KINERJA LEACH PROTOCOL PADA WSN YANG BEKERJA DI LINGKUNGAN DENGAN TEMPERATUR YANG TINGGI
Abdi Wahab 1 , Mudrik Alaydrus 2
Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Pascasarjana, Universitas Mercu Buana Jl. Raya Meruya Selatan No.1 Kembangan, Jakarta Barat Email : abdi.wahab@mercubuana.ac.id 1 , mudrikalaydrus@mercubuana.ac.id 2

## ABSTRAK
Perkembangan  WSN  (Wireless  Sensor  Network)  saat  ini  sangat  cepat,  salah  satu  kegunaannya  adalah  untuk membantu  pengamatan  pada  tempat-tempat  yang  tidak  mungkin  dilakukan  oleh  manusia.  Untuk  itu,  pada penelitian  ini  akan  dilakukan  penelitian  terhadap  WSN  yang  bekerja  pada  temperatur  yang  tinggi  dengan menggunakan protokol LEACH. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah mengembangkan simulasi yang mendekati  keadaan  nyata.  Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa  energi  yang  digunakan  pada  WSN  yang  bekerja pada  temperatur  yang  tinggi  akan  lebih  banyak  pada  temperatur  yang  normal.  Hal  ini  disebabkan  meningkatnya temperatur  berpengaruh  pada  menurunnya  RSS  (Receive  Signal  Strength).  Kedepannya,  akan  lebih  baik  jika dikembangkan protokol baru yang lebih cocok digunakan pada temperatur yang panas.
Kata Kunci: WSN, LEACH, Temperatur tinggi

## PENDAHULUAN
Wireless Sensor Networks (WSN) dianggap menjadi salah  satu  teknologi  penting  di  abad  ke-21  [1]. Perpaduan  antara  teknologi  mikroelektronik  dan telekomunikasi  nirkabel  memungkinkan  dibuatnya sensor-sensor  yang  kecil,  murah  dan  cerdas,  yang bisa  dipakai  di  lapangan  dan  saling  berhubungan satu  sama  lain  secara  nirkabel.  Terobosan  ini memunculkan  kemungkinan-kemungkinan  aplikasi pada  sipil  dan  militer,  misalnya  monitoring lingkungan,  survei  medan  tempur  dan  pengontrolan proses  industri  [2].  Berbeda  dengan  sistem komunikasi  nirkabel yang tradisional, seperti sistem seluler dan sistem jaringan ad hoc bergerak ( Mobile Ad hoc Networks /MANET), WSN memiliki keunikan,  yaitu  penggunaan  node  yang  sangat banyak,  node  yang  tidak  reliabel  dan  batasan memory,  kemampuan  komputasi  dan  batasan  energi [3],  yang  memberikan  tantangan-tantangan  baru dalam pengembangan berbagai aplikasi WSN.
Salah satu kelebihan dari WSN adalah kemampuannya  untuk  bekerja  di  lingkungan  yang bagi  manusia  sulit  untuk  memasukinya  yang
dikarenakan  oleh  resiko,  tidak  efisien  ataupun kadang-kadang  tidak  mungkin.  Oleh  sebab  itu, sensor  diharapkan  bisa  menggantikan  monitoring melalui  manusia,  yaitu  dengan  disebar  secara random  di  wilayah  pengamatan.  Penyebaran  secara random ini bisa dilakukan dengan cara melemparnya dari  helikopter,  yang  di  lapangan  nanti,  sensor- sensor  ini  bisa  bersama-sama  bekerja  secara  ad  hoc [4][5].  Dengan  kondisi  seperti  ini,  hal-hal  yang sering  terjadi  adalah,  kemungkinan  sensor  yang rusak  dan  sensor  yang  memiliki  waktu  hidup  yang singkat  (karena  level  energy  yang  rendah).  Oleh sebab  itu,  merancang  dan  mengoperasikan  jaringan yang  sangat  besar  ini  menuntut  strategi  manajemen dan  arsitektural  yang  terskala.  Karena  level  energi yang terbatas dan baterei dari nodes ini tak bisa diisi ulang,  perancangan  algoritma  yang  efisien  dalam penggunaan  energi  merupakan  hal  yang  sangat penting  untuk  memperpanjang  kelangsungan  hidup dari sensor-sensor ini.
Strategi yang secara luas dipakai adalah menggabungkan  nodes  ke  dalam  suatu  cluster. Setiap  cluster  memiliki  sebuah  pemimpin  ( leader ), yang  dinamakan  kepala  cluster  ( cluster  head /CH).
Salah satu algoritma cluster yang digunakan di WSN adalah  LEACH.  LEACH  di  WSN  adalah  protokol yang  mengatur  konsep  clustering  untuk  node-node yang digunakan.
Terkadang  daerah  yang  dipasang  node-node  WSN memiliki  kondisi  yang  ekstrim,  sebagai  contoh implementasi  WSN  untuk  memonitoring  kebakaran hutan.  Kondisi  ini,  memungkinkan  perubahan temperature  yang  ekstrim  di  sekitar  node-node WSN,  jika  terjadi  kebakaran  hutan.  Perubahan temperatur  ini  akan  mempengaruhi  kinerja  dari WSN.  Protokol  LEACH  pada  penelitian  ini  akan coba diukur kinerjanya jika diimplementasikan pada WSN yang bertemperatur ekstrim ini.
Masalah  yang  coba  dibahas  pada  penelitian  ini adalah sebagai berikut:
Perubahan suhu yang terjadi pada suatu daerah yang diimplementasikan  WSN  pada  daerah  tersebut, seperti daerah hutan yang terbakar, apakah akan mempengaruhi kinerja dari WSN yang menggunakan  LEACH  protocol  terutama  untuk parameter energi yang digunakan?
Sedangkan  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
Membuat sebuah simulasi WSN yang menggunakan protokol  LEACH  dengan  lingkungan  yang memiliki suhu yang tinggi atau panas.
Menganalisa hasil dari simulasi dengan membandingkan  kinerja  protokol  LEACH  pada wsn di suhu biasa dengan suhu tinggi.
Adapun  manfaat  dari  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
Sebagai  landasan  awal  untuk  mengembangkan protokol  LEACH  yang  mampu  bekerja  pada  suhu yang tinggi.

