang digunakan adalah AODV. AODV adalah on demand routing, dimana algoritma ini akan membangun rute antara node hanya apabila diinginkan oleh source node. AODV memelihara rute tersebut sepanjang masih dibutuhkan oleh source node. AODV menggunakan sequence number untuk memastikan bahwa rute yang dihasilkan adalah loop-free dan memliki informasi routing yang paling update [15].



39

3.6.3. Trafik Jaringan Trafik jaringan yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis trafik CBR (Constant Bit Rate) sebesar 70 bytes pada masing-masing aliran dan terdapat 8 aliran trafik jaringan. Aliran jaringan satu arah yaitu dari node perangkat atau koordinator ke koordinator PAN. Waktu aliran dimulai dari satu aliran ke aliran berikutnya mempunyai selisih waktu 5 detik. Trafik jaringan simulasi penelitian ini terdapat pada berkas traffic.

3.6.4. Waktu Simulasi Waktu simulasi adalah ukuran waktu pengoperasian jaringan. Sebuah pilihan waktu simulasi yang tidak tepat dapat merefleksikan hasil yang tidak akurat. Mengingat simulasi yang dilakukan untuk variasi nilai BO dan SO maka waktu simulasi ditentukan oleh waktu CAP terlama yang dibutuhkan oleh jaringan untuk mencapai kondisi mantap. Waktu CAP terlama pada nilai BO dan SO terbesar yaitu 14. Pada kondisi BO = SO maka BI sama dengan SD. Untuk mendapatkan waktu CAP terbesar dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) Tabel 3. Kondisi Operasi IEEE 802.15.4 [11] Frequency Band

Num of Channels

Datarate (kbps)

Applicability

Restrictions

2.4Ghz

16

250

WorldWide

Unlicensed

915Mhz

10

40

USA

Licensed

868Mhz

1

20

Europe

Licensed

Mengingat kondisi operasi seperti yang diperlihatkan pada Tabel 3. maka waktu SD dapat ditentukan sebagai berikut: (3.6)



40

(3.7) (3.8) Dengan asusmsi pada awal pengoperasian seluruh waktu SD digunakan node untuk sinkronisasi dengan node koordinatornya maka total waktu untuk melakukan sinkronisasi seluruh node: (3.9) (3.10) (3.11) Berdasarkan total waktu yang dibutuhkan untuk melakukan sinkronisasi seluruh node maka dipilih waktu simulasi 9000 detik.

3.6.5. Energi Awal Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya [11], bahwa teknologi dirancang untuk bekerja dengan konsumsi daya sangat rendah. Perangkat diasumsikan untuk dapat bekerja dengan baterai AA tunggal untuk digunakan antara 6 bulan sampai 2 tahun. Berikut ini akan dibahas cara untuk menghitung energi dari baterai AA dalam joule yang digunakan sebagai energi awal node untuk simulasi. Sebagai catatan bahwa kinerja

baterai bervariasi

berdasarkan kondisi operasi. Dengan menggunakan grafik Gambar 3.8 sebagai referensi, dapat dilihat bahwa dengan keluarnya arus konstan sekitar 10-18mA, waktu operasi untuk baterai adalah sekitar 170 Jam. Dengan informasi ini, jumlah energi yang tersedia dalam joule dapat dihitung sebagai berikut [11]:

==>

Daya (dalam W) = Tegangan (dalam V) X Arus (dalam A)

(3.12)

Daya = 1,5 V X 15 mA = 22,5 mW = 0,0225 W

(3.13)

Energi yang tersedia untuk pengoperasian 250 jam dari discharge arus konstan:

==>

Energi (dalam J) = Daya (dalam W) X Waktu (dalam detik)

(3.14)

Energi (dalam J) = 0,0225 W X (170 X 60 X 60) detik

(3.15)

Energi = 13770 Joule

(3.16)



41

Berdasarkan perhitungan di atas maka pada penelitian ini juga diasumsikan energi awal 13000 Joule.

Gambar 3.8. Constant Current Discharge [11].

3.6.6. Keluaran Simulasi Jaringan Keluaran simulasi terdiri dari dua berkas yaitu berkas jejak NAM (NAM trace) dan berkas jejak (trace file). Berkas jejak NAM yang dihasilkan akan di jalankan oleh aplikasi NAM sehingga tampil visual simulasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.9. Berkas jejak NAM pada penelitian ini adalah wpan.nam. Berkas jejak merupakan berkas yang berisi hal-hal yang terjadi pada jaringan pada setiap kejadian (event). Berkas jejak pada penelitian ini adalah wpan.tr.



42

Gambar 3.9. Tampilan Simulasi Aplikasi NAM.

3.7. Pengukuran Kinerja Jaringan Pengukuran kinerja jaringan dilakukan dengan cara mengolah berkas jejak dengan menggunakan perangkat lunak AWK. AWK ini biasa digunakan untuk analisa berkas jejak keluaran pada jaringan nirkabel yang mempunyai format output yang dinamis, berbeda pada pada analisa jaringan kabel yang biasa menggunakan nam graph atau xgraph karena format output yang statis. Pada penelitian ini pengukuran kinerja jaringan

dilakukan berdasarkan

throughput, delay, delivery ratio dan energi yang digunakan oleh sistem. Proses pengukuran kinerja jaringan sistem dilakukan pada berkas avg_throughput.awk berdasarkan masukan dari berkas jejak keluaran simulasi.

3.7.1. Throughput Throughput jaringan merupakan ukuran jumlah data yang dikirim dari node sumber ke node tujuan dalam satuan waktu (detik). Mengingat datarates dan throughput yang rendah pada teknologi lebar pita 868 MHz ini, throughput diukur dalam total bit yang diterima perdetik. Pengukuran dilakukan hanya mengukur throughput data total mengabaikan overhead lain dalam jaringan.



