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

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE TESIS NAMA: RUDIYANTO NPM: FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK DEPOK JULI 2012

2 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISA PENGARUH NILAI SUPERFRAME ORDER DAN BEACON ORDER TERHADAP KINERJA JARINGAN NIRKABEL MULTIHOP PADA PROTOKOL IEEE TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik NAMA: RUDIYANTO NPM: FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK KEKHUSUSAN JARINGAN INFORMASI DAN MULTIMEDIA DEPOK JULI 2012

3 ii

4 iii

5 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

6 v

7 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 Nilai Superframe Order Dan Beacon Order pada protokol IEEE 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 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 , WPAN, Superframe Order, Beacon Order, NS2. vi

8 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 Protocol Superframe order value and beacon order value on IEEE 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 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 , WPAN, Superframe Order, Beacon Order, NS2 vii

9 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... xvi 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Maksud dan Tujuan Metode Penulisan Sistematika Penulisan TINJAUAN PUSTAKA WBAN Antar Muka WBAN Teknologi Nirkabel Standar IEEE Standar IEEE a Komponen dan Topologi Spesifikasi Lapisan Fisik Arsitektur IEEE Layer Fisik PHY Sub Lapisan MAC Struktur Superframe viii

10 2.9.1 Akses Saluran Struktur Superframe Contention Access Period (CAP) Contention-Free Period (CFP) Model Transfer Data Transfer Data Ke Koordinator Transfer Data Dari Koordinator Struktur Frame Frame Beacon Frame Data Frame Acknowledgment Frame Perintah MAC Hubungan Antara BO dengan Delay Maksimum dan Daya PERANCANGAN SISTEM DAN SIMULASI Motivasi Arsitektur NS Lingkungan Simulasi Skenario Kerja NS Hasil Penelitian Pada Topologi Bintang Model Jaringan Konfigurasi Jaringan Topologi Jaringan Trafik Jaringan Waktu Simulasi Energi Awal Keluaran Simulasi Jaringan Pengukuran Kinerja Jaringan Throughput Delay Jaringan Rata-Rata Delivery Ratio Pemakaian Energi Analisa Drop untuk Protokol IEEE Proses Simulasi ix

11 4. HASIL PENGUKURAN SIMULASI DAN ANALISA Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada BO = SO Throughput Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO Delay Rata-Rata Jaringan Pada BO = SO Paket Drop Jaringan Pada BO = SO Delivery Ratio Jaringan Pada BO = SO Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada BO = SO Analisa Paket Drop Jaringan Pada BO = SO LQI Drop Jaringan Pada BO = SO END Drop Jaringan Pada BO = SO DUP Drop Jaringan Pada BO = SO BSY Drop Jaringan Pada BO = SO NRTE Drop Jaringan Pada BO = SO Loop Drop Jaringan Pada BO = SO CBK Drop Jaringan Pada BO = SO IFQ Drop Jaringan Pada BO = SO ARP Drop Jaringan Pada BO = SO Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Secara Keseluruhan Pada BO = SO Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Pada SO = Throughput Rata-Rata Jaringan Pada SO = Delay Rata-Rata Jaringan Pada SO = Paket Drop Jaringan Pada SO = Delivery Ratio Jaringan Pada SO = Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Pada BO = SO Analisa Paket Drop Jaringan Pada SO = LQI Drop Jaringan Pada SO = END Drop Jaringan Pada SO = DUP Drop Jaringan Pada SO = BSY Drop Jaringan Pada SO = x

12 NRTE Drop Jaringan Pada SO = Loop Drop Jaringan Pada SO = CBK Drop Jaringan Pada SO = IFQ Drop Jaringan Pada SO = ARP Drop Jaringan Pada SO = Analisa Kinerja Jaringan Simulasi Secara Keseluruhan Pada SO = KESIMPULAN DAFTAR ACUAN xi

13 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 [6] Gambar 2.3. Urutan Transmisi Frame IEEE [6]. [6] Gambar 2.4. Topologi Bintang atau Topologi Peer-to-Peer [9] Gambar 2.5. Arsitektur Perangkat LR-WPAN [9] Gambar 2.6. Struktur Superframe Tanpa GTS [9] Gambar 2.7. Struktur Superframe dengan GTS [9] Gambar 2.8. Contoh Struktur Superframe [9] Gambar 2.9. Komunikasi Ke Koordinator Dalam PAN Beacon Enabled [9] Gambar Komunikasi Ke Koordinator dalam PAN Nonbeacon Enabled [9] Gambar Komunikasi Dari Koordinator Dalam PAN Beacon Enabled [9] Gambar Komunikasi Dari Koordinator Dalam PAN Nonbeacon Enabled [9] Gambar Tampilan Skema Beacon Frame Dan Paket PHY [9] Gambar Tampilan Skema Frame Data dan paket PHY [9] Gambar Tampilan Skema Frame Acknowledgment dan paket PHY [9].. 28 Gambar Tampilan Skema Frame Perintah MAC dan paket PHY [9] Gambar Grafik δ dan ξ Tergantung pada Nilai BO [4] Gambar 3.1. Arsitektur NS2 [10] Gambar 3.2. Diagram Alir untuk Skenario yang Berjalan Di NS2 [10] Gambar 3.3. Kinerja Throughput pada Rentang 0,1 3,0 pkts/sec [11] 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] Gambar 3.6. Energi dengan Tingkat Keyakinan yang Lebih Baik pada Rentang Datarate 0,1 3,0 pkts/sec [11] Gambar 3.7. Skenario Jaringan Nirkabel Pohon xii