## METHODOLOGI
Pada bagian ini akan dibahas metode penelitian yang digunakan untuk penelitian ini. Tahapan dari metode penelitian  pada  penelitian  ini  digambarkan  pada Gambar 1 dibawah ini.
Studi literatur dan analisa sistem start Pembuatan simulasi dengan Matlab Pengambilan data dan analisa data Pembuatan Kesimpulan end

## Gambar 1. Metodologi Penelitian

## Studi Literatur dan Analisa Sistem
Pada  tahap  ini,  dilakukan  studi  literatur  tentang WSN  dan  juga  LEACH  protokol  yang  akan diimplementasikan  pada  penelitian  ini.  Selain  itu, juga  dicari  hubungan  antara  transmisi  data  melalui gelombang  radio  dengan  temperatur.  Selanjutnya adalah analisa sistem yang akan dibuat. Perancangan dari  simulasi  dan  juga  skenario  yang  dibutuhkan untuk  mendapatkan  data-data  yang  diperlukan  pada penelitian ini.

## Pembuatan Simulasi dengan Matlab
Simulasi  yang  dibangun  akan  menggunakan perangkat  lunak  Matlab.  Simulasi  akan  dibuat berdasarkan  analisa  yang  telah  dilakukan  pada tahapan sebelumnya.

## Pengambilan Data dan Analisa Data
Untuk  pengambilan  data  dilakukan  menggunakan skenario yang telah dirancang pada tahap perancangan. Setelah data didapatkan akan dilakukan  analisa  terhadap  data,  dan  dilakukan

## ISSN 2548-740X
perbandingan  data  dari  skenario  yang  telah  dibuat untuk diambil kesimpulan sementara.

## Pembuatan Kesimpulan
Pada tahapan akhir ini, akan dibuat  kesimpulan dari penelitian  yang  telah  dilakukan.  Selain  itu, pembuatan laporan akhir untuk penelitian ini.

## HASIL DAN DISKUSI

## Pembuatan Simulasi Menggunakan Matlab Analisa LEACH di WSN Pada Suhu Panas
WSN  pada  umumnya  bekerja  di  daerah  yang bersuhu  normal  atau  suhu  ruangan,  yaitu  berkisar 20 o C sampai dengan 25 o C. Menurut [3], peningkatan suhu  atau  temperatur  udara  dapat  berpengaruh terhadap kekuatan signal ( receive signal strength ).
Berdasarkan  Gambar  4,  dapat  ditarik  kesimpulan bahwa  dengan  kenaikan  suhu,  energi  yang digunakan juga akan meningkat pemakaiannya pada WSN.  Rumus  yang  diajukan  pada  [3]  untuk Temperature  Loss  (T L )  dalam  dBm  adalah  sebagai berikut:
T L (T) = 0.1996(T – 25) ........ (1)
Berdasarkan  persamaan  di  atas,  jika  suhu  di  daerah WSN  tersebut  mengalami  peningkatan,  maka  akan terjadi  kenaikan  energi  yang  sebanding  dengan Temperature  Loss  (T L ).  Sebagai  contoh  jika temperatur  awal  adalah  25 o C  dan  kemudian temperatur  udara  memanas  dan  meningkat  menjadi 65 o C  perhitungan  yang  dilakukan  adalah  sebagai berikut:
T L (65) = 0.1996(65 – 25)
T L (65) = 0.1996(40)
T L (65) = 7.984
Dari perhitungan di atas maka didapatkan penurunan kekuatan  sinyal  sebesar  7.984  dBm  pada  area  yang temperaturnya  meningkat  sampai  dengan  65 o C. Penurunan kekuatan sinyal tersebut akan berpengaruh  terhadap  energi  yang  digunakan  oleh node-node  yang  akan  melakukan  komunikasi. Berdasarkan rumus perhitungan daya
...............(2)
Dimana P adalah daya, E adalah energi, dan t adalah waktu.
Kemudian dikombinasikan dengan persamaan perhitungan kekuatan sinyal .........(3) Dari persamaan tersebut didapatkan bahwa
1 W = 1000 mW = 30 dBm
1 dBm = 1.26 x 10 -3 W
Jika  ditelusuri  lebih  dalam  lagi,  dengan  penurunan kekuatan  sinyal  menjadi  7.984  dBm,  maka  dapat dihitung  nilai  energi  yang  dihabiskan  untuk melakukan  transmisi  setiap  detiknya  adalah  sebagai berikut:
Et = 7.984 x 1.26.10 -3 Et = 10.059.10 -3
Et = 1.0059.10 -2
Sehingga untuk tiap-tiap energi transmit dan receive yang  dikeluarkan  oleh  node  akan  ditambakan dengan 1.0059.10 -2 J.

