DESAIN DAN IMPLEMENTASI PROTOKOL HANDOFF DAN ERROR CHECKING PADA JARINGAN MWSN (MOBILE WIRELESS SENSOR NETWORKS)

Transkripsi

1 JCONES Vol 4, No 1 (2015) Journal of Control and Network Systems SitusJurnal : DESAIN DAN IMPLEMENTASI PROTOKOL HANDOFF DAN ERROR CHECKING PADA JARINGAN MWSN (MOBILE WIRELESS SENSOR NETWORKS) Septian Adi Herlambang 1) Jusak 2) Program Studi/Jurusan Sistem Komputer STMIK STIKOM Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, )adiherl91@gmail.com, 2)jusak@stikom.edu Abstract: Over the last decade, the development of WSN (Wireless Sensor Networks) communication technologies so rapidly seen, from some of the concepts that are built using WSN such, an early warning system against floods, temperature and humidity monitoring system on crop land distance. WSN is a wireless network infrastructure that uses a wired or wireless sensors to monitor physical or environmental conditions that may be connected to the network, this network uses radio waves as a medium of delivery. In general, the application of WSN using a static model, but in certain circumstances the static model is not suitable to be applied as the environmental conditions change. Static models may experience problems such as, not all areas can be monitored, some WSN applications that require sensors with a high price quite troublesome.in this MWSN systems we implement a handoff protocol. Handoff or Hand Over (HO) in the process of changing service / lawyers handle a Station (MS) from a Base Station (BS) to another BS MS due to the movement from BS to the other BS Based on test results, obtained percentage of data loss (missing data) to the mob speed by 70% - 80% and the percentage of data loss (missing data) to the distance (in the room) by 30% - 80% wh (outdoors) at 50 % - 80%. Based on the test results showed that the distance between the XBee parameters greatly affected the amount of data received, wh the parameters of the speed is not too affected. Keywords: MWSN,WSN,Protocol handoff Selama dekade terakhir, perkembangan tekonologi komunikasi WSN (Wireless Sensor Networks) begitu pesat dilihat dari beberapa konsep yang dibangun menggunakan WSN seperti, sistem peringatan dini terhadap banjir, sistem pemantauan suhu dan kelembaban pada lahan tanaman jarak. WSN merupakan infrastruktur jaringan nirkabel atau tanpa kabel yang menggunakan sensor untuk memantau kondisi fisik atau lingkungan yang dapat terhubung ke jaringan, jaringan ini menggunakan gelombang radio sebagai media pengirimannya. Pada umumnya penerapan WSN menggunakan model statis, namun pada kondisi tertentu model statis tidak cocok untuk diterapkan seperti pada kondisi lingkungan yang berubah-ubah. Model statis dapat mengalami masalah seperti, tidak semua daerah dapat terpantau, beberapa pengaplikasian WSN yang membutuhkan sensor dengan harga yang mahal cukup merepotkan. Dari beberapa kekurangan WSN itu dikembangkanlah sebuah model baru yaitu Wireless Sensor Networks (MWSN). Pada penelitian sebelumnya telah digambarkan tentang konsep MWSN (Javad Rezazadeh, 2012). Penelitian tersebut telah dibahas mengenai arsitektur MWSN, model dari mobilitas. Pada tugas akhir ini, akan dibuat sebuah protipe MWSN dengan menggunakan satu node sebagai server/coordinator, dua node sebagai BTS (Base Transceiver Station) dan 2 mob node. selain itu sistem ini juga menggunakan protokol handoff untuk membantu perpindahan data pada mob node serta juga dngkapi error checking data untuk menjaga agar data yang diterima sesuai dan error checking status untuk mengetahui kondisi dari BTS. Handoff atau Hand Over (HO) ialah proses perpindahan pelayanan/peng-handle-an sebuah Node (MN) dari suatu Base Transcivier Station (BTS) ke BTS lain dikarenakan adanya pergerakan MN yang menjauhi BTS awal dan mendekati BTS baru. 1. METODE Penelitian ini dilakukan berdasarkan dengan tahapan yang telah disusun. Tahapan penelitian dibuat dalam sebuah skema kerja yang menggambarkan alur pengerjaan penelitian. Tahapan penelitian dijelaskan dalam skema Gambar 1 dibawah ini. JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 63