43

Throughput dari sebuah node diukur dengan terlebih dahulu menghitung jumlah total paket data yang berhasil diterima node, dan menghitung jumlah bit yang diterima, yang akhirnya dibagi dengan waktu simulasi total. Throughput jaringan akhirnya didefinisikan sebagai rata-rata throughput dari semua node yang terlibat dalam transmisi data [11]. Sehingga throughput dapat dinyatakan sebagai berikut:

Throughput _ Node =

Total _ Bit _ Data _ Yang _ Diterima Waktu _ Simulasi

(3.17)

Demikian pula throughput untuk jaringan dapat didefinisikan sebagai:

Throughput _ Jaringan =

Jumlah _ Throughput _ Node _ Yang _ Terlibat _ Trans _ Data (3.18) Jumlah _ Node

3.7.2. Delay Jaringan Rata-Rata

Delay jaringan adalah waktu tunda yang dialami oleh hubungan antara node. Delay ini mencakup semua kemungkinan delay yang disebabkan oleh latency penemuan rute, antrian dalam antrian antarmuka, pengiriman ulang pada layer MAC dan propagasi melalui lingkungan. Delay ini dapat dihitung sebagai perbedaan waktu dari transmisi paket dari sumber ke kedatangan paket pada node tujuan. Semua delay koneksi dikumpulkan dan delay jaringan rata-rata adalah kumpulan delay dibagi dengan jumlah pasangan koneksi seluruh simulasi [11]. Sehingga delay jaringan rata-rata dapat dinyatakan sebagai berikut:

Delay _ Jaringan_ Rata _ Rata =

∑ (Waktu

Paketda tan g @ tujuan

− WaktuPaketdikirim @ asal )

(3.19)

Total _ Jumlah _ Pasangan_ Koneksi

3.7.3. Delivery Ratio

Delivery Ratio menunjukkan persentase dari paket data yang dikirimkan yang berhasil diterima. Ini adalah pengukuran penting yang dapat digunakan sebagai indikator kepadatan jaringan. Delivery ratio hanya dipertimbangkan untuk paket data. Pertama jumlah paket yang dikirimkan dihitung, diikuti dengan jumlah



44

total paket yang diterima dan jumlah total paket yang drop (dibuang) . Delivery ratio dihitung sebagai persen dari paket yang diterima untuk paket-paket ditransmisikan. Jumlah paket yang di drop tidak mempertimbangkan perhitungan transmisi ulang. Sebagai contoh, jika paket data dengan ID: 4 ditransmisikan dan telah di drop untuk pertama kalinya, maka paket di transmisi ulang sampai transmisi berhasil atau jumlah maksimal transmisi ulang telah tercapai. Tetapi bila paket di drop karena pengiriman ulang tidak diperhitungkan dan hanya dihitung ketika paket yang akhirnya di drop dan dihitung sebagai satu drop. Namun, jika paket tersebut berhasil diterima oleh tujuan setelah beberapa kali pengiriman ulang, drop tidak dipertimbangkan. Ini secara efektif akan membuat jumlah paket yang dikirimkan sama dengan total jumlah paket yang diterima ditambah jumlah paket di drop. Jadi delivery ratio jaringan dapat dinyatakan sebagai berikut [11]:

Delivery _ Ratio =

Jumlah _ Paket _ Diterima Jumlah _ Paket _ Ditransmisikan

(3.20)

3.7.4. Pemakaian Energi

Metrik ini diukur sebagai persen dari energi yang dikonsumsi oleh sebuah node yang berkaitan dengan energi awal. Energi awal dan energi final yang tersisa di node diukur pada akhir periode simulasi. Persen energi yang dikonsumsi oleh sebuah node dihitung sebagai energi yang dikonsumsi terhadap energi awal. Selanjutnya persen energi yang dikonsumsi oleh semua node dalam skenario dihitung sebagai rata-rata konsumsi energi masing-masing node [11].

Persen _ Konsumsi _ Energi =

Energi _ Awal − Energi _ Akhir × 100 Energi _ Awal

(3.21)

Berdasarkan persen konsumsi energi tiap node pada persamaan 3.11 maka ratarata konsumsi energi masing-masing node sebagai berikut [11]:

Konsumsi _ Energi _ Rata _ Rata =

Jumlah _ Persen _ Konsumsi _ Energi _ Semua _ Node Jumlah _ Node


(3.22)


45

Pada penerapan penghitungan presentasi energi rata-rata dalam berkas avg_throughput.awk dapat dilihat bahwa presentasi energi rata-rata yang digunakan merupakan penjumlahan presentasi penggunaan energi semua node dalam model jaringan dibagi jumlah semua node seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.10 pada baris setelah script komentar Node Energy Consumption.

Gambar 3.10. Penghitungan Presentasi Energi Rata-Rata dalam Berkas avg_throughput.awk [13]. Presentasi penggunaan energi masing-masing node dihitung dari energi awal masing-masing node dikurangi energi akhir masing-masing node dikalikan 100 baik pada event ≠ N maupun event = N. Pada event ≠ N maupun event = N penghitungan penggunaan energi masing-masing node diperlakukan berbeda karena format jejaknya berbeda seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.6.



46

Pada event = N maka energi suatu node terletak pada berkas jejak pada kolom ke 7 sedangkan pada event ≠ N maka energi suatu node terletak pada berkas jejak pada kolom ke 14.

3.7.5. Analisa Drop untuk Protokol IEEE 802.15.4

Analisa drop pada berkas awk digunakan untuk mempelajari penyebab paket di drop dan pengaruhnya terhadap kinerja sistem. Sebuah paket yang diterima dilapisan PHY dapat di drop di MAC. Paket tersebut di drop karena beberapa sebab diantaranya [11]: - If Full Queue (IFQ) yaitu paket di drop karena antrian sudah penuh. Antrian penuh disebabkan oleh

tingkat transmisi berlebihan. Pada manajemen

antrian First In First Out (FIFO) paket yang pertama bergabung dengan antrian akan dipertahankan. Paket yang tiba setelah antrian penuh akan di drop. - Callback (CBK) yaitu paket di drop karena lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket dan selanjutnya menginformasikan ke lapisan atas bahwa ada kegagalan transmisi. Beberapa kemungkinan untuk kegagalan transmisi disebabkan oleh: 1. Kegagalan dalam mengakses saluran sesuai dengan mekanisme CSMA-CA. 2. Tidak ada acknowledgement yang telah diterima untuk transmisi. 3. Transaksi kadaluarsa. - Collision (COL) yaitu paket di drop karena adanya tabrakan. Tabrakan terjadi bila dua atau lebih paket yang diterima pada saat yang sama di lapisan PHY. - Duplicate (DUP) yaitu paket di drop karena merupakan duplikasi. Duplikat di drop dengan pesan kesalahan ini. - Error (ERR) yaitu paket di drop di lapisan PHY dan MAC karena adanya error atau kesalahan. Pada lapisan PHY hal ini menunjukkan bahwa paket telah berhasil dideteksi tetapi tak bisa diterjemahkan karena adanya kesalahan. Hal ini umumnya disebabkan ketika kekuatan paket yang diterima tidak lebih besar dari sensitivitas penerima. Pada lapisan MAC,