## Parameter Simulasi yang Digunakan
Simulasi  yang  akan  digunakan  pada  penelitian  ini terdiri  dari  dua  simulasi,  simulasi  pertama  adalah simulasi  WSN  dengan  LEACH  pada  suhu  ruangan, sedangkan  simulasi  kedua  adalah  simulasi  WSN dengan LEACH pada suhu yang panas.
Parameter  yang  digunakan  untuk  simulasi  WSN dengan  LEACH  pada  suhu  ruangan  ditunjukkan pada Tabel 1 berikut.
Table  1  Parameter  untuk  simulasi  WSN  LEACH pada suhu ruangan
Parameter Value Jumlah node 20 node Energi awal 0.5 J Dimensi simulasi 100 x 100 Banyak putaran 20 kali Energi Transmit 5 x 10 -8 Energi Receive 5 x 10 -8 Suhu 25 o C
Sedangkan  parameter  yang  digunakan  untuk simulasi  WSN  dengan  LEACH  pada  suhu  yang tinggi ditunjukkan pada Tabel 2 di bawah ini. Table  2  Parameter  untuk  simulasi  WSN  LEACH pada suhu yang tinggi
Parameter Value Jumlah node 20 node Energi awal 0.5 J Dimensi simulasi 100 x 100 Banyak putaran 20 kali Energi Transmit 5.010059x10 -8 Energi Receive 5.010059x10 -8 Suhu 65 o C
Pada energi transmit dan receiver di simulasi dengan temperatur  yang  tinggi,  ditambahkan  dengan
1.0059.10 -2 J, sehingga energinya menjadi 5.010059x10 -8 J.

## Hasil Simulasi
Hasil  simulasi  dari  dua  buah  simulasi  yang dibangun,  yaitu  WSN  menggunakan  LEACH  pada temperatur  yang  normal,  dan  WSN  menggunakan LEACH  pada  temperatur  yang  tinggi,  dapat  dilihat pada Gambar 2 berikut.
Gambar 2. Hasil Simulasi WSN dengan LEACH Dapat  terlihat  pada  Gambar  2  di  atas,  node-node WSN  disebar  secara  acak,  dengan base  station berada di tengah-tengah area simulasi.

