Perbandingan Penerapan Model Propagasi Free Space Pathloss Dan Log Distance Pathloss Pada Indoor Wifi Positioning System Untuk Smartphone Android

Transkripsi

1 Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol. 2, No.2, Oktober 2014, Perbandingan Penerapan Model Propagasi Free Space Pathloss Dan Log Distance Pathloss Pada Indoor Wifi Positioning System Untuk Smartphone Android Rizki Dian Rahayani 1, Wahyuni Khabzli 2 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru Program Studi Teknik Elektronika Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru Abstrak Wi-Fi Positiong Systems (WPS) pada smartphone mengalami perkembangan yang pesat sejalan dengan banyaknya pengguna smartphone yang selalu terhubung dengan WLAN. WPS merupakan solusi dari kekurang akuratan Global Positiong Systems dalam membaca posisi pengguna di dalam ruangan. Karena WPS digunakan dalam indoor, maka propagasi radio adalah hal yang sangat berpengaruh. Pada penelitian ini akan diterapkan model propagasi log distance pathloss (LDPL) pada algoritma posisi di WPS, untuk dibandingkan dengan sistem yang dibuat [Lubbad, 2013]. Hasil akhir penelitian ini adalah ditemukannya model propagasi yang paling tepat untuk diterapkan pada aplikasi WPS Indoor pada smartphone android. Kata kunci: Android, Smartphone, WPS, Propagasi, FSTL, LDPL. Abstract Wi-Fi Positioning Systems (WPS) on the smart phone have been growth rapidly in line with the number of smart phone users which are always connected to the WLAN. WPS is the solution of the lack of accuracy of the Global Positioning Systems in reading the user's position in the room. Since the WPS is used in indoor, the radio propagation is very influential. In this study, the model long distance propagation path loss (LDPL) will be applied to get the position by using WPS algorithm, then it will be compared to the implemented system [Lubbad, 2013]. The result of this research is used to get the most appropriate propagation model to be applied to the WPS Indoor application on android smart phone.. Keywords: Android, Smart phone, WPS, Propagation, FSTL, LDPL 1 Pendahuluan Penggunaan jaringan Wi-Fi berkembang semakin pesat dan mayoritas masih kacau [Aditya, 2005], dengan karakteristiknya yang tersebut yang menjadikan banyak penelitian tentang WiFi. Salah satunya tentang Wi-Fi Positioning system (WPS). WPS merupakan teknologi baru untuk mengatasi keterbatasan global Positioning system (GPS), dalam menentukan lokasi pengguna jika pengguna di dalam ruangan. Pada WPS, penentuan lokasi pengguna dihitung berdasarkan besar receive signal strength (RSS) yang diterima pengguna dari WiFi access point (AP). Penelitian tentang metode ini telah banyak dilakukan sebelumnya antara lain oleh [Cypriani,2009], [Bahl,2000] dan [Watanabe, 2012]. Karena WPS digunakan pada sistem indoor maka propagasi merupakan satu hal penting yang harus diperhatikan, penelitian tentang propagasi data WPS telah juga dilakukan oleh [Hu, 2011]. Adapun penelitian tentang aplikasi WPS berdasar RSS pada smartphone android telah dilakukan oleh [Beom, 2010] dan [Lubbad, 2013]. Pada penelitian yang dilakukan oleh [Beom, 2010], algoritman posisi pengguna hanya berdasarkan selisih nilai rata-rata dan nilai tiap tiap training tanpa memperhitungkan propagasi radionya. Pada penelitian yang dilakukan oleh

