BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Wireless Sensor Network (WSN) atau Jaringan Sensor Nirkabel merupakan jaringan komputer yang terdiri dari beberapa intercommunicating computers yang dilengkapi dengan satu atau beberapa sensor [1]. WSN terdiri dari satu atau lebih node sensor yang berkomunikasi dalam jaringan menggunakan transmisi frekuensi radio. Node sensor terdiri dari 5 komponen dasar yaitu sensor, unit pengkondisi sinyal, modul Analog to Digital Converter (ADC), Central Processing Unit (CPU) dengan Random Access Memory (RAM), transceiver radio dan power supply. Beberapa perangkat WSN saat ini telah tersedia secara komersial dan menawarkan fungsi dasar bersama sama dengan kemampuan sensor tertentu [2]. Teknologi WSN memiliki banyak keuntungan dalam penerapannya karena bentuk perangkatnya yang kecil, konsumsi daya yang rendah dan media komunikasi jaringan nirkabel sehingga cocok untuk berbagai kondisi lingkungan. WSN telah diterapkan untuk berbagai keperluan baik sipil maupun militer seperti pemantauan lingkungan, deteksi kebakaran atau banjir, kesehatan, aplikasi keamanan komersial dan publik, deteksi lokasi prajurit dan lain-lain. Penyebaran node adalah masalah mendasar yang harus dipecahkan dalam WSN. Penempatan node yang tepat dapat mengurangi kompleksitas masalah dalam WSN seperti routing, data fusion, komunikasi antar node dan yang lainnya 1
[3]. Selain itu, penempatan node dalam skema yang tepat dapat memperpanjang life time dari WSN dan konektifitas yang baik tetap terjaga. Keberadaan material penghambat (barrier) pada lingkungan WSN bisa mengubah routing path yang terbentuk atau membuat routing path menjadi lebih panjang dan komunikasi node sensor menjadi terganggu. Hal ini akan sangat berpengaruh pada keterlambatan pengiriman data antar node sensor atau dari node sensor ke sink. Konsumsi daya akan lebih banyak diperlukan oleh node sensor dan terjadi inefesiensi paket routing. Hambatan seperti dinding, bangunan, blok rumah atau hambatan yang tak terduga sering berada dalam wilayah penginderaan. Hambatan tersebut secara signifikan mempengaruhi kinerja penyebaran. Penyebaran tanpa mempertimbangkan hambatan (barrier) sangat mungkin mengakibatkan adanya lubang (hole) cakupan pada area penginderaan atau menghabiskan waktu yang lama dalam penyebaran. Adanya redaman dari penghalang (barrier) akan berdampak pada jangkauan komunikasi antar node sensor karena terjadinya power lost saat transmisi. Para peneliti umumnya menggunakan algoritme optimasi dalam penyebaran sensor, salah satunya adalah algoritme Particle Swarm Optimization (PSO). Algoritme PSO di adopsi dari perilaku alami seperti algoritme Genetik, karena itu algoritme PSO memiliki kemiripan proses seperti GA, namun algoritme PSO lebih efektif dalam hal efesiensi komputasi [4]. Selain itu algoritme PSO memiliki kemampuan penelusuran optimum global dan tidak terjebak pada optimum lokal dan ketergantungan pemilihan nilai awal centroid seperti pada 2
algoritme K-means [5]. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan berhasil menerapkan algoritme PSO untuk optimasi penyebaran sensor, namun masih terbatas pada penyebaran dalam ruang bebas (tanpa penghalang). Berdasarkan kondisi di atas, maka diajukan pengembangan sistem untuk merancang penyebaran (deployment) jaringan sensor nirkabel menggunakan algoritme Particle Swarm Optimization (PSO) dengan memperhitungkan posisi penghalang dan redaman. Pemilihan algoritme PSO karena PSO memiliki beberapa kelebihan, antara lain mudah diimplementasikan dan memiliki lebih sedikit fungsi operasi dan parameter yang harus ditentukan. Hal ini menjadikan algoritme PSO memiliki karakteristik cepat dalam eksekusi [6]. 1.2 Perumusan Masalah Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahan yang dihadapi yaitu : 1. Penyebaran node secara acak biasa memerlukan waktu yang lama dalam penyebaran dan solusi penyebaran yang diberikan terbatas. 2. Sebuah solusi tidak dapat diterapkan untuk model ruang yang berbeda seperti posisi dan jumlah penghalang yang berbeda, karena itu diperlukan solusi yang sesuai untuk model ruang yang berbeda. 3. Algoritme PSO masih diterapkan untuk optimasi penyebaran node sensor pada ruang bebas dan belum memperhitungkan adanya penghalang. 3