2 ini tabel 1 yang menjelaskan tentang perbandingan nilai PWM RSSI. Tabel 1 Perbandingan nilai PWM RSSI pada mob node Gambar 1 Tahapan Penelitian Gambar 2 merupakan gambar blok diagram sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan sistem. Gambar 2 Blok diagram sistem Sistem ini dimulai ketika mob node yang bergerak mendekati node BTS1 atau BTS2. Pada node BTS setiap 1 detik mengirimkan broadcast packet, pada mob node broadcast packet digunakan untuk membaca PWM RSSI node BTS tersebut. node hanya dapat membaca 2 buah broadcast packet. sedangkan pada node coordinator digunakan untuk membaca kondisi/keadaan dari node BTS aktif atau tidak aktif. pada saat mob node menerima hanya menerima broadcast packet dari BTS1 mob node akan mengirimkan data melalui BTS1 dengan format data yang telah ditentukan. Begitu juga apabila mob node hanya menerima broadcast packet dari BTS2, mob node akan mengirimkan data melalui BTS2 dengan format yang telah ditentukan. Kemudian pada saat mob node menerima broadcast packet dari BTS1 dan BTS2 mob node akan membandingkan nilai PWM RSSI dari kedua BTS. Nilai PWM dari BTS1 atau BTS2 yang lebih mendekati 0 maka mob node akan megirimkan data melalui BTS tersebut. Berikut Nilai PWM RSSI diperoleh dari pin 6 Xbee, kemudian pin tersebut dihubungkan ke salah satu pin digital pada arduino, pada arduino untuk mendapatkan nilainya menggunakan function pulsein. fungsi ini membaca saat pulse/sinyal ( pada saat HIGH atau LOW) pada pin 6 (arduino.cc,2014). pada sistem ini menggunakan logika even parity bit dimana penambahan bit parity berdasarkan jumlah dari bit yang bernilai "1" adalah ganjil. Pada pengirim bit parity disisipkan pada akhir data kemudian pada penerima bit parity akan dicek jika sama dengan bit parity yang dikirimkan data benar dan dapat diteruskan ke node selanjutnya jika data yang diterima salah penerima akan mengirimkan request packet untuk mengirimkan data lagi dan data yang sebelumnya akan dibuang. Proses ini dilakukan setiap melakukan komunikasi antar node Perancangan Hardware Arduino Uno SMD R3 Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, untuk mengaktifkan cukup menghubungkan arduino ke komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai(gambar 3). (arduino.cc, 2013). Gambar 3 Arduino Uno SMD R Xbee series 2 Xbee series 2 modul RF dirancang untuk beroperasi dalam protokol ZigBee dengan biaya yang murah. Modul ini beroperasi pada frekuensi 2.4 JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 64

3 GHz(Gambar 4). (Inc, XBee Series 2 OEM RF Modules, 2007). Gambar 4 Xbee series Xbee Shield Xbee shield merupakan suatu board yang dapat menghubungkan board arduino untuk berkomunikasi secara nirkabel atau wireless menggunakan modul Xbee atau Zigbee(Gambar 5).(arduino.cc, 2013). Gambar 7 Perangkat Keras node BTS dan node coordinator 1.2. Perancangan Software Format Penulisan Pesan Pada setiap node dalam MWSN ini akan mengirimkan pesan dari satu node ke node lainnya. Format penulisan pesan pada setiap node diatur seperti Gambar 8. Gambar 5 Xbee Shield Rangkaian Penyusun Node Pada mob node 1 dan 2 perangkat keras yang dibutuhkan yaitu potensio hanya digunakan untuk membuat data, modul mikrokontroler arduino uno untuk memproses data, modul xbee series 2 untuk mengirim dan menerima data secara nirkabel, modul xbee shield sebagai penghubung antara modul ardino uno dengan Xbee series 2 (Gambar 6). Gambar 8 Format Penulisan Pesan Pada mob node jika data akan dikirim melalui BTS 1 menggunakan header "%" namun jika data akan dikirim melalui BTS 2 menggunakan header "&".Dengan menggunakan "@" sebagai tar. Pada node BTS 1, 2 header akan diubah menjadi "!" dimaksudkan untuk setiap pesan dengan header itu ditujukan ke node coordinator. Selain itu pada node BTS 1 dan 2 juga mengirimkan broadcast packet yang terjadi setiap 5 s/d 6 detik, format penulisan pesan diatur seperti gambar 9. Gambar 6 Perangkat Keras mob node Pin 10 digital : Digunakan untuk PWM RSSI PIN 5 analog : Digunakan untuk data potensio PIN GND : Digunakan untuk GND potensio PIN 5v : Digunakan untuk VCC potensio Rangkaian Penyusun Node BTS dan Node Coordinator Sedangkan pada node BTS dan node coordinator perangkat keras yang dibutuhkan terdiri dari modul mikrokontroler arduino uno, Xbee series 2 dan Xbee shield (Gambar 7). Gambar 9 Format Penulisan Broadcast Packet Broadcast Packet pada node BTS 1 dan 2 menggunakan header "$" dengan tar "*". Pada node coordinator untuk proses error checking data header dirubah menjadi "-" pada node BTS apabila data tersebut sama dengan data sebelumnya, header akan dirubah menjadi "+" dan kemudian pada node coordinator akan ditampilkan pada aplikasi. Format penulisan pesan dibuat seperti ini agar memudahkan setiap node dalam pembacaan pesan dan memudahkan untuk mengenali dari mana data berasal dan kemana data akan dikirim Diagram Alir Node digunakan untuk mob node 1 dan 2 Gambar 10. JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 65