2 190 Rizki Dian Rahayani, Wahyuni Khabzli [Lubbad, 2013] algoritma posisi pengguna sudah memperhitungkan propagasi, dengan model propagasi ideal yang digunakan adalah free space pathloss (FSPL). Pada model propagasi FSPL, diasumsikan antara AP dan pengguna berada dalam satu tempat tanpa penghalang [Rappaport,2002], sehingga FSPL kurang efektif untuk daerah dengan gedung bertingkat yang banyak multipath. Model propagasi yang sesuai dengan kondisi gedung bertingkat adalah Log distance Path Loss (LDPL), dimana nilai redaman dari RSS yang diterima pengguna dipengaruhi oleh eksponen pathloss dan pathloss pada titik referensi. Hal tersebut yang menjadi latar belakang penelitian ini, dimana akan diterapkan model propagasi LDPL pada algoritma posisi yang akan dibangun pada smartphone android, untuk dibandingkan dengan penelitian yang ditelah dibuat oleh [Lubbad, 2013]. Hasil akhir penelitian ini adalah menemukan model propagasi mana yang lebih tepat diterapkan pada aplikasi WPS Indoor pada smartphone android. 2 Landasan Teori 2.1 WiFi Wi-Fi (atau Wi-fi, WiFi, Wifi, wifi) merupakan kependekan dari Wireless Fidelity, memiliki pengertian yaitu sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal Nirkabel (Wireless Local Area Networks - WLAN) yang didasari pada spesifikasi IEEE Wi-Fi dirancang berdasarkan spesifikasi IEEE Berikut spesifikasi Wi-Fi berdasarkan frekuensinya b 11 Mb/s 2.4 GHz b a 54 Mb/s 5 GHz a g 54 Mb/s 2.4 GHz b, g n 100 Mb/s 2.4 GHz b, g, n 2.2 WiFi Positioning Systems (WPS) WPS adalah teknik penentuan lokasi mobile device menggunakan WiFi access point (AP). WPS merupakan solusi keterbatasan GPS dalam membaca posisi ketika pengguna berada dalam ruangan. [Lim, 2012]. Selain itu WPS merupakan sistem yang murah karena menggunakan jaringan WLAN yang ada dan sebagian besar smartphone maupun mobile device sudah mempunyai fasilitas untuk terkoneksi dengan WiFi. Penyedia Komersial jenis layanan Positioning termasuk Google, Navizon, AlterGeo dan Skyhook Wireless. Teknik lokalisasi yang digunakan untuk penentuan posisi dengan titik akses nirkabel didasarkan pada pengukuran RSS dan metode " fingerprint ". [Bahl,2000] [Watanabe, 2012]. Ketepatan pembacaan posisi tergantung pada jumlah posisi yang dimasukkan ke dalam database. Fluktuasi sinyal yang terjadi dapat meningkatkan kesalahan dan ketidak akuratan pembacaan, sehingga perlu penerapan teknik tertentu untuk menimalisir noise. 2.3 Redaman Propagasi Radio Redaman propagasi (Path Loss) adalah besarnya daya yang hilang dalam menempuh jarak tertentu. Besarnya redaman ditentukan oleh kondisi alam seperti tidak adanya halangan antara pemancar dengan penerima. Selainn itu redaman sangat dipengaruhi oleh jarak antara pemancar dengan penerima dan frekuensi yang digunakan. Adanya pemantulan dari beberapa obyek dan pergerakan mobile station menyebabkan kuat sinyal yang diterima oleh mobile