47

paket di drop dengan pesan ini menunjukkan adanya penerimaan yang tidak lengkap (karena dipaksa beralih transceiver) atau ukuran paket tidak sesuai dengan yang dipersyaratkan (> aMaxPHYPacketSize). - Retry Count Exceeded (RET) yaitu paket di drop karena jumlah maksimum pengulangan telah terlampaui. - Busy (BSY) yaitu paket di drop karena lapisan MAC sibuk dan tidak dapat menerima frame data dari bawah lapisan atas. - Route Loop (LOOP) yaitu paket di drop karena paket yang dikirim kembali ke sumber. Hal ini menandakan bahwa paket telah diarahkan di sepanjang jaringan secara melingkar kembali ke sumber. - Time To Live (TTL) yaitu paket di drop karena waktu untuk hidup dari sebuah paket telah kadaluarsa. Ini adalah variabel yang menunjukkan jumlah maksimum hop yang dapat dilakukan untuk mencapai tujuan. - No Route (NRTE) yaitu paket di drop karena rute belum ditemukan selama tahap permintaan routing untuk node yang dituju. - Address Resolution Protocol (ARP) yaitu paket di drop karena resolusi alamat tidak berhasil selama fase permintaan ARP untuk node tujuan. - End Of Simulation (END) yaitu paket di drop pada akhir simulasi. Hal ini biasanya muncul ketika sumber traffic tidak berhenti melakukan transmisi bahkan pada akhir simulasi. - Link Quality Indication (LQI) yaitu paket di drop karena kualitas link yang dihitung dari paket yang tiba pada layer MAC diluar batas yang dipersyaratkan yaitu Signal To Noise Ratio (SNR) ≥ CPThresh. Ada dua alasan penting untuk drop ini. Pertama adalah masalah hidden node dan kedua karena memilih durasi backoff sama meskipun dalam kisaran penginderaan satu sama lain. Masalah hidden node ini disebabkan ketika dua atau lebih node yang terlibat dalam transmisi tidak dapat mendeteksi keberadaan node lain dan tetap mengirimkan paket karena tidak menyadari transmisi dari node lain. Kasus kedua drop paket timbul ketika dua node memilih durasi backoff yang sama dan menemukan saluran menganggur (idle), meskipun dalam jangkauan satu sama lain.



48

- Active/Passive Scan (APS) yaitu paket di drop karena node pada mode scan aktif/pasif. Pada mode scan aktif/pasif semua paket data selain beacon akan di drop.

3.7.6. Proses Simulasi

Proses simulasi model jaringan menggambarkan proses berkas-berkas masukan yang diolah oleh simulator NS2. Dengan demikian dihasilkan dua keluaran yaitu berupa visual animasi model jaringan dan berkas jejak keluaran yang kemudian diolah oleh perangkat lunak AWK melalui berkas AWK yang telah diprogram sehingga memberikan keluaran hasil. Struktur proses simulasi ini diperlihatkan pada diagram Gambar 3.11.

wpan.nam

wpan.scn

traffic

wpan868.tcl

NAM

NS2

wpan.tr

avg_throughput.awk

Performance.txt Gambar 3.11. Proses Simulasi.



BAB IV HASIL PENGUKURAN SIMULASI DAN ANALISA

Kinerja suatu jaringan nirkabel dapat dilihat melalui throughput rata-rata jaringan, delay rata-rata jaringan, paket drop jaringan, delivery ratio jaringan dan pemakaian energi rata-rata node jaringan. Untuk mempermudah analisa maka hasil pengukuran kinerja jaringan simulasi yang telah dilakukan ditampilkan secara grafik. Analisa drop secara statistik juga ditampilkan secara grafik. Analisa drop ini dilakukan untuk melihat penyebab paket drop jaringan secara detail.

4.1. Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada BO = SO Pada jaringan dengan nilai BO = SO maka masa aktif node adalah sepanjang durasi beacon. Hal ini berarti sepanjang waktu simulasi node akan aktif sehingga diharapkan sinkronisasi antar node lebih mudah.

4.1.1. Throughput Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO

Gambar 4.1. Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan. Pada jaringan nirkabel pengukuran throughput rata-rata jaringan digunakan untuk mengetahui kemampuan jaringan menyalurkan paket data dalam 49



50

bit per detik. Semakin besar nilai throughput rata-rata jaringan semakin baik kinerja jaringan tersebut. Dari simulasi yang telah dilakukan untuk nilai BO dari 1 sampai dengan 14 pada BO = SO diperoleh grafik throughput rata-rata jaringan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.1. Pada

grafik tersebut dapat dilihat bahwa

throughput rata-rata hampir sama untuk nilai BO dari 1 sampai dengan 14 pada BO = SO yaitu sekitar 5000 bits/detik dan terjadi penurunan pada BO = SO = 1 yaitu 4124 bits/detik, pada BO = SO = 11 yaitu 2974 bits/detik dan pada BO = SO = 14 yaitu 1437 bits/detik. Penurunan throughput di ketiga titik tersebut disebabkan karena terjadi paket drop yang cukup besar di ketiga titik tersebut hal tersebut dapat dilihat pada grafik Gambar 4.3.

4.1.2. Delay Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO Kinerja jaringan nirkabel juga dipengaruhi oleh delay rata-rata jaringan. Delay adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu paket untuk menempuh perjalanan dari sumber sampai ke tujuan. Semakin kecil delay rata-rata jaringan semakin baik kinerja jaringan tersebut. Delay rata-rata jaringan dinyatakan dalam detik.

Gambar 4.2. Grafik Delay Rata-Rata Jaringan.



51

Grafik delay rata-rata diperlihatkan pada Gambar 4.2. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa delay rata-rata hampir sama untuk nilai BO dari 1 sampai dengan 14 pada BO = SO yaitu kurang dari 0,1 detik dan terjadi kenaikan delay rata-rata yang tajam pada BO = SO = 11 yaitu 5,653344 detik. Kenaikan delay rata-rata tersebut karena terjadi paket drop yang cukup besar pada nilai BO = SO = 11 seperti yang diperlihatkan pada grafik Gambar 4.3.

