Metode Penyimpanan Data Secara Kolaboratif Dalam Jaringan Sensor Oleh : M. Mufid Mas Udi 2205100010 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Wirawan,DEA 196311901989031011 Jurusan Teknik Elektro ITS Surabaya 2010
Latar Belakang Wireless Sensor Network (WSN) merupakan jejaring nirkabel yang terdiri dari beberapa alat sensor yang saling bekerja sama untuk memonitor fisik dan kondisi lingkungan seperti temperatur, air, suara, getaran, polusi udara dan lain-lain ditempat yang berbeda. Dalam WSN, ketika dilakukan pengambilan data, jumlah data yang diterima berbeda tiap sensor. Hal ini berarti kapasitas storage yang digunakan sensor juga berbeda. Collborative Storage dalam jejaring sensor berpotensi untuk mengefisiensi storage tiap sensor. Collaborative Storage merupakan suatu metode penyimpanan data secara kolaboratif dari sensor-sensor dalam WSN.
Permasalahan Bagaimana perencanaan konfigurasi sistem agar teknik Collaborative Storage dapat diterapkan Bagaimana mensimulasikan Teknik Collaborative Storage dalam jejaring sensor dengan menggunakan NS-2 Bagaimana pengaruh Collaborative Storage terhadap efisiensi storage data dalam node Bagaimana pengaruh Collaborative Storage terhadap cost energi dalam jejaring
Batasan Masalah Proses Collaborative Storage didefinisikan sebagai proses penyimpanan data dalam node yang dikolaborasikan dengan node lain sehingga dapat mengefisienkan data yang disimpan Jumlah node yang disimulasikan dengan NS-2 berjumlah 25, 50 dan 75 untuk masing-masing skenario Posisi masing-masing node adalah tetap Simulasi menggunakan NS-2 berbasis MAC protocol 802.15.4 Simulasi Local Storage dan Collaborative Storage
Tujuan Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mensimulasikan Teknik Collaborative Storage dalam jejaring sensor. Sehingga didapatkan efisiensi storage pada tiap node yang berkolaborasi.
Penyimpanan Dalam Jejaring Sensor Salah satu pendekatan manajemen penyimpanan dasar adalah dengan mengumpulkan data pada sensor secara lokal dalam jejaring. Namun, pendekatan ini tidak membolehkan antar node untuk berkolaborasi dengan tujuan dapat mengurangi ukuran data secara keseluruhan dalam jejaring.
Protokol Penyimpanan Data Tujuan utama dari protokol penyimpanan adalah memanfaatkan ruang penyimpanan yang tersedia untuk meneruskan proses pengumpulan data selama mungkin tanpa kehilangan sampel dengan cara mengefisienkan energi Penyimpanan dalam sensor diklasifikasikan menjadi dua : a. Local Storage b. Collaborative Storage
Local Storage Tiap sensor menyimpan datanya sendiri, tidak ada data yang disimpan ke sensor lain. Penyimpanan lokal tidak dapat menyeimbangkan storage jika data yang diperoleh dan storage yang tersedia di tiap sensor bervariasi.
Collaborative Storage Collaborative Storage mengacu pada pendekatan di mana node berkolaborasi Kolaborasi menghasilkan dua keuntungan : a. Data yang disimpan lebih sedikit. Pengukuran yang diperoleh dari sensor terdekat biasanya berhubungan. b. Load balancing. Kolaborasi antara sensor memungkinkan mereka untuk memperoleh keseimbangan penyimpanan.
Clustering Dalam Penyimpanan Kolaboratif Penyimpanan Kolaboratif menggunakan algoritma CBCS. Cluster Based Collaborative Storage (CBCS) menggunakan kolaborasi untuk mengambil keuntungan dari agregasi data Setiap sensor mengirimkan hasil pengamatannya kepada Cluster head terpilih (CH) secara berkala Cluster head berotasi secara berkala untuk menyeimbangkan beban penyimpanan
Perencanaan Jejaring Jenis topologi yang digunakan adalah topologi mesh. Penyebaran node dilakukan sedemikian rupa sehingga CH dapat berkomunikasi dengan semua node yang tersebar. Durasi simulasi untuk setiap skenario adalah 100 detik. Jumlah node yang digunakan untuk skenario pertama adalah 25 node, skenario kedua 50 node dan skenario ketiga 75 node
Metodologi Penelitian
Simulasi Simulasi dilakukan dengan menggunakan software Network Simulator ver.2 (NS-2) Dilakukan simulasi terhadap metode Collaborative Storage dan Local Storage menggunakan ketiga skenario diatas.
