Journal of Control and Network Systems

Transkripsi

1 JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Journal of Control and Network Systems Situs Jurnal : RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN KUALITAS UDARA MENGGUNAKAN WIRELESS SENSOR NETWORKS DENGAN TOPOLOGI CLUSTER Dyah Lestari Saraswati 1) Jusak 2) Yosefine Triwidyastuti 3) Program Studi/Jurusan Sistem Komputer STMIK STIKOM Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, )dyahlestarisaraswati@gmail.com, 2)jusak@stikom.edu 3) yosefine@stikom.edu Abstract: It is commonly understood that air pollution brinqs detrimental effect to human health, it can cause diseases and lead todeath. Therefore, it is urgently required to monitor airborne levels continously. In this research, it monitoring system utilizing the wireless sensor networks with cluster method. We consider that there are two clusters where every cluster head has two child nodes equipped with a CO sensor and a CO2 sensor for each node. Data from child node sent to through parent node and each cluster head. We used the xbee radio as wireless transmision from child node to parent node, we used the wifi Tonylabs CC3000 module as wireless transmission from parent to. The result shows that delay and packet loss between child node and parent node through the xbee are aproximately 4,75 seconds and 9,16%, respectively. This means that the system has short delay and relatively low packet loss. On the other had the packet loss from parent node to are relative higher than that from the child node to parent node i.e. aproximately 15 %, Interestingly it can achievedelay of close to zero second during transmission. Keyword : Wireless Sensor Networks, Cluster, Karbonmonoksida, Karbondioksida, Tonylabs CC3000 Pencemaran udara dapat mempengaruhi kesejahteraan manusia, baik secara langsung ataupun secara tidak langsung. Pengaruh pencemaran udara secara langsung dapat berupa penyakit dan kematian, sedangkan pengaruhnya secara tidak langsung adalah terganggunya berbagai sumberdaya alam yang penting untuk kehidupan dan kesejahteraan manusia (Dahlan,1989). Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pembuatan alat pendeteksi gas CO, CO 2 dan SO 2 namun pada penelitian tersebut area yang dideteksi hanya satu lokasi saja tanpa menngunakan jaringan sensor nirkabel (Islam, 2013). Berdasarkan kondisi polusi udara dan akibat langsung yang di timbulkan maka dibuatlah sebuah alat pemantau kualitas udara menggunakan jaringan sensor nirkabel dengan topologi cluster yang akan memonitoring kualitas udara di sekitar kampus Institut Bisnis Stikom Surabaya. Penggunaan topologi cluster pada penelitian ini karena kondisi area pemantauan kondisi udara berada pada beberapa lokasi yang berbeda sehingga dibutuhkan topologi yang bersifat hirarki (cluster) untuk mengurangi beban setiap node. METODE PENELITIAN Perancangan sistem Pemantauan dilakukan untuk mendeteksi kadar CO dan CO 2. Terdapat sensor pada masing masing Child Node (CN) dan Child Node tersebut akan diletakkan pada 2 titik daerah yang berbeda yang terhubung pada sebuah cluster. Sensor CO (CN 1) dan CO 2 (CN 2) akan diletakkan pada sebuah daerah disekitar Intitut Bisnis Stikom Surabaya, yang akan mentransmisikan rata rata data setiap menit kepada Cluster Head 1 (CH 1). Sedangkan kedua sensor yang lain yaitu CO (CN 3) dan CO 2 (CN 4) akan diletakkan di daerah berbeda disekitar Intitut JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 126