4.1.3. Paket Drop Jaringan Pada BO = SO Jumlah paket drop jaringan dapat menunjukkan kinerja jaringan, semakin kecil paket drop yang terjadi semakin baik kinerja jaringan. Bila terjadi paket drop pada suatu jaringan maka throughput jaringan akan berkurang. Grafik paket drop diperlihatkan pada Gambar 4.3. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa terjadi paket drop yang besar pada BO = SO = 1 yaitu 1954 paket drop, pada BO = SO = 11 yaitu 3966 paket drop dan pada BO = SO = 14 yaitu 6419 paket drop. Paket drop yang besar tersebut bisa disebabkan karena kualitas saluran yang tidak bagus, duplikasi paket, lapisan MAC sibuk, gagal routing, lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket dan antrian penuh. Paket drop jaringan yang cukup kecil terjadi pada BO = SO = 5 yaitu 243 paket drop dan pada BO = SO = 9 yaitu 278 paket drop.

Gambar 4.3. Grafik Paket Drop Jaringan.



52

4.1.4. Delivery Ratio Jaringan Pada BO = SO Delivery ratio jaringan merupakan rasio paket yang diterima di node tujuan terhadap paket yang dikirim dari node sumber yang dinyatakan dalam persen. Semakin besar delivery ratio suatu jaringan semakin besar kemungkinan paket yang dikirim sampai ke tujuan sehingga semakin baik kinerja jaringan tersebut. Grafik delivery ratio diperlihatkan pada Gambar 4.4.

Pada

grafik

tersebut dapat dilihat bahwa delivery ratio untuk nilai BO dari 1 sampai dengan 14 pada BO = SO mempunyai nilai di atas 90 % kecuali pada BO = SO = 1 yaitu 77,95 %, pada BO = SO = 11 yaitu 55,01 % dan pada BO = SO = 14 yaitu 27,31 %. Penurunan delivery ratio tersebut disebabkan oleh node-node gagal melakukan sinkronisasi menyebabkan paket gagal menemukan rute menuju node tujuan sehingga paket didrop. Dua nilai delivery ratio jaringan tertinggi terjadi pada BO = SO = 5 yaitu 97,26 % dan pada BO = SO = 9 yaitu 96,87 %.

Gambar 4.4. Grafik Delivery Ratio Jaringan.

4.1.5. Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada BO = SO Pada protokol IEEE 802.15.4 pemakaian energi pada node jaringan sangatlah diperhatikan, node-node harus rendah dalam pemakaian energi. Throughput rata-rata jaringan yang tinggi, delay rata-rata jaringan yang rendah,



53

paket drop jaringan yang kecil dan delivery ratio jaringan yang mendekati 100 % harus didukung pemakaian energi yang rendah pada node-node jaringan. Grafik pemakaian energi rata-rata node jaringan simulasi diperlihatkan pada Gambar 4.4. Pada grafik tersebut dapat dilihat pemakaian energi ratarata

node terjadi penurunan yang

tajam dari BO = SO bernilai 1 sampai

dengan 4 dan masih terjadi penurun walau tidak tajam dari BO = SO bernilai 4 sampai dengan 7. Pada BO = SO bernilai 7 sampai dengan 14 pemakaian energi rata-rata node bisa dikatakan hampir sama kecuali pada BO = SO bernilai 11 dan 14 terjadi penurunan. Pemakaian energi rata-rata node jaringan simulasi yang menurun ini disebabkan karena semakin besar nilai BO maka beacon semakin jarang dikirimkan sementara jumlah paket data yang dikirimkan sama.

Gambar 4.4. Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan.

4.1.6. Analisa Paket Drop Jaringan Pada BO = SO Analisa statistik paket drop merupakan analisa yang dilakukan untuk mengetahui adanya paket drop, mengapa paket tersebut didrop dan pengaruhnya terhadap kinerja sistem.



54

4.1.6.1. LQI Drop Jaringan Pada BO = SO LQI drop ini menunjukkan adanya paket yang didrop karena kualitas saluran diluar ambang batas yang dipersyaratkan yaitu SNR ≥ CPThresh. Grafik LQI drop jaringan simulasi diperlihatkan pada Gambar 4.5. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa terjadi paket drop yang menurun dari BO = SO bernilai 1 sampai dengan 14. Jadi bisa dikatakan semakin besar nilai BO kualitas saluran semakin baik. Peningkatan paket drop pada BO = SO = 2 dan pada BO = SO = 12 bisa disebabkan karena pada nilai BO tersebut menyebabkan terjadi dua node menemukan node idle yang sama pada waktu yang bersamaan.

Gambar 4.5. Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi.

4.1.6.2. END Drop Jaringan Pada BO = SO Bila sumber traffic belum selesai melakukan transmisi pada akhir simulasi maka paket akan didrop ini disebut END drop. Jadi bila END drop ini tidak terjadi selama waktu simulasi berarti proses transmisi dapat diselesaikan selama waktu simulasi.



55

Gambar 4.6. Grafik END Drop Jaringan Simulasi. Grafik END Drop diperlihatkan pada Gambar 4.6. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa tidak terjadi paket yang didrop karena sumber masih melakukan transmisi ketika simulasi selesai, hal ini berarti waktu simulasi yang digunakan cukup.

4.1.6.3. DUP Drop Jaringan Pada BO = SO Bila ada paket yang merupakan duplikasi maka paket akan didrop hal ini disebut DUP drop. Duplikasi ini bisa terjadi bila acknowledgement dari tujuan paket tidak sampai pada sumber sementara paket sudah diterima tujuan sehingga sumber melakukan transmisi ulang. Grafik DUP Drop diperlihatkan pada Gambar 4.7. Pada grafik tersebut dapat dilihat paket yang di drop pada nilai BO yang kecil cukup besar dan terjadi jumlah tertinggi pada saat BO = SO = 2 dan menurun terus hingga bernilai sekitar 0 dari BO = SO = 7 hingga BO = SO = 14. Hal ini berarti semakin besar nilai BO maka kemungkinan terjadi duplikasi semakin rendah.



56

Gambar 4.7. Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi.

4.1.6.4. BSY Drop Jaringan Pada BO = SO Bila terjadi keadaan lapisan MAC sibuk dan tidak dapat menerima frame data dari bawah lapisan atas maka paket yang datang akan didrop hal ini disebut BSY Drop.