Simulasi Local Storage (cont d) Dalam skenario satu, diperoleh konsumsi storage sebesar 4.919 paket. Energi yang dibutuhkan adalah 0,130 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 5.795 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 14,728 %.
Simulasi Local Storage (cont d) Untuk skenario dua, didapatkan konsumsi storage sebesar 11.210 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah 0,434 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 14.044 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 4,158 %.
Simulasi Local Storage (cont d) Dan pada skenario tiga, konsumsi storage yang digunakan adalah 11.819 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,474 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 14.656 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 6,055 %.
Simulasi Collaborative Storage (cont d) Topologi yang digunakan untuk tiap skenario sama dengan topologi pada simulasi Local Storage.
Simulasi Collaborative Storage (cont d) Dalam skenario satu, CH akan melakukan rotasi dari node 0, node 13,node 14 dan node 16. Konsumsi storage yang digunakan adalah 2.812 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,153 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 3.187 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 20,548 %. Untuk skenario dua, rotasi CH dimulai dari node 0, node 29, node 30, node 31 dan yang terakhir pada node 32. Didapatkan konsumsi storage sebesar 8.720 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah 0,466 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 10.957 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 3,249 %.
Simulasi Collaborative Storage (cont d) Dan pada skenario tiga, CH berotasi mulai dari node 0, node 29, node 31, node 46, node 48, node 58 dan node 60. Konsumsi storage yang digunakan adalah 9.378 paket. Konsumsi energi yang dibutuhkan adalah sebesar 0,488 J. Besarnya nilai throughput pada skenario ini adalah 11.752 bps. Packet Loss yang terjadi adalah 4,094 %.
Analisis Hasil Simulasi (cont d) Untuk memperjelas perbandingan konsumsi storage antara kedua metode, dapat dilihat dalam tabel di bawah ini. Jumlah node Lokal Storage Collaborative Storage 25 4.919 paket 2.812 paket 50 11.210 paket 8.720 paket 75 11.819 paket 9.378 paket
Analisa Hasil Simulasi (cont d) Dan perbandingan dari konsumsi energi yang diperoleh adalah sebagai berikut : Jumlah node Lokal Storage Collaborative Storage 25 0,130 J 0,153 J 50 0,434 J 0,466 J 75 0,474 J 0,488 J
Analisa Hasil Simulasi (cont d) Pada Local Storage, konsumsi storage yang digunakan relatif lebih besar dibanding dengan konsumsi storage pada Collaborative Storage. Sudah dijelaskan bahwa konfigurasi antara keduanya hampir sama, ini dilakukan agar metode ini bisa dibandingkan dengan seimbang. Collaborative Storage membutuhkan rata-rata energi yang lebih besar untuk setiap node dibanding dengan konsumsi energi pada Local Storage. Hal ini dikarenakan, pada Collaborative Storage, energi dibutuhkan untuk sensing, pengiriman data, kolaborasi dan penyimpanan data. Walaupun energi penyimpanan pada local storage besar, namun energi yang dibutuhkan untuk kolaborasi jauh lebih besar.
Analisa Hasil Simulasi (cont d) Packet loss dalam simulasi terjadi karena banyaknya data yang dikirim ke node destination, tidak sebanding dengan kemampuan node destination dalam menerima data. Besarnya loss yang terjadi pada skenario satu disebabkan karena letak node yang disebar berjauhan disesuaikan dengan field yang ditentukan dalam simulasi.
Kesimpulan Pengaturan penyimpanan dengan metode Collaborative Storage lebih baik jika dibandingkan dengan metode Local Storage, karena konsumsi storage relatif lebih kecil. Metode Collaborative Storage membutuhkan konsumsi energi yang lebih banyak dibandingkan metode Local Storage. Metode Collaborative Storage membutuhkan energi komunikasi yang besar dikarenakan adanya komunikasi untuk kolaborasi. Packet Loss yang terjadi dalam jejaring dipengaruhi oleh traffic dan besarnya paket dikirim dalam jejaring. Metode Collaborative Storage dapat memperpanjang waktu node melakukan sensing dalam jejaring karena kapasitas storage yang tersedia lebih besar.
Saran Penggunaan topologi jejaring yang lain, diharapkan bisa lebih menghemat penggunaan energi. Penggunaan algoritma kolaborasi lain yang diharapkan bisa lebih mengefektifkan penggunaan energi dalam jejaring. Penggunaan model baterai lain sebagai perbandingan unjuk kerja jejaring.
Sekian dan Terima Kasih