2 Bisnis Stikom Surabaya, yang akan mentransmisikan nilai tertinggi data setiap menit kepada Cluster Head 2 (CH 2). Data yang telah diterima oleh masing masing Cluster Head (CH) akan ditransmisikan kembali kepada sebuah Parent Node (PN). Data yang diterima oleh PN yang telah terintegrasi dengan jaringan wifi, agar user dapat memantau keadaan udara, melalui sebuah aplikasi yang dibangun dari Visual Basic, disekitar Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya. Sedangkan pengiriman data yang berasal dari masing masing CN hingga diterima oleh PN ditransmisikan menggunakan wireless zigbee networks. Gambar 2. Desain Peletakan HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Penelitian ini dilakukan pengambilan data agar data yang telah di transmisikan dapat di hitung paket loss dan delaynya yang terjadi ketika proses mentransmisikan data dari Child Node pada masing masing Cluster Head, Cluster Head pada Parent Node, Child Node pada Parent Node, Parent Node pada dan Child Node pada. Gambar 1. Gambar Perancangan Pada penelitian ini, Child Node 1 dan Child Node 2 akan diletakkan pada KOPMA atas Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya dan Cluster Head 1 diletakkan jam menara Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya. Sedangkan Child Node 3 dan Child Node 4 akan diletakkan pada daerah disekitar gedung Serba Guna Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya dan Cluster Head 2 diletakkan pada daerah parkir Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya. Dan Parent Node diletakkan pada Lobi Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya. Sedangkan akan diletakkan di ruang kemahasiswaan Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya. 1. Data dari masing masing Child Node ke Cluster Head a. CN 1 ke CH 1 Gambar 3. Data rata-rata CO pada CN 1 untuk CH 1 JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 127

3 Gambar 4. Data rata-rata CO pada CH 1 untuk CN 1 b. CN 2 ke CH 1 Gambar 8. Data tertinggi CO pada CH 2 untuk CN 3 d. CN 4 ke CH 2 Gambar 5. Data rata-rata CO 2 pada CN 2 untuk CH 1 Gambar 9. Data tertinggi CO 2 pada CN 4 untuk CH 2 Gambar 6 Data rata-rata CO 2 pada CH 1 untuk CN 2 c. CN 3 ke CH 2 Gambar 10. Data tertinggi CO 2 pada CN 4 untuk CH 2 Tabel 1. Hasil analisa data masingmasing CN ke CH Node Asal Node Tujuan Delay Paket Loss CN 1 CH 1 2 detik 3.33% CN 2 CH 1 2 detik 3.33% CN 3 CH 2 3 detik 3.33% CN 4 CH 2 3 detik 3.33% Rata - rata 2.5 detik 3.33% Gambar 7. Data tertinggi CO pada CN 3 untuk CH 2 JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 128

4 Dari analisa data dari masing masing CN ke CH dapat dilihat pada table di atas bahwa rata-rata paket loss sangat kecil dan dalam katagori bagus. Hal tersebut di dapat dari 1 data yang hilang dari 30 data sehingga dapat dihitung sebagai berikut 1 / 30 * 100% = 3.33%. Delay transmisi dari masing masing CN sehingga menuju ke PN secara rata rata 2.5 detik. Hal ini menunjukkan bahwa data yang di terima masih bisa di toleransi, mengingat lama waktu pengiriman adalah 1 menit, sehingga delay 2.5 detik tidak terlihat oleh user. Gambar 14. Data rata rata CO 2 pada PN b. CH 2 ke PN 2. Data dari Cluster Head ke Parent Node a. CH 1 ke PN Gambar 15. Data tertinggi CO pada CH 2 Gambar 11. Data rata rata CO pada CH 1 Gambar 16. Data tertinggi CO pada PN Gambar 12. Data rata rata CO pada PN Gambar 17. Data tertinggi CO 2 pada CH 2 Gambar 13. Data rata rata CO 2 pada CH 1 JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 129

5 Gambar 18. Data tertinggi CO 2 pada PN Tabel 2. Hasil analisa data dari CH ke PN Node Asal Node Tujuan Delay Paket Loss CN 1 pada CH 1 PN 2 detik 0% CN 2 pada CH 1 PN 2 detik 10% CN 3 pada CH 2 PN 2 detik 6.67% CN 4 pada CH 2 PN 3 detik 6.67% 2.25 Rata rata detik 5.83% Dari analisa data dari CH ke PN dapat dilihat pada tabel di atas bahwa paket loss kecil yaitu dengan rata rata sebesar 5.83%. Hal ini menunjukkan bahwa paket loss yang didapat termasuk dalam kategori bagus. Komunikasi antara CH sampai dengan PN ini menggunakan xbee. Delay pengirimanpun juga memiliki waktu yang relative sama, yaitu antara 2-3 detik, hal ini menunjukkan bahwa waktu penerimaan data masih bisa ditoleransi, mengingat lama waktu pengiriman setiap data adalah 1 menit, sehingga delay tidak terlihat signifikan oleh user. Gambar 20. Data rata-rata CO pada PN untuk CN 1 b. CN 2 ke PN Gambar 21. Data rata-rata CO 2 pada CN 2 untuk PN 3. Data dari masing masing Child Node ke Parent Node a. CN 1 ke PN Gambar 22. Data rata-rata CO 2 pada PN untuk CN 2 c. CN 3 ke PN Gambar 19. Data rata-rata CO pada CN 1 untuk PN Gambar 23. Data tertinggi CO pada CN 3 untuk PN JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 130