Gambar 4.8. Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi. Grafik BSY Drop diperlihatkan pada Gambar 4.8. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa paket yang di drop maksimum pada nilai BO = SO = 1 dan menurun terus hingga bernilai sekitar 0 dari BO = SO = 7 hingga BO = SO =



57

14. Hal ini berarti semakin besar nilai BO maka kemungkinan terjadi paket didrop karena lapisan MAC sibuk semakin kecil.

4.1.6.5. NRTE Drop Jaringan Pada BO = SO Bila rute tidak ditemukan selama tahap permintaan routing untuk node yang dituju maka paket akan didrop hal ini disebut NRTE drop. NRTE drop ini bisa disebabkan karena node-node gagal melakukan sinkronisasi sehingga sistem gagal membuat rute ke node tujuan.

Gambar 4.9. Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi. Grafik NRTE Drop diperlihatkan

pada

Gambar 4.9.

Pada

grafik

tersebut dapat dilihat paket di drop cukup besar terjadi pada nilai BO = SO = 1, BO = SO = 11 dan BO = SO = 14. Drop tertinggi pada nilai BO = SO = 14, hal ini disebabkan pada nilai BO tersebut sering terjadi kegagalan sinkronisasi node.

4.1.6.6. Loop Drop Jaringan Pada BO = SO Bila suatu paket dikirim kembali ke sumber maka paket akan didrop hal ini disebut loop drop. Loop drop ini bisa terjadi bila dalam perjalanan paket menuju node tujuan node-node yang menuju tujuan tidak bisa melakukan routing untuk paket tersebut sehingga routing berbalik menuju node sumber.



58

Gambar 4.10. Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi. Grafik Loop Drop diperlihatkan pada Gambar 4.10. Pada grafik tersebut dapat dilihat paket di drop karena paket dikirim kembali ke sumber terjadi walaupun sangat kecil bila dibandingkan dengan NRTE drop. Paket drop terjadi sepanjang nilai BO dan SO dari nilai 1 sampai dengan 14 kecuali pada saat nilai BO dan SO sama dengan 4, 6, 8 dan 14. Pada grafik tersebut tidak terbentuk pola, hal ini karena pada topologi jaringan ini pada nilai-nilai BO dan SO tertentu menyebabkan node terputus dari koordinatornya dengan intensitas yang beragam. Node terputus dari jaringan bisa disebabkan interferensi beacon antar node yang berdekatan. Secara keseluruhan Loop Drop ini terjadi tetapi sangat kecil sehingga tidak mempengaruhi kinerja jaringan. Hal ini menunjukkan bahwa AODV cukup efektif melakukan routing.

4.1.6.7. CBK Drop Jaringan Pada BO = SO Pada waktu lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket maka paket didrop hal ini disebut CBK Drop. Grafik CBK Drop diperlihatkan pada Gambar 4.11. Pada grafik tersebut dapat

dilihat bahwa paket di drop terjadi dan hampir sama untuk nilai BO =

SO dari nilai 1 sampai dengan 14 kecuali pada saat BO = SO = 11 terjadi paket drop yang cukup besar yaitu 3405 paket drop. Paket drop yang besar terjadi pada nilai BO = SO = 11, hal ini disebabkan banyak node yang terputus dari



59

koordinatornya dengan intensitas yang sering sehingga lapisan MAC sering tidak dapat mengirimkan paket data. Node terputus dari koordinatornya bisa disebabkan interferensi beacon antara node yang berdekatan. Paket drop yang besar pada nilai BO = SO = 11 mempengaruhi kinerja jaringan, hal ini dapat dilihat pada grafik throughput rata-rata jaringan, grafik delay rata-rata jaringan dan grafik delivery ratio jaringan.

Gambar 4.11. Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi.

4.1.6.8. IFQ Drop Jaringan Pada BO = SO Tingkat transmisi yang berlebihan menyebabkan antrian penuh sehingga paket yang datang kemudian akan didrop hal ini disebut IFQ Drop. Grafik IFQ Drop diperlihatkan pada Gambar 4.12. Pada grafik tersebut dapat dilihat paket yang di drop tidak besar untuk nilai BO = SO dari nilai 1 sampai dengan 14. Terjadi paket drop pada nilai BO dan SO sama dengan 4, 10, 11 dan 13, hal ini disebabkan pada saat nilai BO dan SO tersebut trafik jaringan mengalami kepadatan karena terdapat node yang terputus dari koordinatornya sehingga jumlah rute berkurang. Secara keseluruhan IFQ Drop ini terjadi tetapi kecil sehingga tidak mempengaruhi kinerja jaringan. Melihat data grafik ini bisa dikatakan jaringan jarang mengalami congestion.



60

Gambar 4.12. Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi.

4.1.6.9. ARP Drop Jaringan Pada BO = SO

Gambar 4.13. Grafik ARP Drop Jaringan Simulasi. Resolusi alamat yang tidak berhasil selama fase permintaan ARP untuk node tujuan menyebabkan paket didrop hal ini disebut ARP Drop. Grafik ARP Drop diperlihatkan pada Gambar 4.13. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa paket yang di drop sangat kecil dan hanya pada saat nilai BO = SO = 2 sebesar 1 paket drop dan pada saat nilai BO = SO = 3 sebesar 2 paket drop. Drop tersebut disebabkan pada waktu node sumber menanyakan



61

alamat

MAC node tujuan tidak mendapatkan jawaban. Hal ini disebabkan

pertanyaan tidak sampai ke node tujuan atau jawaban tidak sampai ke node sumber karena terjadi drop ditengah jalan. Karena paket drop ini kecil maka dapat diabaikan.

4.1.7. Analisa

Kinerja

Jaringan

Simulasi Secara

Keseluruhan Pada

BO = SO Dari seluruh grafik yang telah diperoleh dari jaringan simulasi pada BO = SO dapat dilihat bahwa terjadi kinerja maksimum pada saat BO = SO = 5 dan BO = SO = 9. Pada dua nilai BO = SO tersebut throughput rata-rata jaringan dan delivery ratio jaringan merupakan dua nilai tertinggi, delay rata-rata jaringan dan paket drop jaringan merupakan dua nilai terendah. Bila dilihat pemakaian energi rata-rata node jaringan maka pada nilai BO = SO = 9 merupakan kinerja yang paling optimum.

