PENGARUH JARAK DAN OBSTACLE PADA RSSI JARINGAN ZIGBEE ( ) Reza Febrialdy Yuwono 1, Novian Anggis S. 2

Transkripsi

1 PENGARUH JARAK DAN OBSTACLE PADA JARINGAN ZIGBEE ( ) Reza Febrialdy Yuwono 1, Novian Anggis S. 2 1,2 Prodi S1 Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Telkom 1 rezafebrialdy@gmail.com, 2 anggis@telkomuniversity.ac.id ISSN : Abstrak Protokol zigbee sudah banyak diterapkan pada berbagai bidang kehidupan manusia. Salah satu contoh implementasi zigbee adalah dikolaborasikan dengan WSN untuk kegiatan monitoring menggunakan berbagai jenis sensor sesuai dengan kebutuhan manusia. Dengan menggunakan zigbee sebagai media transmisinya proses deteksi dapat di monitoring secara real-time dan remote, selain itu zigbee yang memiliki karakteristik low data rate, sehingga sangat cocok digunakan dalam pengembangan sistem. Permasalahan yang terjadi adalah ketika WSN berbasis Zigbee diimplementasikan pada tempat yang memiliki obstacle (penghalang), kualitas sinyal yang dihasilkan (parameter Received Signal Strength Indicator ()) menjadi menurun. Pada penelitian ini dilakukan pengujian pengaruh penghalang dan jarak WSN, dengan hasil sebagai berikut faktor obstacle dan jarak mempengaruhi nilai. Berdasarkan hasil pengujian, terjadi perubahan nilai sekitar 10,8 dbm untuk setiap penambahan 1 obstacle dan terjadi penurunan nilai setiap selang 5 meter. Kata kunci : ZigBee, WSN,, obstacle, jarak Pendahuluan Zigbee merupakan standar dari IEEE untuk komunikasi data. Kelebihan dari zigbee adalah mempunyai konsumsi daya yang rendah. Zigbee adalah protokol komunikasi yang mengacu pada IEEE yang berhubungan dengan wireless personal area network (WPANs). Jadi inti dari teknologi zigbee adalah untuk mengirimkan data secara wireless dengan transfer rate dan konsumsi daya yang rendah, sehingga zigbee lebih murah jika dibandingkan dengan bluetooth. Berkebalikan dengan WiFi dan Bluetooth yang memiliki transfer rate yang tinggi tetapi memiliki jangkaun jarak yang kecil, zigbee memiliki transfer rate sekitar 250kbps dan memiliki jarak makimum sebesar 76 meter. Zigbee dapat membuat jaringan yang luas karena zigbee dapat diimplementasikan menggunakan topologi mesh. Zigbee banyak diimplementasikan pada embedded system. Ketika diimplementasikan pada wireless sensor network (WSN), Zigbee memiliki beberapa permasalahan. Permasalahan tersebut antara lain adalah jarak dan obstacle (penghalang) dari node sensor ke gateway. Semakin jauh jarah sensor dengan gateway akan semakin tinggi jumlah paket yang tidak sampai ditujuan dan semakin lama delay waktu yang didapatkan karena kuat sinyal () semakin rendah. Pada penelitian ini akan diajukan rumusan untuk menghitung besar pengaruh dari jarak dan obstacle terhadap kuat sinyal. Pada penelitian ini dikelompokkan dalam tiga bagian, yaitu latar belakang dan pendahuluan, dasar teori dan perancangan system uji, analisis, dan bagian akhir adalah kesimpulan. Dasar Teori dan Perancangan 1. Zigbee ( ) Standard dan spesifikasi dalam jaringan sensor nirkabel mengatur pengimplementasian dari sebuah jaringan sensor nirkabel. Organisasi IEEE mem-publish beberapa standar yang digunakan dalam jaringan sensor nirkabel, khususnya pada layer fisik dan layer MAC. Salah satu standar yang sering digunakan dalam implementasi jaringan sensor nirkabel adalah standar IEEE Standar jaringan memiliki beberapa spesifikasi khusus yang mendukung sistem kerja jaringan dalam rate data yang rendah, umur baterai sensor yang panjang, dan keamanan jaringan dalam sebuah WPAN (wireless personal area network). Standar memiliki coverage area yang luas dalam sebuah WPAN mulai 10 sampai 1000 meter bergantung pada hardware yang diimplementasikan. Rate data transmisi dari standar dapat 246