4 START INISIALISASI BACA = 0 BACA < 2 TRUE PERBANDINGA N NILAI PWM RSSI FALSE BROADCAST PACKET DARI BTS1 FALSE BROADCAST PACKET DARI BTS 2 TRUE TRUE MEMBACA NILAI PWM RSSI BACA++ MEMBACA NILAI PWM RSSI BACA++ 2. Broadcast packet pada node BTS1 dikirimkan setiap 5 detik sekali dan pada node BTS2 dikirimkan setiap 6 detik. 3. Pada node BTS pesan yang akan diproses hanya pesan dengan header % meskipun itu dari end device 1 atau 2. Kemudian pesan tersebut dikirimkan ke node coordinator dengan mengganti header menjadi! Diagram Alir Node Coordinator digunakan untuk node coordinator Gambar 12. Start KIRIM DATA Inisialisasi END BUANG DATA Data Masuk Data berasal dari node BTS Parsing data diterima benar Mengganti header Kirim ke PC Gambar 10 Diagram Alir mob node 1. Proses inisialisasi dilakukan untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan dan juga mempersiapkan pin arduino yang akan digunakan sebagai input/output. 2. Kemudian mob node akan membaca data yang masuk apakah broadcast packet dari node BTS1 atau BTS2 jika bukan data yang masuk akan dibuang.pada mob node broadcast packet akan diproses sebagai pembacaan nilai PWM RSSI BTS1 atau BTS2. node hanya melakukan pembacaan broadcast packet 2 kali. 3. Setelah mob node melakukan pembacaan 2 kali mob node akan melakukan perbandingan berdasarkan nilai PWM RSSI (Tabel 1) Diagram Alir Node BTS digunakan untuk node BTS1 danbts 2 Gambar 11. Start Inisialisasi Data Masuk Mengirim broadcast packet End Data berasal dari mob node Parsing data diterima benar Mengganti header Gambar 11 Diagram Alir node BTS Kirim ke node coordinator 1. Proses inisialisasi dilakukan untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan. End 1. Proses Gambar inisialisasi 12 Diagram Alir dilakukan node coordinator untuk mempersiapkan variabel-variabel yang akan digunakan. 2. Node coordinator akan memastikan apakah node BTS 1 atau node BTS 2 dalam keadaan aktif atau tidak aktif dengan cara membaca broadcast packet dari masing-masing node BTS 3. Setelah node coordinator mendapatkan broadcast packet dari node BTS 1 atau node BTS 2, node coordinator akan memberikan pemberitahuan ke PC dengan cara mengirimkan pesan node1hidup@ untuk node BTS 1 jika hidup, node2hidup@ untuk node BTS 2 jika hidup. Setelah kondisi node BTS 1 atau node BTS 2 dinyatakan hidup oleh node coordinator baru dapat memproses pesan data dari node BTS 1 atau node BTS Pada node coordinator pesan data yang diterima diubah menjadi header + dan dikirimkan ke PC Diagram Alir Aplikasi digunakan untuk aplikasi pada computer menggunakan software visual basic Gambar 13 (lampiran 3). 1. Proses inisialisasi aplikasi akan menentukan nilai awal untuk Mscomm seperti pengaturan baudrate, parity, data bit, stop bit parameter. Pada aplikasi ini pengaturan tersebut menggunakan pengaturan default (9600,n,8,1). Selain itu pengaturan RTSEnable bernilai, Rthreshold bernilai 1 dan InputLen bernilai 1. JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 66