4.2. Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada SO = 9 Berdasarkan kinerja optimum pada nilai BO = SO yaitu 9 maka pada tahap ini dilakukan untuk nilai SO yang tetap yaitu 9 dengan nilai BO yang berubah. Hal ini untuk mengetahui pengaruh durasi node tidak aktif dari Beacon Interval terhadap throughput rata-rata jaringan, delay rata-rata jaringan, paket drop jaringan, delivery ratio jaringan dan pemakaian energi rata-rata node jaringan.

4.2.1. Throughput Rata-Rata Jaringan Pada SO = 9 Kemampuan jaringan menyalurkan paket data dalam bit per detik pada perubahan durasi node tidak aktif dapat dilihat pada grafik Gambar 4.14. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada nilai tetap SO = 9 semakin menurun throughput rata-rata jaringan. Hal tersebut terjadi karena semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap maka durasi node tidak aktif semakin besar. Durasi node tidak aktif merupakan durasi di mana node tidak dapat mengirimkan paket. Sehingga durasi node tidak aktif yang semakin besar menyebabkan delay meningkat seperti yang ditunjukkan pada grafik Gambar 4.15. Delay yang meningkat ini menyebabkan throughput menurun.



62

Gambar 4.14. Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan.

4.2.2. Delay Rata-Rata Jaringan Pada SO = 9

Gambar 4.15. Grafik Delay Rata-Rata Jaringan. Waktu yang dibutuhkan suatu paket sampai ke node tujuan pada perubahan durasi tidak aktif dari node ditunjukkan pada grafik Gambar 4.15. Pada grafik tersebut diperlihatkan bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 maka delay rata-rata jaringan akan meningkat. Bentuk grafik



63

Gambar 4.15. sesuai dengan persamaan 2.1 dengan laju kedatangan paket (λ) konstan. Delay rata-rata jaringan yang turun mendekati 0 detik pada nilai BO = 14 disebabkan sebagian besar paket tidak mencapai tujuan sementara delay dihitung hanya paket yang sampai ke tujuan. Sebagian besar paket tidak mencapai tujuan diperlihatkan oleh grafik NRTE Drop Gambar 4.23. dan grafik IFQ Drop Gambar 4.26. Dari kedua grafik dapat dilihat bahwa paket yang didrop karena gagal menemukan rute dan antrian penuh pada nilai BO = 14 sangat besar.

4.2.3. Paket Drop Jaringan Pada SO = 9

Gambar 4.16. Grafik Paket Drop Jaringan. Jumlah paket drop di jaringan terhadap perubahan durasi tidak aktif dari node ditunjukkan pada grafik Gambar 4.16. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 maka paket drop yang terjadi semakin besar, Hal ini berarti semakin besar daerah tidak aktif semakin besar paket drop yang terjadi. Semakin besar daerah tidak aktif pada BI maka daerah aktif BI akan semakin kecil. Paket ditransmisikan pada saat node dalam mode aktif. Bila waktu transmisi node berkurang maka kemungkinan nodenode menyelesaikan pengiriman paket semakin kecil, ini menyebabkan END drop membesar seperti diperlihatkan oleh grafik END Drop Gambar 4.20. Waktu transmisi node yang berkurang menyebabkan paket lebih sulit menemukan rute



64

ketujuan sehingga NRTE drop membesar seperti diperlihatkan oleh grafik NRTE Drop Gambar 4.23. Waktu transmisi node yang berkurang menyebabkan bertambahnya kemungkinan gagal dalam mengakses saluran sehingga CBK drop membesar seperti diperlihatkan oleh grafik CBK Drop Gambar 4.25.

4.2.4. Delivery Ratio Jaringan Pada SO = 9 Rasio kemungkian suatu paket sampai ke tujuan terhadap perubahan durasi tidak aktif dari node ditunjukkan pada grafik Gambar 4.17. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 menyebabkan delivery ratio jaringan menurun. Hal tersebut karena membesarnya daerah tidak aktif node-node mengakibatkan paket drop yang meningkat.

Gambar 4.17. Grafik Delivery Ratio Jaringan.

4.2.5. Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh durasi

tidak aktif node-node

terhadap pemakaian energi rata-rata node jaringan. Grafik pengaruh durasi tidak aktif node-node terhadap pemakaian energi rata-rata node jaringan diperlihatkan pada Gambar 4.18. Dari Gambar 4.18 dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 menyebabkan pemakaian energi rata-rata node jaringan



65

semakin berkurang. Hal ini disebabkan karena durasi node aktif berkurang dan beacon yang dikirim juga berkurang. Sehingga kebutuhan energi berkurang.

Gambar 4.18. Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan.

4.2.6. Analisa Paket Drop Jaringan Pada SO = 9 Analisa statistik paket drop karena pengaruh perubahan nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 digunakan untuk mengetahui pengaruh durasi tidak aktif node-node terhadap adanya paket drop, mengapa paket tersebut didrop dan pengaruhnya terhadap kinerja sistem.

4.2.6.1. LQI Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena kualitas saluran. Pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena kualitas saluran ditunjukkan pada grafik Gambar 4.19. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 maka LQI drop semakin kecil. Hal ini karena masa aktif node-node semakin kecil menyebabkan kemungkinan beberapa node mengakses node yang sama pada waktu yang bersamaan semakin kecil.



66

Gambar 4.19. Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi.

4.2.6.2. END Drop Jaringan Pada SO = 9 Jumlah paket yang didrop di akhir simulasi karena sumber traffic masih mengirimkan paket menunjukan waktu simulasi kurang atau jaringan gagal menemukan rute untuk paket yang akan disalurkan selama waktu simulasi. Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop karena sumber traffic masih mengirimkan paket di akhir simulasi. Pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop karena hal tersebut ditunjukkan pada grafik Gambar 4.20. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa paket drop meningkat dari BO = 9 hingga BO = 12 kemudian menurun dari BO = 12 hingga BO = 14. Paket drop meningkat dari BO = 9 hingga BO = 12 disebabkan karena meningkatnya durasi tidak aktif dari node-node menyebabkan meningkatnya rute yang terputus. Rute yang terputus tersebut menyebabkan node-node melakukan retransmisi sampai waktu simulasi habis sehingga terjadi END drop. Paket drop menurun dari BO = 12 hingga BO = 14 karena terputusnya rute semakin sering dan luas. Sering terputusnya node-node dari jaringan menyebabkan upaya retransmisi juga tidak dilakukan

karena

lebih

banyak

waktu

digunakan

node-node

untuk

resingkronisasi. Sehingga kemungkinan paket drop karena END drop menjadi kecil.