2 mencapai 250 kb/s. Dengan kemampuan jaringan yang dibentuk dari standar , banyak proses automatisasi dari sebuah proses yang memanfaatkan jaringan tersebut. Beberapa manfaat yang dapat diimplementasikan dari sebuah jaringan dengan standar antara lain home automation, building automation, industrial controlling, pengumpulan data medis, pendeteksian asap, dan embedded sensing. Perbedaan antara teknologi Zigbee, WiFi dan Bluetooth ditunjukkan pada table 2.1. Kelebihan dari Zigbee adalah pada penggunaan tenaga dan cost pengiriman data. Standard Wi-Fi Bluetooth Zigbee Bandwidth Up to 54 Mbps 1 Mbps 250 kbps Tabel 2.1 Perbedaan Zigbee, WiFi dan Bluetooth [1] Power Protocol Stronghold Consumption Stack Size 400+mA TX, standby 20mA 40mA TX, standby 0.2mA 30mA TX, standby 3#&956;A 100+KB 100+KB 4 32KB High Data Rate Interoperability, cable replacement Long battery life, low cost Applications Internet browsing, PC networking, file transfer Wireless USB, handset, headset Remote control, battery-operated product, sensors 2. Wireless Sensor Network (WSN) Wireless Sensor Network merupakan suatu jaringan yang terdiri atas peralatan embedded yang didalamnya terdiri atas satu atau lebih sensor, aktuator, microcontroller dan perangkat komunikasi. Pada awalnya, Wireless Sensor Network dikembangkan untuk keperluan militer dalam medan perang, tapi saat ini penggunaan wireless sensor network banyak diterapkan pada berbagai macam bidang, antara lain bidang kesehatan, home automation, monitoring, kontrol robot, monitor tingkat polusi atau kontaminasi udara, pengendali reaktor nuklir, sistem deteksi kebakaran, object tracking, dll. Ada beberapa topologi yang digunakan dalam pengimplementasian wireless sensor network, yaitu topologi star, bus, ring, mesh, tree dan fully connected [2]. Gambar 2.1 Perancangan Sistem Pengujian 3. Perancangan Sistem Sistem pengujian yang akan diimplementasikan ditunjukkan pada Gambar 2.1. Terdapat satu coordinate node dan end node satu. Komunikasi antara coordinate node dan end node menggunakan Zigbee. Di antara end node dan coordinate node akan dikondisikan terdapat obstacle berupa tembok dengan jumlah 1 dan 2. Untuk kebutuhan end node dan coordinate node adalah sebagai berikut: Perangkat End Node 247

3 1. Sensor MQ-7, sensor yang sangat sensitif terhadap zat karbon monoksida sehingga cocok digunakan untuk mendeteksi asap rokok. 2. Arduino Uno R3, berfungsi sebagai microcontroller. Arduino Uno R3 akan bekerja sesuai dengan program yang di upload. Program ditulis dalam bahasa C. 3. XBee S2, untuk membangun komunikasi pada jaringan zigbee. XBee S2 pada perangkat end node berperan sebagai router XBee. Router XBee berfungsi untuk mengirimkan data ke coordinator XBee yang berada pada perangkat coordinator node. 4. Motor Servo MG995, sebagai aktuator. Motor Servo MG955 berfungsi untuk menggerakan jendela sehingga dapat bergerak secara otomatis. Ketika asap rokok terdeteksi oleh sensor, maka secara otomatis aktuator akan bergerak untuk membuka jendela. Perangkat Coodinator Node 1. XBee S2, untuk membangun komunikasi pada jaringan zigbee. XBee S2 pada perangkat coordinator node berperan sebagai coordinator XBee. Coordinator XBee berfungsi untuk menerima data yang dikirimkan oleh router XBee. 2. XBee USB Adapter, untuk menghubungkan perangkat xbee dengan laptop. XBee USB Adapter juga dapat digunakan untuk melakukan konfigurasi XBee. 3. Laptop, sebagai server untuk mengolah data dan mengirimkan notifikasi. Laptop akan terhubung dengan XBee melalui XBee USB adapter. 4. Modem, dihubungkan dengan laptop, agar laptop dapat terhubung dengan internet. Pengujian dan Analisis 4. Pengaruh Obstacle Pengujian bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh faktor obstacle terhadap nilai. Obstacle disini merupakan tembok dengan ketebalan sekitar 15 cm. Jarak yang digunakan sama, yaitu 5 m. Tetapi pada pengujian ini obstacle yang digunakan berbeda-beda. Ada 3 obstacle yang digunakan, yaitu 0 obstacle, 1 obstacle dan 2 obstacle. Tabel 3.1 Hasil Pengujian Dengan Pengaruh Obstacle Percobaan Ke- Jarak Pengujian Sebesar 5 m (0 obstacle) (1obstacle) (2 obstacle) Min Max Avg -66,2-77,8-87,8 Dari hasil pengujian, didapatkan data yang ditunjukkan pada Tabel 3.1. Dari Tabel 4.9 terlihat bahwa nilai dengan 0 obstacle memiliki rata-rata sebesar -66,2 dbm, dengan 1 obstacle memiliki rata-rata sebesar -77,8 dbm dan dengan 2 obstacle memiliki rata-rata sebesar -87,8 dbm. Dari Tabel 3.1 terlihat bahwa obstacle sangat mempengaruhi nilai. Karena terdapat perubahan nilai pada obstacle yang berbeda-beda. Hal ini dapat dilihat dari Tabel 3.2 berikut yang memperlihatkan hasil selisih nilai dengan dipengaruhi oleh obstacle. 248