## Perbandingan Data Hasil Simulasi
Pada  sub  bab  ini  akan  ditampilkan  perbandingan data, antara data dari simulasi WSN pada temperatur normal  dengan  data  dari  simulasi  WSN  pada temperatur yang tinggi. Pengambilan data dilakukan sebanyak 5 kali dan diambil rata-rata dari sisa energi yang  tersedia    pada  tiap-tiap  node.  Pada  Tabel  3 akan  ditampilkan  rata-rata  sisa  energi  yang  tersedia pada tiap-tiap node.
Table  3  Parameter  untuk  simulasi  WSN  LEACH pada suhu yang tinggi
Node WSN pada temperatur Normal WSN pada temperatur  yang tinggi Node 1 0.990874 0.836248 Node 2 0.990998 0.810068
Node 3 0.48973 0.32879 Node 4 0.492518 0.335062 Node 5 0.48977 0.353676 Node 6 0.491448 0.307902 Node 7 0.492078 0.356082 Node 8 0.491456 0.351616 Node 9 0.491732 0.357104 Mode 10 0.491768 0.345636 Node 11 0.491606 0.36278 Node 12 0.493132 0.363052 Node 13 0.493024 0.364256 Node 14 0.493294 0.369998 Node 15 0.491566 0.349484 Node 16 0.49321 0.337834 Node 17 0.493418 0.348624 Node 18 0.492718 0.341936 Node 19 0.493722 0.368012 Node 20 0.49291 0.347198
Jika  digambarkan  dalam  bentuk  grafik,  maka perbandingannya  dapat  dilihat  pada  Gambar  3  di bawah ini.
Gambar 3 Grafik perbandingan Data Simulasi Pada  Gambar  3,  garis  A  menunjukkan  sisa  energi pada  WSN  dengan  LEACH  pada  suhu  normal, sedangkan  garis  B  menunjukkan  sisa  energi  pada WSN  dengan  LEACH  pada  temperatur  yang  tinggi. Dari  data  di  atas  menunjukkan  bahwa  sisa  energi dari  WSN  dengan  LEACH  pada  temperatur  yang tinggi  lebih  sedikit  dibandingkan  dengan  WSN menggunakan  LEACH  pada  suhu  normal.  Energi yang  tersisa  lebih  banyak  pada  node-node  WSN yang  bekerja  pada  suhu  normal  setelah  terjadi  20 kali putaran.
Jika  data  di  atas  diambil  rata-rata  dari  keseluruhan node,  dan  dikurangkan  antara  kedua  data  di  atas, maka didapat selisih dari sisa energi yang digunakan adalah 0.1452807 Joule.
Perbandingan selanjutnya dilakukan antara data hasil dari penelitian

## ISSN 2548-740X

## KESIMPULAN

## Kesimpulan
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut.
1. Kinerja  dari  protokol  LEACH  dilihat  dari hasil  simulasi  didapatkan  bahwa  selisih  sisa energi antara WSN yang menggunakan LEACH pada  temperatur  normal  (25 o C),  dengan  WSN menggunakan  LEACH  pada  temperatur  yang tinggi (65 o C) adalah 0.1452807.
2. Peningkatan temperatur pada udara menyebabkan  RSS  ( Receive  Signal  Strength ) meningkat,  yang  menyebabkan  pamakaian energi untuk transmisi meningkat pula.

## Saran
Saran untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memperbaiki  kinerja  dari  protokol  LEACH jika  beroperasi  di  temperatur  yang  tinggi, sehingga  dapat  lebih  menghemat  energi  pada tiap-tiap node.
Mengembangkan sebuah perangkat WSN baru yang lebih  tahan  terhadap  temperatur  yang  tinggi  atau ekstrim.

## DAFTAR PUSTAKA
NN  (1999)  “  21  ideas  for  the  21st  century  ”  ,
Business  Week  ,  Aug.  30  1999  ,  pp.  78  – 167 .
C.  -  Y.  Chong  and  S.  P.  Kumar  (2003),  “  Sensor networks:  Evolution,  opportunities,  and challenges ” , Proceedings of the IEEE , vol. 91 , no. 8 , Aug. 2003 , pp. 1247 – 1256 .
I. F. Akyildiz , W. Su , Y. Sankarasubramaniam , and E.  Cayirci  (2002)  ,  “  A  survey  on  sensor networks”, IEEE Communications Magazine , vol. 40 , no. 8 , Aug. 2002 , pp. 102 – 114 .
R.  Min,  et  al.  (2001),  Low  power  wireless  sensor networks, in: Proceedings of International Conference  on  VLSI  Design,  Bangalore, India, January 2001.
K.  Sohrabi  et  al.  (2000),  Protocols  for  self- organization of a wireless sensor network, IEEE  Personal  Communications  7  (5) (2000) 16–27.
Mukherjee,  N.  Et  al.  (2016).  Building  Wireless Sensor  Network  Theoretical  &  Practical Perspectives. Boca Raton: CRC Press.
Heinzelman,  W.R.,  et  al.  (2000).  Energy-Efficient Communication  Protocol  for  Wireless Microsensor Networks. Paper pada Proceedings of the 33rd Hawaii International  Conference  on  System Sciences.
Bannister,  K.  Et  al.  (2008).  Wireless  Sensor Networking for Hot Applications: Effect of Temperature  on  Signal  Strength,  Data Collection  and  Localization.  Paper  pada HotEmnets’08:  The  Fifth  Workshop  on Embedded  Networked  Sensors,  June  2-3, 2008, Charlottesville, Virginia, USA.
Moravek,  P.,  et  al.  (2011).  Energy  Analysis  of Received  Signal  Strength  Localization  in Wireless  Sensor  Network.  Paper  pada
Radioengineering, Vol. 20, No. 4,
December 2011.
Lee,  Meong-hun,  et  al.  (2008).  Design  and
Implementation of Wireless Sensor Network  for  Ubiquitous  Glass  Houses. Paper  pada  International  Conference  on Computer  and  Information  Science,  May 14-16, 2008, Portland, OR, USA.