67

Gambar 4.20. Grafik END Drop Jaringan Simulasi.

4.2.6.3. DUP Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena adanya duplikasi paket. Pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena adanya duplikasi paket ditunjukkan pada grafik Gambar 4.21. Dapat dilihat dari grafik tersebut bahwa semakin besar nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 maka paket drop yang terjadi karena duplikasi cenderung turun. Paket drop karena duplikasi ini sempat naik pada BO = 9 dan BO = 14 hal ini berarti pada kedua nilai BO tersebut acknowledgement dari node tujuan paket yang tidak diterima node sumber meningkat. Meningkatnya acknowledgement dari node tujuan paket yang tidak diterima node sumber bisa disebabkan karena acknowledgement yang dikirim node tujuan setelah paket diterima di drop ditengah jalan. Acknowledgement tersebut bisa di drop karena route terputus, antrian penuh atau sebab lain. Besar paket drop karena adanya duplikasi paket cukup kecil bila dilihat dari paket drop karena sebab lain.



68

Gambar 4.21. Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi. 4.2.6.4. BSY Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena lapisan MAC sibuk. Pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena lapisan MAC sibuk ditunjukkan pada grafik Gambar 4.22. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa hampir tidak terjadi paket drop karena lapisan MAC sibuk walaupun sempat terjadi paket drop pada BO = 9 yaitu 2 paket drop.

Gambar 4.22. Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi.



69

4.2.6.5. NRTE Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena gagal menemukan rute. Grafik Gambar 4.23 menunjukkan hubungan pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena gagal menemukan rute. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai BO pada SO yang tetap SO = 9 maka paket drop di jaringan karena gagal menemukan rute semakin meningkat. Hal ini terjadi karena semakin besar durasi tidak aktif node-node menyebabkan semakin sulit menemukan rute dari node sumber ke node tujuan.

Gambar 4.23. Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi.

4.2.6.6. Loop Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena terjadi paket kembali ke node sumber. Grafik Gambar 4.24 menunjukkan prngaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena paket kembali ke node sumber. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa meningkatnya nilai BO pada nilai SO yang tetap SO = 9 menyebabkan meningkatnya paket drop karena paket kembali ke node sumber dari nilai BO = 9 sampai dengan nilai BO = 11. Hal ini bisa disebabkan karena meningkatnya durasi tidak aktif dari node-node



70

menyebabkan meningkatnya rute yang terputus dan pembuatan kembali rutenya menyebabkan paket melewati node sumber. Menurunnya paket drop menjadi nol dari nilai BO = 11 sampai dengan nilai BO = 14 karena terputusnya rute semakin sering sehingga pembuatan kembali rute selalu gagal jadi tidak ada paket yang kembali ke node sumber.

Gambar 4.24. Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi.

4.2.6.7. CBK Drop Jaringan Pada SO = 9 Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena kegagalan transmisi sehingga lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket. Pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket dapat dilihat pada grafik Gambar 4.25. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa paket drop meningkat dari BO = 9 hingga BO = 12 kemudian menurun dari BO = 12 hingga BO = 14. Paket drop meningkat dari BO = 9 hingga BO = 12 disebabkan karena meningkatnya durasi tidak aktif dari node-node menyebabkan meningkatnya rute yang terputus. Rute yang terputus tersebut menyebabkan node-node melakukan retransmisi yang selanjutnya meningkatkan kemungkinan terjadi paket drop karena callback. Paket drop menurun dari BO = 12 hingga BO = 14 karena terputusnya rute semakin sering dan luas. Sering terputusnya node-node dari jaringan menyebabkan upaya



71

retransmisi juga tidak dilakukan karena lebih banyak waktu digunakan node-node untuk

resingkronisasi. Sehingga kemungkinan paket drop karena callback

menjadi kecil.

Gambar 4.25. Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi.

4.2.6.8. IFQ Drop Jaringan Pada SO = 9

Gambar 4.26. Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi. Pada bagian ini akan dilihat pengaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena antrian penuh. Grafik



72

Gambar 4.26 menunjukkan prngaruh perubahan durasi tidak aktif dari node-node terhadap jumlah paket drop di jaringan karena antrian penuh. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa paket drop terjadi pada BO = 11 dan BO = 12 kenudian paket drop meningkat tajam pada BO = 14 yaitu 902 paket drop. Hal tersebut terjadi karena pada nilai-nilai BO tersebut jaringan mengalami putus rute yang disebabkan besarnya durasi tidak aktif node-node. Sehingga antrian menjadi penuh kemudian terjadi paket drop

4.2.6.9. ARP Drop Jaringan Pada SO = 9 Perubahan durasi tidak aktif dari node-node tidak mempengaruhi jumlah paket drop di jaringan karena resolusi

alamat

tidak berhasil selama fase

permintaan ARP untuk node tujuan. Hal ini karena dari simulasi diperoleh data bahwa dari nilai BO = 9 hingga nilai BO = 14 jumlah paket drop ini sama dengan nol.

4.2.7. Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Secara Keseluruhan Pada SO = 9 Berdasarkan seluruh grafik yang telah diperoleh dari jaringan simulasi pada nilai SO = 9 dengan nilai BO = 9 hingga BO = 14 dapat dilihat bahwa terjadi kinerja maksimum pada saat BO = 9. Hal ini karena pada nilai BO tersebut throughput rata-rata jaringan dan delivery ratio jaringan memiliki harga maksimum, delay rata-rata jaringan dan paket drop jaringan minimum walaupun pemakaian energi rata-rata node

jaringan maksimum. Hal ini dengan

pertimbangan jaringan digunakan untuk pemantauan kesehatan sehingga dibutuhkan jaringan yang throughput rata-rata jaringan dan delivery ratio jaringan memiliki harga maksimum. Dengan kata lain kecepatan pengiriman data dan kepastian pengiriman data menjadi pertimbangan utama. Sedangkan pemakaian energi pada nilai BO = 9 tersebut sudah cukup kecil yaitu 0,02 %.



BAB V KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan pada simulasi jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 802.15.4 ini maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: -

Kinerja jaringan dapat dilihat dari throughput rata-rata jaringan, delay rata-rata jaringan, paket drop

jaringan, delivery ratio jaringan dan

pemakaian energi rata-rata node jaringan. -

Perubahan nilai BO (pada BO = SO) mempengaruhi kinerja jaringan.