1.3 Keaslian Penelitian Wireless Sensor Network (WSN) terdiri dari banyak node sensor yang saling terhubung dan membentuk jaringan. Penempatan posisi node sensor dalam jaringan akan sangat mempengaruhi area cakupan, kualitas komunikasi, dan penggunaan sumber daya (resource). Penyebaran node sensor menjadi isu penting dan para peneliti banyak melakukan penelitian untuk mendapatkan penyelesaian yang tepat bagi masalah ini. Umumnya para peneliti menggunakan algoritme optimasi untuk penyebaran node sensor. Chang mengusulkan Obstacle-Resistant Deployment algorithm untuk penyebaran sensor pada area berpenghalang [7]. Penelitian ini melibatkan robot yang bergerak menyebarkan sensor dengan arah dan batasan area tertentu, serta mampu menangani keberadaan penghalang baik yang bentuknya teratur ataupun tidak. Algoritme ini mampu menyebarkan sensor dalam jumlah minimal dengan area cakupan sensor yang penuh. Abbasi menawarkan algoritme Particle swarm optimization untuk mengontrol mobilitas nanosensor pada WSN dengan tujuan meningkatkan lifetime dari nanosensor [8]. Hasil simulasi menunjukkan algoritme optimasi yang diusulkan meningkatkan cakupan jaringan dan komunikasi yang lebih baik dengan node tetangga. Hasil juga menunjukkan pemanfaatan algoritme meningkatkan lifetime dari nanosensor. Pada tahun yang sama Abbasi dkk menerapkan optimasi Particle swarm optimization untuk mengurangi kompleksitas dan meningkatkan kualitas layanan (QoS) pada aplikasi WSN [9]. Hasil simulasi menunjukkan 4
algoritme yang diusulkan unggul untuk cakupan sensor dalam penyebaran sensor secara acak. Saharuna mengimplementasikan algoritme Particle swarm Optimization yang difokuskan pada optimisasi daya yang diterima oleh masing-masing node sensor berdasarkan posisinya pada koordinat 2D, sehingga node sensor mendapatkan posisi terbaiknya dan bisa meningkatkan konektivitas jaringan sensor nirkabel [10]. Algoritme ini diimplementasikan pada ruang bebas dengan jalur tanpa penghalang (Line of Sight). Hasil optimisasi dari algoritme pada penyebaran sensor menunjukkan node sensor dapat membentuk jaringan dengan konektivitas yang baik. Penelitian-penelitian tersebut menggunakan algoritme untuk optimasi baik untuk ruang berpenghalang menggunakan algoritme ORRD maupun pada ruang bebas dengan jalur tanpa penghalang dengan algoritme PSO. Pada penelitian ini algortima Particle Swarm Optimization (PSO) diterapkan untuk perancangan penyebaran (deployment) node sensor pada ruang yang memiliki penghalang dengan memperhitungkan posisi penghalang dan redaman serta mempertimbangkan konektivitas jaringan antar node sensor dalam Wireless Sensor Network (WSN). Perbedaan penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah penelitian sebelumnya menerapkan algoritme ORRD untuk ruang yang memiliki penghalang [7] dan algoritme PSO masih diterapkan pada ruang bebas (tidak memiliki dan memperhitungkan adanya penghalang) [8,9,10]. 5
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah untuk optimasi penyebaran Wireless Sensor Network sehingga terjadi konektivitas yang baik antar node sensor dengan memperhitungkan posisi penghalang dan pengaruh redaman berdasarkan algoritme Particle Swarm Optimization (PSO). 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat membantu pemakai dalam penyebaran node sensor untuk lingkungan yang memiliki penghalang (khususnya yang memiliki penghalang dengan bentuk teratur) dengan memperhitungkan posisi penghalang dan pengaruh redaman serta konektivitas yang baik antar node sensor dalam jaringan. 1.6 Batasan Masalah Penelitian ini akan dibatasi pada masalah-masalah berikut : a. WSN diasumsikan menggunakan IQRF tipe TR 52B b. Dimensi ruangan berbentuk bujur sangkar (dua dimensi). c. Menggunakan ruang dengan penghalang yang bentuknya teratur. d. Nilai pantulan dan shadowing pada ruang diabaikan. e. Node sensor dapat dilokasikan dalam ruang penghalang. f. Jaringan boleh berbentuk full mesh atau partial mesh 6