14 Gambar 3.8. Constant Current Discharge [11] Gambar 3.9. Tampilan Simulasi Aplikasi NAM Gambar Penghitungan Presentasi Energi Rata-Rata dalam Berkas avg_throughput.awk [13] Gambar Proses Simulasi Gambar 4.1. Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan Gambar 4.2. Grafik Delay Rata-Rata Jaringan Gambar 4.3. Grafik Paket Drop Jaringan Gambar 4.4. Grafik Delivery Ratio Jaringan Gambar 4.4. Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Gambar 4.5. Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi Gambar 4.6. Grafik END Drop Jaringan Simulasi Gambar 4.7. Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi Gambar 4.8. Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi Gambar 4.9. Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik ARP Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik Throughput Rata-Rata Jaringan Gambar Grafik Delay Rata-Rata Jaringan Gambar Grafik Paket Drop Jaringan Gambar Grafik Delivery Ratio Jaringan Gambar Grafik Pemakaian Energi Rata-Rata Node Jaringan Gambar Grafik LQI Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik END Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik DUP Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik BSY Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik NRTE Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik Loop Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik CBK Drop Jaringan Simulasi Gambar Grafik IFQ Drop Jaringan Simulasi xiii

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

16 DAFTAR SINGKATAN BAN BI BO CAP CBR CCA CFP CID CSMA-CA ED FFD FTP GTS LQI LR-WPAN MLME MPDU MSDU NAM NS PAN PIB PLME POS PPDU PSDU RFD SD SO SPDU : Body Area Networks : Beacon Interval : Beacon Order : Contension Access Period : Constant Bit Rate : Clear Channel Assessment : Contension Free Period : Cluster Identification : Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance : Energy Detection : Full Function Device : File Transfer Protocol : Guaranteed Time Slots : Link Quality Indication : Low Rate Wireless Personal Area Networks : Mac Layer Management Entity : Mac Protocol Data Unit : MAC Serice Data Unit : Network Animator : Network Simulator : Personal Area Network : PAN Information Base : Physical Layer Management Entity : Personal Operating Space : PHY Protocol Data Unit : PHY Service Data Unit : Reduced Function Device : Superframe Duration : Superframe Order : SSCS Protocol Data Unit xv

17 SSCS TCP UDP WBAN WPAN : Service Specific Convergence Sublayer : Transmission Control Protocol : User Datagram Protocol : Wireless Body Area Networks : Wireless Personal Area Networks xvi

18 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 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 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 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 Task Group 6 pada bulan Desember 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

19 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.

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

21 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 Metode Penulisan Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan beberapa metode sebagai berikut: 1 Memahami standar IEEE dari buku standar IEEE , makalah-makalah, thesis-thesis dan sumber-sumber Internet yang ada. 2 Mempelajari simulator jaringan NS2 dan source code NS2 untuk jaringan dengan standar IEEE 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 Sistematika Penulisan Supaya mudah dimengerti penelitian ini ditulis secara sistematis dan bertahap, yaitu: Bab I : Pendahuluan Menjelaskan secara umum protokol IEEE dan aplikasinya Bab II : Tinjauan Pustaka Menjelaskan teori tentang WPAN dan standar IEEE 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

22 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.

23 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

24 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 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].

25 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].

26 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

27 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] 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 (2002) untuk Bluetooth, IEEE b / g (2003) untuk dasar WiFi dan IEEE (2006) sebagai dasar ZigBee (2007). Standarisasi IEEE 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 mengeluarkan tiga standar WPAN yaitu: a. IEEE untuk WPAN tingkat menengah standar ini merupakan standar Bluetooth. b. IEEE P untuk standar WPAN tingkat tinggi.

