Penelitian Efisiensi energi dan Kinerja Jaringan Protokol Zigbee Pada Jaringan Sensor Nirkabel

1.        Judul

Analisis Quality of Service dan Efisiensi Energi Protokol Zigbee Pada Jaringan Sensor Nirkabel (Studi Kasus Sistem Deteksi Kebakaran)

2.        Latar Belakang Masalah

       Segala bentuk bangunan / gedung atau tempat manapun tentu telah memiliki standar keamanan untuk mengatasi berbagai macam resiko yang mengancam keselamatan dan keamanan setiap jiwa, salah satunya resiko kebakaran. Namun, dengan kelemahan sistem dan keterbatasan alat dinilai masih menjadi celah yang tidak dapat dihindari lagi dalam hal penanganan kebakaran.

       Bencana kebakaran telah menyumbang 15 % dari total bencana di Indonesia. Menurut data di Kemendagri, selama tahun 2011, ada 890 peristiwa kebakaran di Jakarta, dari total 16.500 kejadian di 498 kota dan kabupaten se-Indonesia. Sedangkan di Medan, kebakaran terjadi sebanyak 163 kali, Surabaya 187 kejadian, Bandung 163 kali, Bekasi 127 kali, Depok 124 kali dan Kota Tangerang 167 kali. Dihitung dari 1 Januari hingga tanggal 24 April 2013 telah terjadi 295 kasus kebakaran di ibu kota, dengan korban meninggal sebanyak 5 Orang, luka-luka 22 orang. Total nilai Kerugian mencapai Rp.81.778.250.000. (sumber: jakartafire.net)

       Korban jiwa serta dampak ekonomi, sosial, dan psikologis yang luas akibat sering terjadinya kebakaran menjadikan suatu peringatan bahwa pentingnya menjaga keamanan dan keselamatan kapan saja dan di mana saja kita berada. Kurangnya efektifitas sistem peringatan/alarm/warning yang telah ada dan begitu minimnya tindakan antisipasi mengakibatkan penyebaran sumber api dan meningkatkan potensi terjadinya kebakaran besar. Maka hal tersebut telah menjadi faktor terpenting yang harus diperbaiki.

     Hal tersebut membuat kalangan mahasiswa tergugah untuk membangun suatu sistem deteksi adanya kebakaran sebagai Tugas Akhir. Di mana temanya merupakan pengembangan dari Tugas Akhir tahun lalu dengan judul "Rancang Bangun dan Analisis Sistem Deteksi Dini Kebakaran Berbasis Jaringan Sensor Nirkabel" yang bekerja jika sensor asap dan sensor suhunya mendeteksi nilai tertentu melebihi ketentuan batas aman, maka sistem akan membunyikan alarm dan mengirimkan sinyal ke coordinator node melalui jaringan zigbee, kemudian dari coordinator node memberikan informasi berupa notifikasi media sosial twitter, facebook, dan SMS ke handset dengan OS android milik pengguna (Sujaya Aga, 2013). Zigbee sendiri merupakan salah satu protokol jaringan yang membutuhkan daya rendah dibandingkan protokol jaringan lainnya seperti WiFi ataupun bluetooth, yang dapat dimanfaatkan untuk komunikasi data dengan kapasitas kecil. Protokol zigbee sangat cocok digunakan dalam jaringan sensor nirkabel, karena perangkat sensor menggunakan catu daya batere yang memiliki energi terbatas, dan zigbee mampu mengatasinya dengan kelebihannya akan keefisienan dayanya. Namun dalam suatu sistem untuk mendeteksi adanya bencana kebakaran seperti itu diperlukan komunikasi jaringan secara berkala dan realtime agar sistem tersebut dapat berfungsi maksimal. Sedangkan konsumsi energi semakin lama akan semakin bertambah dengan berjalannya waktu, maka efisiensi energi dapat dilakukan agar sumber daya dapat bertahan dalam waktu yang jauh lebih lama, karena dalam komunikasi nirkabel penghematan daya merupakan sesuatu yang sangat penting.