5 2. Pesan yang diterima oleh aplikasi terdapat 2 macam pesan status node BTS dan pesan data. Apabila pesan status node1hidup@ pesan tersebut menandakan bahwa node BTS1 dalam keadaan aktif dan pesan status node2hidup@ menandakan node BTS2 aktif. 3. Pesan data yang diterima oleh aplikasi +E1.R2.689@ pesan tersebut menandakan data berasal dari mob node1 ( E1). 4. Aplikasi dibuat hanya sebagai pemantau pesan data yang dikirimkan oleh mob node dan juga sebagai pemantau status dari node BTS1 dan node BTS2 apakah dalam kondisi aktif atau tidak aktif. II. Hasil dan Pembahasan Pengujian sistem dilakukan pada tempat yang bebas dari halangan (Tembok,pohon),node coordinator terhubung dengan laptop/pc kemudian node BTS1 dan BTS2 dtakkan terpisah dan tetap dapat berkomunikasi dengan node coordinator. Pada mob node dtakkan pada kendaraan bermotor yang bergerak melewati node BTS1 dan BTS2. Pengujian pada sistem dilakukan sebanyak enam kali dengan sampel data sebanyak tiga puluh data yang dikirimkan oleh mob node dan berapa banyak data yang diterima oleh aplikasi. Pengujian ini dilakukan untuk dapat mengetahui presentase paket loss (paket/data hilang) terhadap kecepatan mob. Pengujian dilakukan di luar ruangan / pada lapangan yang bebas dari halangan / hambatan.tabel 2 Pengujian sistem terhadap kecepatan mob Percob aan Kece pata n dikirim Nod Nod e 1 e 2 30 data 30 data diterima Nod e 1 il e Node c2 Presentase Nod e 1 Nod e % 84% % 81% % 78% % 84% % 81% % 78% Setiap percobaan, mob node akan mengirimkan data sebanyak tiga puluh data dengan awal kecepatan mob 5, kemudian pada aplikasi berapa banyak data yang dapat diterima. Pengujian terhadap jarak dilakukan dengan cara mengukur dari jarak awal 10 meter, komunkasi antar xbee masih dapat berjalan dengan baik atau tidak.pengujian terhadap jarak dilakukan dua kali, di dalam ruangan dan di luar ruangan. Tabel 3 Pengujian sistem terhadap jarak (di luar ruangan) No. Nilai Data Data Jarak PWM yang yang (meter) RSSI dikirim diterima Presentase / % / % / % / % / % / % / % / % / % / % No Tabel 4 Pengujian sistem terhadap jarak (di dalam ruangan) Nilai Data Data Jarak PWM yang yang Presentase (meter) RSSI dikirim diterima % 10 +/ / / % % 40 +/ % III. KESIMPULAN Sistem melakukan pengukuran terhadap paket yang hilang / packet loss melalui komunikasi nirkabel dan didapatkan hasil pengujian seperti: a) Rata rata persentase paket hilang / packet loss terhadap kecepatan mob node sebesar 70 % sampai 85 %. b) Rata - rata persentase paket hilang / packet loss terhadap jarak (di dalam ruangan) sebesar 30% - 80% sedangkan (di luar ruangan) sebesar 50% - 80% c).sistem ini sangat terpengaruh dengan jarak pengiriman antar xbee dan tidak terlalu terpengaruh dengan kecepatan mob node. IV. SARAN Agar diperoleh hasil yang lebih baik dan sebagai pengembangan pada penelitian berikutnya sebaiknya mempertimbangkan langkah ini: 1. Jika ingin mendapatkan jangkauan jarak komunikasi nirkabel yang lebih luas, dapat JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 67

6 menggunakan Xbee Pro series 2 pada setiap node. 2. Coba diterapkan pada sebuah pengaplikasian yang nyata untuk dapat mengembangkan sistem ini. V. DAFTAR PUSTAKA X-CTU Configuration & Test Utility Software Minnetonka: Digi International Inc. Rezazadeh,J, Marjan,M. Abdul,S,S Wireless Sensor Networks Overview. IJCCN : Volume 2, Issue 1 arduino.cc/arduinoxbeeshield Arduino Xbee Shield, [online], ( hield, diakses tanggal 24 November 2013) arduino.cc/reference Arduino Program Language Reference, [online], ( e, diakses tanggal 24 November 2013) arduino.cc/arduinoboardunosmd Arduino Board Uno SMD, [online] ( UnoSMD, diakses tanggal 24 November 2013) arduino.cc/software Software Arduino IDE, [online] ( diakses tanggal 24 November 2013) Arrosyid, M. H., Tjahjono, I. A., & Epyk Sunarno, S Implementasi Wireless Sensor Network untuk Monitoring Parameter Energi Listrik sebagai Peningkatan Layanan bagi Penyedia Energi Listrik. Surabaya: PENS Banzi, M Getting Started with Arduino. America: O'Reilly. Andharini,C Analisa Kinerja Virtual Interface Pada Vertikal Handover (Wireless Area Network) Dan (Personal Area Network/Bluetooth). Yogyakarta: SNATI 2008 Djuandi, F Pengenalan Arduino. Banten: tobuku.com. Muhammad E I., Sugiarto, B., & Sakti, I Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Udara Menggunakan Teknologi Wireless Sensor Network (WSN). Jakarta: INKOM. Faludi, R Building Wireless Sensor Networks. America: O'Reilly. XBee-Pro ZB RF Modules Minnetonka: Digi International Inc. XBee Series 2 OEM RF Modules Lindon: MaxStream. JCONES Vol 4, No 1 (2015) Hal: 68