-

Semakin besar nilai BO (pada BO = SO) semakin kecil pemakaian energi rata-rata node jaringan.

-

Paket drop disebabkan karena kualitas saluran yang tidak bagus, duplikasi paket, lapisan MAC sibuk, gagal routing, lapisan MAC tidak dapat mengirimkan paket dan antrian penuh.

-

Durasi tidak aktif node mempengaruhi jaringan.

-

Semakin besar durasi tidak aktif node kinerja jaringan menurun.

-

Pada jaringan simulasi yang diteliti kinerja paling optimal terjadi pada nilai BO = SO = 9.

73



DAFTAR ACUAN [1]

[2]

[3] [4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12] [13]

Jianliang Zheng and Myung J. Lee, “A Comprehensive Performance Study of IEEE 802.15.4”, Volume: 4, Publisher: IEEE, Pages: 1-14, ISBN: 0780392833, DOI: 10.1109/ICICS.2005.1689245 Chris Otto, Aleksandar Milenković, Corey Sanders, Emil Jovanov, “System Architecture Of A Wireless Body Area Sensor Network For Ubiquitous Health Monitoring”, Journal of Mobile Multimedia, Vol. 1, No.4 (2006) 307-326 © Rinton Press. Kyung Sup Kwak, Sana Ullah, and Niamat Ullah, “An Overview of IEEE 802.15.6 Standard”, 978-1-4244-8132-3/10/$26.00 ©2010 IEEE Mario Neugebauer, Jorn Plonnigs, Klaus Kabitzsch, “A New Beacon Order Adaptation Algorithm for IEEE 802.15.4 Networks”, Institute for Applied Computer Science, Dresden University of Technology, 0-7803-88011/05/$20.00 (c)2005 IEEE. Martin Stehl´ık, “Master Thesis: Comparison of Simulators for Wireless Sensor Networks”, Masaryk University, Faculty Of Informatics, Brno, spring 2011. Xuedong Liang, Ilangko Balasingham, “Performance Analysis Of The IEEE 802.15.4 Based ECG Monitoring Network”, Proceeding of the Sevent IASTED International Conferences Wireless And Optical Communications May 30-June 1, 2007, Montreal, Quebee, Canada. Javier Espina, Heribert Baldus, Thomas Falck, Oscar Garcia, Karin Klabunde, “Towards Easy–to–Use, Safe, and Secure Wireless Medical Body Sensor Networks”, Mobile Health Solutions for Biomedical Applications, Medical Information Science Reference, 2009. 159-179. Gale Virtual Reference Library. Web. 22 Nov. 2011. IEEE Std 802.15.4a™-2007 (Amendment to IEEE Std 802.15.4™-2006), part 15.4: Wireless medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for low-rate wireless personal area networks (WPANs), Amendment 1: Add Alternate PHYs, IEEE 3 Park Avenue New York, NY 10016-5997, USA 31 August 2007. IEEE Std 802.15.4™-2006, (Revision of IEEE Std 802.15.4-2003), part 15.4: Wireless medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for low-rate wireless personal area networks (WPANs), IEEE 3 Park Avenue New York, NY 10016-5997, USA 8 September 2006. Kwang Yong Lim , “Master Thesis: A Performance Analysis Of An AdHoc Ocean Sensor Network”, Naval Postgraduate School, Monterey, California, December 2006. Vaddina Prakash Roa, “Master Thesis: The simulative Investigation of Zigbee/IEEE 802.15.4”, Dresden University of Technology, November2005. http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Downloading_and_installing_ns-2, diakses pada 15 Februari 2012. http://www.ifn.et.tu-dresden.de/~marandin/ZigBee/scripts.html, diakses pada 21 Maret 2012. 74



75

[14] http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php?view=article&catid=10%3Ajaringan &id=852%3Aad-hoc-on-demand-distance-vector-aodv&tmpl=component& print=1&page=&option=com_content&Itemid=14, diakses pada 20 Februari 2012. [15] Riri Fitri Sari, Abdusy Syarif, dan Bagio Budiardjo, “Analisis Kinerja Protokol Routing Ad Hoc On-Demand Distance Vector (Aodv) Pada Jaringan Ad Hoc Hybrid: Perbandingan Hasil Simulasi Dengan Ns-2 Dan Implementasi Pada Testbed Dengan Pda”, Makara, Teknologi, Volume 12, No. 1, April 2008: 7-18. [16] Stevan Jovica Marinkovi´c, Emanuel Mihai Popovici, Christian Spagnol, Stephen Faul, and William Peter Marnane, “Energy-Efficient Low Duty Cycle MAC Protocolfor Wireless Body Area Networks”, IEEE Transactions On Information Technology In Biomedicine, Vol. 13, No. 6, November 2009. [17] Matti Hämäläinen, Ville Niemelä, Jari Iinatti, Ryuji Kohno, “Performance comparison of the different IR-UWB receivers in wireless body area networks”, 2011 IEEE International Conference on Ultra-Wideband (ICUWB). [18] Hui Wang, Hyeok-soo Choi, Nazim Agoulmine, M. Jamal Deen, James Won-Ki Hong, “Information-based Energy Efficient Sensor Selection in Wireless Body Area Networks”, 978-1-61284-231-8/11/$26.00 ©2011 IEEE. [19] Pranesh Sthapit and Jae-Young Pyun, “Effects of Radio Triggered Sensor MAC Protocol over Wireless Sensor Network”, 2011 11th IEEE International Conference on Computer and Information Technology. [20] Rune Fensli & Jan Gunnar Dale & Philip O’Reilly & John O’Donoghue & David Sammon & Torstein Gundersen, “Towards Improved Healthcare Performance: Examining Technological Possibilities and Patient Satisfaction with Wireless Body Area Networks”, Journal of Medical SystemsVolume 34, Number 4, August 2010. [21] Prem Chand Jain, “Wireless Body Area Network for Medical Healthcare”, IETE Tech Rev 2011;28:362-71. [22] Shahnaz Saleem, Sana Ullah, and Kyung Sup Kwak, “A Study of IEEE 802.15.4 Security Framework for Wireless Body Area Networks”, Sensors Journal on 26 January 2011. [23] Praveen Kaushik, Nilesh kumar R. Patel, Jyoti Singhai, “Energy Efficient Clear Channel Assessment for LR-WPAN”, IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 3, No. 2, May 2011.



UNIVERSITAS INDONESIA ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE

Recommend Documents