Di lain sisi, kinerja jaringan area personal (WPAN) akan lebih optimal jika parameter-parameter jaringan WPAN sesuai dengan kondisi lingkungan dan peralatan. Dalam pembuatan Tugas Akhir ini juga akan menganalisa tentang beberapa parameter jaringan seperti throughput, packet loss dan delay untuk meningkatkan kinerja jaringan zigbee untuk sistem deteksi kebakaran, yang nantinya akan disimulasikan dalam beberapa metode. Oleh karena itu dipilihlah judul Tugas Akhir “Analisis Quality of Service dan Efisiensi Energi Protokol Zigbee pada Jaringan Sensor Nirkabel (Studi Kasus Sistem Deteksi Kebakaran)” sebagai pengembangan dari sistem yang sudah ada.

3.        Studi Literatur

Berdasarkan tema tugas akhir sebelumnya, yang menganalisis jarak jangkauan zigbee dari node koordinator ke node sensor dengan kondisi tanpa penghalang / loss, didapatkan jarak maksimum yaitu 80 meter. Di mana jauh lebih rendah dibandingkan data yang tertera pada datasheet yaitu 120 meter, hal tersebut terjadi karena adanya fading yang disebabkan oleh keadaan lingkungan di sekitar. Sedangkan apabila diberi satu penghalang tembok setebal 15 cm maka jarak jangkau maksimum menjadi berkurang yaitu 50 meter. Dan bila penghalang semakin tebal dan dalam jumlah yang lebih banyak maka RSSI akan semakin melemah, dan jarak jangkau zigbee akan semakin sempit (Sujaya Aga, 2013)

Dalam tugas akhir lainnya pun membahas kinerja jaringan zigbee berdasarkan analisa penghematan energinya. Dalam protokol 802.15.4 (Zigbee) terdapat beberapa mode dalam proses transmisi datanya, yaitu mode beacon, mode beacon dengan inactive slot, dan mode non-beacon. Dengan adanya mode beacon, node device dapat mematikan sistem radionya (idle) selama mungkin dan hanya aktif jika ada proses pengiriman paket pesan. Dari hasil simulasi menggunakan sofware NS-2 dapat dijelaskan bahwa pada saat interval pengiriman pesan 1 detik pada topologi 2 node dengan 1 gateway, mode beacon memiliki nilai throughput 6,51 % lebih besar dari pada mode non-beacon dan nilai throughput pada mode inactive slot lebih kecil 43,28 % dari pada mode non-beacon. sedangkan pada interval pengiriman pesan 10

detik nilai delay pada mode beacon 1,85 % lebih lama dari pada mode non-beacon dan nilai delay pada inactive slot lebih besar 90,06 % lebih lama dari pada mode non-beacon. Pada interval pengiriman pesan 1 detik, nilai konsumsi energi pada mode beacon lebih besar 55,86 % dari pada mode non-beacon dan nilai konsumsi energi pada mode inactive slot lebih besar 24,57 % dari pada mode non-beacon. Pada topologi star 3, 5, 10 dan 15 node device, nilai throughput akan terus menurun, nilai delay yang akan semakin bertambah lama, dan konsumsi energi yang akan terus meningkat sesuai dengan bertambahnya node device. Pada mode inactive slot akan memiliki drop paket yang banyak pada saat trafik dalam keadaan padat, sedangkan mode non-beacon memiliki banyak paket drop pada saat trafik dalam keadaan tidak terlalu padat (Septyantono dan Arizal, 2013).

4.        Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:

a.         Bagaimana mendesain sebuah sistem deteksi kebakaran berbasis jaringan sensor nirkabel

b.        Apa saja parameter yang mempengaruhi penghematan energi pada jaringan zigbee

c.         Bagaimana delay dan packet loss dapat diminimalisir agar kinerja jaringan lebih optimal

d.        Bagaimana nilai throughput pada jaringan dapat ditingkatkan

4.        Tujuan

Tugas akhir ini bertujuan untuk mengembangkan tugas akhir sebelumnya, yaitu meningkatkan performansi jaringan zigbee pada sistem deteksi dini kebakaran berbasis JSN, dalam hal penghematan energi dan penelitian kinerja jaringannya.

5.        Hipotesis

a.         Sumber daya berupa batere dapat digunakan lebih efisien dengan mengoptimalkan:

·         Jarak antar node

·         Besar data yang dikirim

·         Data rate

·         Interval pengiriman data

b.        Parameter kualitas kinerja jaringan nirkabel seperti throughput, delay dan packet lost didapat dengan hasil optimal dengan cara mengatur:

·         Jarak antar node

·         Besar data yang dikirim

·         Data rate

·         Mode pengiriman paket