3 Perbandingan Penerapan Model Propagasi Free Space Pathloss Dan Log Distance station bervariasi dan sinyal yang diterima tersebut mengalami path loss. Pada penelitian ini di gunakan 2 model redaman propagasi yaitu : 2.4 Free space Path Loss (FSPL) FSPL adalah model propagasi ideal, dimana antara pemancar dan penerima berada dalam saru jalur line of sight, sehingga satu satu nya faktor yang mempengaruhi penurunan sinyal adalah jarak. 2.5 Log distance Path Loss (LDPL) Pada LDPL, redaman yang dialami penerima dipengaruhi oleh jarak, redaman dititik referensi dan besarnya eksponen path loss. Besarnya eksponen pathloss pada masing masing daerah ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1 Eksponen Pathloss pada daerah yang berbeda [Srinivasa, 2009] Lingkungan Eksponen Pathloss, n Free space 2 Urban area cellular radio 2.7 to 3.5 Shadowed urban cellular radio 3 to 5 In Building line-of-sight 1.6 to 1.8 Obstructed in building 4 to 6 Obstructed in factories 2 to 3 3 Perancangan dan Implementasi Penelitian ini akan dilakukan di blok 6 Politeknik Caltex Riau. Dimana lokasi ini merupakan gedung tiga lantai dengan access point (AP) pada tiap lantainya. Penelitian direncanakan melalui 4 tahap, yaitu: 1. Perencanaan dan Perhitungan Eksponen Pathloss 2. Perencanaan dan Penerapan Model propagasi pada algoritma Positioning. 3. Membangun aplikasi pada android 4. Pengujian dan Analisa Data 3.1 Perencanaan dan Perhitungan Eksponen Pathloss Eksponen pathloss dihitung dengan menggunakan koefisien regresi pengaruh logaritmik jarak terhadap redaman yang terjadi pada komunikasi 2,4 GHz. Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui tingkat redaman pada blok 6 Politeknik Caltex Riau. Skenario pengukuran adalah posisi pemancar (Tx) AP yang tetap berada pada lantai 2 PCR, adapun penerima (Rx) PC yang bergerak menjauhi Tx per 2 m. Level daya pada Tx dan Rx kemudian digunakan untuk menghitung redaman yang terjadi. Skenario pengukuran eksponen pathloss ditunjukkan Gambar 1.

4 192 Rizki Dian Rahayani, Wahyuni Khabzli Gambar 1 Skenario Perhitungan Redaman Adapun eksponen pathloss dihitung persamaan log distance pathloss model berikut: (1) Selanjutnya persamaan (3.1) disubstitusi ke dalam persamaan regresi linier (2) Maka dapat dituliskan (3) - (4) (5) Dengan (6) (7) Perencanaan dan Penerapan Model propagasi pada Algoritma Positioning. Pada tahap ini akan diaplikasikan algoritma Positioning sistem untuk menentukan posisi pengguna (d) berdasarkan 2 model redaman propagasi yaitu : Free space Loss dan Log distance Loss Pada penelitian ini antena yang digunakan pada Tx dan Rx adalah antena omni direksional, sehingga besarnya gain masing masing antena diasumsikan Free space Path Loss (FSPL) FSPL adalah model propagasi ideal, dimana satu satu nya faktor yang mempengaruhi penurunan sinyal adalah jarak. Redaman ( dapat dihitung sebagai berikut : (8) (9)

5 Perbandingan Penerapan Model Propagasi Free Space Pathloss Dan Log Distance Dengan : Jarak antara Tx (AP) dan Rx (pengguna) : Panjang gelombang : Frekuensi kerja wi-fi (2,4 GHz) : Kecepatan cahaya ( (10) AP. Dengan adalah daya yang diterima pengguna dan adalah daya yang dipancarkan Dengan memperhitungkan efek dari multipath, ditambahkan eksponen (n) pathloss [Lubbad,2013] sehingga dapat dituliskan kembali menjadi Sehingga persamaan (3.10) dapat dituliskan menjadi (11) (12) Dengan persamaan (3.12) dapat diestimasikan posisi pengguna, android. dalam pemetaan Log distance Path Loss (LDPL) Pada metode ini, dapat diperkirakan besar rata rata radio signal strength (RSS) dari AP pada masing masing lokasi. Pada model propagasi ini, rata-rata RSS AP menurun secara logaritmik menurut pertambahan jarak. Redaman sinyal pada jarak d, dipengaruhi oleh redaman pada titik referensi ( dan besarnya eksponen pathloss ditunjukkan pada persamaan (3.13) : (13) Dengan gaussian random variabel yang diasumsikan pada sistem ini bernilai 0. Pada metode ini, titik referensi ( berjarak 1 m dari AP [Lim, 2013], sehingga dari tiap tiap AP, diukur rata rata redaman pada titik referensi skenario pengukuran seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Dengan persamaan (3.13) dapat diestimasikan posisi pengguna, android. dalam pemetaan

