3. Prinsip-Prinsip Desain Untuk WSN

Beberapa prinsip dasar untuk Desain WSN telah ada, yang mungkin berguna saat merancang protokol jaringan:

3.1 Organisasi terdistribusi

Dengan mempertimbangkan tujuan akhir yang optimal baik dari segi skalabilitas, ketahanan dan tujuan yang lain, prinsip terdistribusi lebih cocok dari pada penggunaan pendekatan terpusat. Akan tetapi perlu dipertimbangkan pula bahwa terdapat beberapa kekurangan pada metode terdistribusi ini dibandingkan dengan model terpusat. Misalnya saja, pada banyak kasus, pendekatan terpusat lebih baik dalam hal efisiensi energi daripada metode distribusi. Untuk itu diperlukan kombinasi dari 2 metode tersebut. Yaitu dengan penggunaan prinsip terpusat pada zona-zona tertentu dengan memilih salah satu node sebagai pengendali suatu zona jaringan tertentu. Akan tetapi pemilihan ini diulangi dalam jangka waktu tertentu agar node yang bertanggung jawab dalam jaringan lokal tersebut bergantian. Hal ini untuk menghindari matinya node pengendali akibat kehilangan energi secara dini.

3.2 Proses dalam jaringan

Dengan diberlakukannya organisasi terdistribusi pada jaringan, itu berarti paket-paket yang dikirim bukan lagi bit-bit mentah hasil penginderaan sensor atas objek yang menjadi target. Akan tetapi, bit-bit tersebut diolah di masing-masing network untuk kemudian menghasilkan informasi yang dibutuhkan oleh sink. Terdapat beberapa teknik yang digunakan dalam pengembangan in-network processing.

Agregasi

Teknik agregasi adalah sebuah teknik pengiriman data, dimana data diproses pada intermediate node (antara source dan sink) untuk mendapatkan hasil yang lebih penting (misalnya informasi rata-rata, maximum, minimum dsb) daripada bit-bit dari sensor dan kemudian dikirimkan ke sink atau intermediate node level selanjutnya. Jika misalnya paket data/informasi tersebut harus melalui sebuah intermediate node lagi, maka data/informasi tersebut diolah kembali dengan menggabungkan data tersebut dengan data-data dari node yang lain untuk kemudian diproses kembali. Setelah menemukan hasil baru dikirim ke sink atau intermediate node level selanjutnya. Begitu seterusnya.

Agregasi
Agregasi

Distribusi Source Code dan Distribusi metode kompresi

Agregasi memungkinkan data menjadi lebih simpel dengan ukuran yang lebih kecil. Akan tetapi bagaimana jika sink membutuhkan data sebenarnya (bukan hasil agregasi dan kompresi)? Dengan beragamnya sensor node yang ada dimungkinkan bahwa metode kompresi dan agregasinya tidak sama. Untuk itu, pada beberapa kasus, source code dan metode ini perlu dikirimkan juga agar penerima informasi dapat mengurai data jika suatu saat membutuhkan data dalam bentuk mentah.

Metode yang digunakan biasanya adalah metode korelasi. Dimana satu sensor node dengan sensor yang berdekatan memiliki metode pembacaan yang mirip dan berkorelasi. Korelasi ini yang memungkinkan pengiriman tidak hanya jumlah data saja yang dikirim akan tetapi juga overhead.

Distribusi dan kolaborasi Signal Processing

In network processing hanya bisa memproses data yang relatif mudah misal rata-rata, maximum dll. Untuk komputasi yang lebih kompleks tentunya butuh energi yang lebih pada sensor node. Untuk itu, pengurangan data (hanya data yang dibutuhkan saja yang diproses dan dikirim) perlu dilakukan untuk efisiensi energi.

Mobile code/Agent-based networking

Adalah ide dimana code program dibuat sesimpel dan sekecil mungkin yang memungkinkan untuk mengirimkan code tersebut dari satu node ke node yang lain. Sehingga setiap node tidak perlu menghabiskan storage untuk menyimpan code.

3.3 Adaptive Fidelity dan Akurasi

Keakuratan dalam pemrosesan data dalam sensor network harus diimbangi dengan pertimbangan efisiensi energi. Dalam prakteknya, semakin banyak data masuk, semakin akurat dan semakin baik pula sebuah pemrosesan data. Akan tetapi, semakin banyak pula energi yang dihabiskan. Untuk itu perlu dikembangkan metode agar pemrosesan data menjadi akurat dengan konsumsi energi yang efisien. Hal ini dapat dilakukan dengan cara pengembangan adaptasi model network sehingga dapat dengan cepat mengetahui node mana yang sudah tidak aktif (dan tak perlu dibuat route ke node tersebut), mencari dan mengais energi dari lingkungan yang ada. Masalah ini masih menjadi tantangan dalam WSN.

3.4 Data Centricity

Fokus pada data bukan pada node.