6 Gambar 24. Data tertinggi CO pada PN untuk CN 3 d. CN 4 ke PN Dari analisa data dari CN ke PN dapat dilihat pada tabel di atas bahwa paket loss kecil yaitu dengan rata rata sebesar 9.16%. yang di dapat dari penambahan paket loss dari CN ke CH ditambahkan dengan paket loss dari CH ke PN kemudian hasil penambahan tersebut dibagi 30 kemudian hasilnya dikalikan 100%. Dari hasil rata rata tersebut hal ini menunjukkan bahwa paket loss yang didapat termasuk dalam kategori bagus. Komunikasi antara CN sampai dengan PN ini menggunakan xbee. Delay pengirimanpun juga memiliki waktu yang relative sama, yaitu antara 4-5 detik dan untuk perhitungan delaypun sama dengan menghitung paket loss dengan menambahan delay dari CN ke CH ditambahkan dengan delay dari CH ke PN. Hal ini menunjukkan bahwa waktu penerimaan data masih bisa ditoleransi, mengingat lama waktu pengiriman setiap data adalah 1 menit, sehingga delay tidak terlihat signifikan oleh user. 4. Data dari Parent Node ke Gambar 25. Data tertinggi CO 2 pada CN 4 untuk PN Gambar 26. Data tertinggi CO 2 pada PN untuk CN 4 Gambar 27. Data rata - rata CO pada PN untuk Tabel 3. Hasil analisa data dari CN ke PN Node Asal Node Tujuan Delay Paket Loss CN 1 PN 4 detik 3.33% CN 2 PN 4 detik 13.33% CN 3 PN 5 detik 10% CN 4 PN 6 detik 10% 4.75 Rata rata detik 9.16% Gambar 28. Data rata - rata CO pada untuk PN JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 131

7 Gambar 29. Data rata - rata CO 2 pada PN untuk Gambar 33. Data tertinggi CO 2 pada PN untuk Gambar 30. Data rata - rata CO 2 pada untuk PN Gambar 34. Data tertinggi CO 2 pada untuk PN Tabel 4. Hasil aalisa data dari PN ke Gambar 31. Data tertinggi CO pada PN untuk Gambar 32. Data tertinggi CO pada untuk PN Node Asal Node Tujuan Delay Paket Loss CN 1 pada PN 1 detik 13.33% CN 2 pada PN 0 detik 13.33% CN 3 pada PN 0 detik 10% CN 4 pada PN 3 detik 23.33% Rata - rata 1 detik 15% Dari analisa data dari CN pada PN ke dapat dilihat pada tabel di atas bahwa paket loss cukup tinggi yaitu dengan rata rata sebesar 15%. Hal ini menunjukkan bahwa paket loss yang didapat termasuk dalam kategori sedang. Komunikasi antara CN pada PN ke ini menggunakan wifi. Meskipun paket loss masuk dalam katagori sedang namun delay relative kecil yaitu rata rata 1 detik, dan pada transmisi data CN 2 dan CN 3 pada PN ke mengalami delay 0 detik dan itu bisa dikatakan sempurna. JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 132

8 5. Data dari masing masing Child Node ke a. CN 1 ke Gambar 38. Data rata - rata CO 2 pada untuk CN 2 c. CN 3 ke Gambar 35. Data rata - rata CO pada CN 1 untuk Gambar 39. Data tertinggi CO 2 pada CN 3 untuk Gambar 36. Data rata - rata CO pada untuk CN 1 b. CN 2 ke Gambar 40. Data tertinggi CO 2 pada untuk CN 3 d. CN 4 ke Gambar 37. Data rata - rata CO 2 pada CN 2 untuk Gambar 41. Data tertinggi CO 2 pada CN 4 untuk JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 133