28 11 c. IEEE pada tahun 2006 untuk standar WPAN tingkat rendah, standar ini bertujuan untuk sensor atau aktuator jaringan, kemudian diubah pada tahun 2007 menjadi standar IEEE a. Implementasi WPAN yang ada sebagian besar didasarkan pada IEEE atau IEEE 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]. IEEE b WiFi IEEE Bluetooth IEEE ISM band 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 915 MHz (US) 868 MHz (EU) Air interface Directsequence spread spectrum (DSSS) Frequencyhopping spread spectrum (FHSS) Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) #Channels/schemes 11 (US) Data rate (aggregated) (EU) 11 Mbps (50 Mbps) 1 Mbps (<10 Mbps) 250 kbps (<4,000 kbps) Optionally 250 kbps (<2500 kbps) m Range 100 m 10 m, 30 m, 100 m Network topology Star, peer-topeer Star Star, peer-to-peer Network size ,535 Network join time <3 s <5 s <<1 s Real-time support No No Guaranteed time slots Protocol Medium High Simple complexity Stack size 100 KB 256 KB 24 KB Security Typical power consumption Authentication, encryption 471 mw (MAXIM MAX2822) Authentication, encryption 83 mw (LINKMATIK 2.0) Optionally 250 kbps (250 kbps) Authentication, encryption, integrity, freshness 60 mw (Texas Instruments CC2420) IEEE a (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 a mempunyai kebutuhan daya komunikasi yang rendah disamping handal untuk multipath fading [7].

29 Standar IEEE Standar IEEE 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 mendukung dua jenis topologi, topologi bintang dan topologi peer to peer. Empat struktur frame didefinisikan dalam standar IEEE , 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 [6]. Ada dua mode operasi dalam jaringan IEEE , 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

30 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 [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

31 14 cukup waktu untuk memproses data yang diterima dari layer fisik. IFS bisa SIFS atau LIFS, tergantung pada ukuran dari frame MAC [6] Standar IEEE a Standar IEEE a merupakan amandemen standar IEEE 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 Komponen dan Topologi Dua jenis perangkat yang dapat berpartisipasi dalam jaringan IEEE , 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 terdiri dari beberapa komponen, yang paling dasar adalah perangkat. Perangkat mungkin merupakan sebuah RFD atau FFD. Dua atau lebih perangkat dalam Personal Operating Space

32 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 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 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] Spesifikasi Lapisan Fisik Lapisan PHY dari IEEE bertanggung jawab untuk [9]: Pengaktifan dan penonaktifan radio pemancar dan penerima.

33 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 Arsitektur IEEE Dalam arsitektur IEEE 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 IEEE tipe 1 Logical Link Control (LLC) dapat mengakses sublapisan MAC melalui Service-Specific Convergence Sublayer (SSCS). Arsitektur LR-WPAN

34 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] 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 PLME- SAP. 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]: ,6 MHz (Eropa) MHz (Amerika Utara) ,5 MHz (seluruh dunia)

35 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] Struktur Superframe Gambar 2.6. Struktur Superframe Tanpa GTS [9] Standar IEEE 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

36 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 akan dimatikan. Beacon digunakan untuk menyinkronkan perangkat 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].

37 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 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 * 2 BO. 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 * 2 SO. 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 2 SO * 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].

38 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] 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

39 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 CSMA- CA 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] 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] Model Transfer Data Terdapat tiga jenis transaksi transfer data pada protokol IEEE 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].

40 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] 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]

41 24 Gambar 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 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.

42 25 Gambar 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.

43 26 Gambar Komunikasi dari Koordinator dalam PAN Nonbeacon Enabled [9] 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 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 Frame Beacon Struktur frame beacon berasal dari dalam sub lapisan MAC seperti yang diperlihatkan pada Gambar 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

44 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 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] 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 Muatan PHY tersebut diawali dengan SHR, yang berisi urutan pembukaan dan field SFD dan PHR berisi

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

46 Frame Perintah MAC Struktur frame perintah MAC berasal dari dalam sublayer MAC seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 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 Tampilan Skema Frame Perintah MAC dan paket PHY [9] 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.

47 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 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.

48 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

49 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] Lingkungan Simulasi Pada tesis ini digunakan perangkat lunak NS2.34 All In One dalam Sistem Operasi Linux Ubuntu 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].

50 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].

51 Hasil Penelitian Pada Topologi Bintang Sebelum penelitian ini sudah pernah ada penelitian pada protokol IEEE 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].

52 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.

53 36 Gambar 3.6. Energi dengan Tingkat Keyakinan yang Lebih Baik pada Rentang Datarate 0,1 3,0 pkts/sec [11] Model Jaringan Model jaringan yang diteliti dalam tesis ini merupakan jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 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 [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 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.

54 Konfigurasi Jaringan Konfigurasi model jaringan yang digunakan pada simulasi jaringan nirkabel multihop dengan protokol IEEE 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, 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) : Beacon Order (BO) : Energi Awal : Joule. Daya Idle : 0, W Topologi Jaringan Jaringan model yang akan digunakan pada penelitian ini merupakan jaringan nirkabel yang mempunyai topologi pohon atau tree. Jaringan ini terdiri

55 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 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].

56 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 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 [11] Frequency Band Num of Channels Datarate (kbps) Applicability Restrictions 2.4Ghz WorldWide Unlicensed 915Mhz 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)

57 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 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 = Joule (3.16)

58 41 Berdasarkan perhitungan di atas maka pada penelitian ini juga diasumsikan energi awal Joule. Gambar 3.8. Constant Current Discharge [11] 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.

59 42 Gambar 3.9. Tampilan Simulasi Aplikasi NAM 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 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.