6 194 Rizki Dian Rahayani, Wahyuni Khabzli 3.2 Membangun aplikasi pada android Pada tahap ini diaplikasikan metode yang telah dijelaskan pada 3.2 pada android. Aplikasi sederhana akan dibuat pada android yang berisi data base nilai rata-rata tiap AP dan informasi AP tiap lantai beserta jaraknya dari pengguna. Tahap pertama adalah dengan menentukan RSS rata rata masing masing AP (AP1, AP2, AP3) yang didapat dari tiap lokasi pemetaan. Gambar 2 menunjukkan lokasi pemetaan tiap ruangan (asumsi ruangan 3 lantai). Nilai ini yang akan menjadi nilai referensi pada data base. Gambar 2 Pemetaan pada android Pengguna yang berada pada lokasi tertentu melakukan scanning untuk mengetahui daya RSS yang didapat dari masing masing AP. Proses scanning dilakukan selama 3 kali (3 kali training). RSS yang didapat kemudian dirata rata. Selisih nilai rata-rata dan nilai training menentukan langkah selanjutnya. Jika selisihnya di bawah nilai ambang (T), nilai training tersebut digunakan sebagai nilai acuan dan dihitung rata ratanya kembali. Proses terakhir adalah membandingkan nilai rata rata tersebut dengan data base, untuk menentukan lokasi dalam pemetaan. Diagram alir algoritma posisi, modifikasi dari [Beom, 2010], ditunjukkan pada Gambar 3, dengan masing-masing parameter adalah : Nilai RSS training : Jumlah iterasi : Jumlah data yang tersedia : Nilai rata-rata : Nilai rata rata data yang tersedia : Selisih nilai dan : Nilai ambang selisih RSS

7 Perbandingan Penerapan Model Propagasi Free Space Pathloss Dan Log Distance Gambar 3 Algoritma Posisi 3.3 Pengujian dan Analisa Data Hasil Pengujian akan dilakukan untuk 2 metode propagasi yaitu berdasarkan FSPL dan LDPL. pengujian masing masing metode yang berupa estimasi lokasi dibandingkan dengan lokasi aktual untuk menentukan eror pembacaannya, untuk kemudian dianalisa kelebihan dan kekurangan masing masing metode. 4 Daftar Pustaka [1] Aditya A, Self Management in chaotic wireless deployments, MOBI-COM, ISBN : , 2005 [2] Benjamin Hu, Analysis and Modelling of WiFi Access point Propagation Data, Mathematic Dept, University of York, UK, 2011.

8 196 Rizki Dian Rahayani, Wahyuni Khabzli [3] Beom Ju shin, Kwang-Won Lee, Sun-Ho choi, Joo-Yeon Kim, Indoor WiFi Positioning Systems for Android based Smartphone, IEEE, 2010 [4] Cypriani M, Lassable F, Open Wireless Positioning System, Computer Science Laboratory of University of Franche-Comte, France, [5] Lim, Jun Sung, Radio Map Update Automation for Wi-Fi Positioning Systems, Computer Science Dept, KAIST, Korea, 2013 [6] Lubbad Mohammed, Alkurdi Mahmoud, Samra Aiman, Robust Indoor Wi-Fi Positioning system for Android-based Smartphone, International Journal of Research in Business and Technology, Volume 3, Oktober [7] M.R Gholami, Positioning Algorithms for Wireless Sensor Network, Signal and Systems Dept, Chalmers University of Technology, Gothenburg, [8] Rappaport, Theodore S. Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall; 2 edition, Januar, [9] Srinivasa, S and Haenggi, Path Loss Exponent Estimation in Large Wireless Network, Network Communications and Information Processing (NCIP), University of Notre Dame, August 2009