9 Gambar 42. Data tertinggi CO 2 pada untuk CN 4 Tabel 5. Hasil analisa data masing masing CN ke Node Asal Node Tujuan Delay Paket loss CN 1 5 detik 16.67% CN 2 4 detik 26.67% CN 3 5 detik 23.33% CN 4 8 detik 33.33% Rata - rata 5.5 detik 25% Dari analisa data dari CN ke dapat dilihat pada tabel di atas bahwa paket loss dalam katagori buruk yaitu dengan rata rata sebesar 25% dengan jumlah loss dan delay tertinggi pada CN 4 ke yaitu dengan delay 8 detik terdapat 33.33% paket loss. Hal ini bisa disebabkan karena node berada pada daerah dengan noise yang relative lebih banyak (banyak lalu lalang kendaraan). Pada transmisi data dari CN menuju terdapat delay yang panjang dikarenakan delay merupakan penjumlahan delay yang berasal dari CN menuju CH, CH menuju PN, serta delay dari PN menuju. Karena terdapat delay pada setiap pengiriman dari node menuju node. Dan begitu juga dengan cara untuk mendapatkan data loss. Kesimpulan 1. Dari hasil penelitian ini bahwa topologi cluster dapat berjalan dengan baik karena data dari CN 1, CN 2 dapat diterima oleh CH 1, CN 3 dan CN 4 dapat diterima oleh CH 2 sesuai dengan data yang ditransmisikan. Kemudian data diterima oleh CH 1 dan CH 2 tersebut dapat ditransmisikan ke PN dan dapat diterima oleh PN sesuai dengan data yang dikirim dari CH maupun data yang ada pada CN. Dan yang terakhir data dari PN dapat ditransmisikan ke dan dapat diterima oleh sesuai dengan data yang dikirim dari PN maupun data yang ada pada CH dan CN. 2. Dari analisa data dari CN ke dapat dilihat bahwa paket loss dalam katagori buruk yaitu dengan rata rata sebesar 25%. Paket loss tinggi terjadi ketika data ditransmisikan dari PN ke melalui wifi yaitu rata rata 15% sedangkan data yang ditransmisikan menggunakan xbee dari CN ke PN masuk dalam katagori baik yaitu rata rata 9.16%. Delay pengirimanpun juga memiliki waktu yang relative sama, yaitu rata rata 5.5 detik, hal ini menunjukkan bahwa waktu penerimaan data masih bisa ditoleransi, mengingat lama waktu pengiriman setiap data adalah 1 menit, sehingga delay tidak terlihat signifikan oleh user. Saran Berikut ini terdapat beberapa saran yang penulis berikan untuk penelitian berikutnya apa bila ingin mengembangkan penelitian yang telah dibuat agar menjadi lebih baik. Dalam penelitian berikutnya perlu dilakukan evaluasi lebih lanjut terhadap modul wifi Tonylabs CC3000. Karena dalam pengujian didapatkan modul Tonylabs CC3000 memiliki kekurangan dalam hal memiliki jumlah paket loss yang tinggi. DAFTAR PUSTAKA Brunelli Davide Analysis of Audio Streaming Capability of Zigbee Networks. Bologna University Italy. Gani, Abdul Aplikasi Pengaruh Quality Of Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Universitas Syiah Kuala. Innovative Electronics Manual DT- SENSE gas sensor Nugroho, B. H Rancang Bangun Prototipe Aplikasi Wireless Network untuk JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 134

10 Peringatan Dini Terhadap Banjir. STIKOM Surabaya. Rijal A.B.K, Kristalina P., & Santoso T Simulasi Komunikasi Multihop pada jaringan sensor nirkabel menggunakan algoritma H-LEACH. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Sugiarto, B., & Sakti, I Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Udara Menggunakan Teknologi Wireless Sensor Network (WSN). Jakarta : INKOM. JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 135