Implementasi Protokol Routing HEED pada Wireless Sensor Network dengan Perangkat Berbasis Modul Komunikasi nRF24L01

Abstrak

Wireless sensor network (WSN) merupakan sistem yang terdiri dari node sensor otonom yang terdistribusi pada suatu area untuk melakukan fungsi tertentu. Konsumsi energi sangat perlu diperhatikan dalam jalannya sistem WSN maka dari itu diimplementasikan protokol routing yang dapat meningkatkan efisiensi energi salah satunya adalah protokol cluster-based. Protokol Hybrid Energy-Efficient Distributed (HEED) merupakan cluster-based routing dengan komunikasi multi-hop pada cluster head-nya. Tujuan dari protokol HEED adalah untuk membentuk cluster yang terdistribusi dengan baik dalam jaringan. Penelitian ini bertujuan untuk mengimplementasikan protokol HEED pada perangkat real dengan berbasis modul nRF24L01 untuk melihat bagaimana kinerja yang dihasilkan. Implementasi dilakukan pada jaringan dengan skala kecil dimana node sensor hanya berjumlah 8 dengan jarak antar node yang tidak jauh sehingga setiap node masih dapat menjangkau semua node pada jaringan. Dengan adanya keterbatasan nRF24L01, pembentukan cluster memakan banyak waktu dan energi karena dibutuhkannya perhitungan cost node dan sinkronisasi waktu antar node. Kemudian waktu pemilihan cluster head kembali setelah jalannya operasi jaringan perlu dipertimbangkan agar tidak mengganggu fungsionalitas sistem. Pergantian cluster head baru sering terjadi ketika waktu sudah lama berjalan pada jaringan dan itu bervariasi tergantung pada energi baterai. Pada pengujian dengan energi baterai 6000 mWh, didapatkan lifetime HEED adalah 150 jam 32 menit 41 detik yang merupakan 94% peningkatan dari lifetime protokol static clustering. Namun pada jaringan skala kecil dengan perangkat berbasis nRF24L01 ini, lifetime HEED masih berada 28.5% di bawah LEACH.

Abstract

Wireless sensor network (WSN) is a system consisting of autonomous sensor nodes distributed in an area to perform certain functions. Energy consumption really needs to be considered in the WSN system, therefore a routing protocol that can improve energy efficiency is implemented, one of which is a cluster-based protocol. The Hybrid Energy-Efficient Distributed (HEED) protocol is a cluster-based routing with multi-hop communication on its cluster head. The purpose of the HEED protocol is to form well-distributed clusters in the network. This study aims to implement the HEED protocol on real devices based on the nRF24L01 module to see how the performance generated is. The implementation is carried out on a small-scale network where the sensor nodes only amount to 8 and the distance between is not far away making each node still reach all nodes on the network. With the limitations of the nRF24L01, cluster formation is quite time-consuming and energy-consuming due to the need for calculating node costs and synchronizing time between nodes. Then the timing to select the cluster head again after network operation needs to be considered so as not to interfere with the system's functionality. The selection of different cluster heads often occurs only when time has been running on the network for a long time and that time varies depending on battery energy. In testing with a battery energy of 6000 mWh, the lifetime of HEED was found to be 150 hours 32 minutes 41 seconds which is a 94% increase from the lifetime of the static clustering protocol. However, on a small-scale network with this nRF24L01-based device, the lifetime of HEED is still 28.5% below LEACH.