4 Jarak Tabel 3.2 Selisih Nilai Dipengaruhi Oleh Obstacle Selisih (0 obstacle-1 obstacle) Selisih (1 obstacle -2 obstacle) Rata-rata Selisih dbm/obstacle (y) 5 m 11, ,8 10,8/obstacle Dari Tabel 4.10 terlihat bahwa untuk setiap penambahan 1 obstacle terjadi selisih nilai sekitar 10,8 dbm. Perubahan nilai nya cukup signifikan, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa obstacle sangat mempengaruhi nilai. Semakin banyak obstacle maka nilai akan semakin kecil. 5. Pengaruh Jarak Pengujian bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh faktor jarak terhadap nilai. Ada 4 jarak yang digunakan, yaitu 5 m, 10 m, 15 m dan 20 m. Pada pengujian ini tidak menggunakan obstacle, karena hanya bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh jarak terhadap nilai. Pada pengujian ini tidak menggunakan obstacle, tapi jarak yang digunakan berbeda-beda. Ada 4 jarak yang digunakan, yaitu 5 m, 10 m, 15 m dan 20 m. Dari pengujian, didapatkan hasil pengujian pengaruh jarak terhadap ditunjukkan pada Tabel 3.3. Tabel 3.3 Hasil Pengujian Percobaan ke- Jarak 5 m 10 m 15 m 20 m Min Max Avg -66,2-72,8-75,2-76,8 Dari Tabel 4.11 terlihat nilai rata-rata pada jarak 5 meter sebesar -66,2 dbm, pada jarak 10 meter sebesar -72,8 dbm, pada jarak 15 meter sebesar -75,2 dbm dan pada jarak 20 meter sebesar -76,8 dbm. Berdasarkan Tabel 3.3 terlihat bahwa nilai untuk setiap penambahan 5 meter akan terjadi pengurangan nilai, sehingga kuat sinyalnya akan semakin lemah. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Benkic [3] yang menyebutkan bahwa nilai akan terus bertambah kecil ketika terjadi penambahan jarak. Tabel 4.12 Nilai Pada Range Kelipatan 5 meter Jarak (m) 0 m - 5 m 5 m - 10 m 10 m - 15 m 15 m - 20 m (dbm)

5 6. Rumus pengaruh obstacle dan jarak Lalu akan dicari nilai pembanding. pembanding merupakan nilai hasil dari pengaruh obstacle dan jarak. Nilai pembanding didapatkan berdasarkan persamaan berikut : r b r r (4.1) Keterangan : x : Merupakan Nilai pembanding. y : Nilai pada jarak 0 meter. z : Nilai pada selang 5 meter. Nilai ini diambil berdasarkan hasil pengujian dengan pengaruh jarak yang dapat dilihat pada Tabel a : Variabel obstacle. Obstacle disini mengikuti obstacle pada pengujian dilingkungan uji. Ada 3 obstacle, yaitu 0 obstacle,1 obstacle dan 2 obstacle. x : 10,8 dbm/obstacle 23. Kesimpulan Dari pengujian yang dilakukan faktor obstacle dan jarak mempengaruhi nilai. Berdasarkan hasil pengujian, terjadi perubahan nilai sekitar 10,8 dbm untuk setiap penambahan 1 obstacle dan terjadi penurunan nilai setiap selang 5 meter. Daftar Pustaka: [1] Winardi., Mengenal Teknologi Zigbee Sebagai Standart Pengiriman Data Secara Wireless. [2] Netalia, E., Nurjanti, M., Kesuma, A., WSN (Wireless Sensor Network). [3] Benkic, K.; Malajner, M.; Planinsic, P.; Cucej, Z., "Using value for distance estimation in wireless sensor networks based on ZigBee," Systems, Signals and Image Processing, IWSSIP th International Conference on, vol., no., pp.303,306, June