Dalam WSN, yang menjadi fokus jaringan adalah data yang dibutuhkan, bukan identitas dari node-node yang ada. Jika misalnya beberapa node menangkap sebuah sinyal satu objek yang sama, maka hanya 1 data saja yang dikirim dengan menambahkan perhitungan rata-rata dari lokasi ditangkapnya sebuah sinyal objek. Tidak ada redundansi data yang dikirimm. Paradigma semacam ini disebut dengan Data-centric-networking.

Pilihan implementasi untuk data-centric networking

Tiga opsi implementasi data-centric networking:

Overlay networks dan Distributed Hash Table (DHT)

Implementasi yang pertama adalah dengan mengadopsi penerapan DHT seperti pada file sharing pada aplikasi peer to peer. Dimana pada model ini, data yang diinginkan dapat ditemukan berdasarkan kunci (hash) yang diberikan dan DHT akan memberikan source data yang sesuai dengan kunci tersebut. Cara seperti ini dinilai lebih efisien dalam pencarian data.

Namun setidaknya ada 2 perbedaan dalam implementasi model overlay network seperti ini. Yaitu, 1) DHT menggunakan static Key sedangkan pada WSN key selalu berubah.. 2) DHT cenderung mengabaikan jumlah hop atau jarak antara 2 node sedangkan pada WSN hal ini tidak dapat diterima. Pada WSN setiap hop dihitung biaya overhead yang ditimbulkan.

Publikasi/Berlangganan

Paradigma pengiriman data dengan model request and replay dengan waktu yang terpisah tidak cocok dengan karakter WSN. Untuk kebutuhan pengiriman dan penerimaan data, WSN menggunakan pendekatan Publish/Subscribe. Setiap node yang membutuhkan jenis data tertentu dapat men-subscribe node yang mempublish data tersebut. Sebuah node yang mempublish data tertentu akan memberitahu subscriber bahwa terdapat publish data yang baru. Jika subscriber tak membutuhkan jenis data tersebut, node dapat berhenti menjadi subscriber.

Database

WSN dapat dianggap sebagai database yang dinamis. Sebuah sensor dapat dianggap sebagai sebuah table virtual yang dapat direlasikan dengan sensor (tabel) lain. Kemudian pengambilan data dari beberapa sensor yang direlasikan dapat diibaratkan pengambilan data pada tabel menggunakan bahasa query (SQL). Sebagai contoh, untuk mengambil data rata-rata suhu pada area tertentu dapat digunakan bahasa query seperti di bawah ini:

Listing 3.1: Contoh permintaan berbasis SQL untuk pembacaan sensor [528]

SELECT AVG (suhu)

DARI sensor

MANA lokasi = "Room 123"

3.5 Eksploitasi Informasi Lokasi

Teknik lain yang berguna adalah untuk mengeksploitasi informasi lokasi di protokol komunikasi setiap kali informasi tersebut ada. Karena lokasi dari suatu peristiwa adalah informasi penting untuk banyak aplikasi, maka harus ada mekanisme yang menentukan lokasi node sensor. Setelah informasi tersebut tersedia, selanjutnya desain dan operasi dari protokol komunikasi dapat disederhanakan dan dapat meningkatkan efisiensi energi.

3.6 Eksploitasi Pola Aktivitas

Pola aktivitas dalam WSN cenderung berbeda dari jaringan tradisional. Dalam WSN, bisa saja dalam rentang waktu tertentu tidak ada aktifitas sama sekali. Tapi di lain waktu lonjakan aktifitas akan sangat drastis. Oleh karena itu, desain protokol harus mampu untuk menangani lalu lintas yang sangat padat dan juga sekaligus mampu beralih dari mode tenang ke situasi yang sibuk dengan trafik.

3.7 Eksploitasi Heterogenitas

Sensor node dapat berbeda-beda (heterogen) dalam berbagai hal. Dalam hal konstruksi, bisa saja satu node mempunyai baterai yang lebih besar, daya transfer yang lebih jauh ataupun daya proses yang lebih kuat. Sensor node juga dapat berbeda-beda akibat dari aktifitas masing-masing. Misalnya awal mula semua node sama, akan tetapi karena beban operasi yang berbeda ada sebagian yang kehabisan sumber energi terlebih dahulu dibanding yang lain.

Heterogenitas node ini mempunyai keuntungan dan kerugian. Keuntungannya adalah konstruksi jaringan dapat berbeda-beda (asimetris) dengan mempertimbangkan kekuatan masing-masing node. Misalnya node dengan baterai yang lebih baik ditempatkan pada lokasi atau posisi yang menuntut beban kerja yang lebih. Kerugiannya adalah karena beban kerja yang asimetris tersebut, maka perlu dilakukan pengujian dan evaluasi berulang-ulang. Mengevaluasi kinerja jaringan ini tentunya membutuhkan sumber daya dan harus bermanfaat.

3.8 Component Based Stack Protokol dan Optimasi Cross-Layer

Dalam hal implementasi protokol komunikasi, WSN menggunakan Component-base protokol yang berbeda dengan layer protocol yang merupakan standar komunikasi. Protocol componen tersebut akan berinteraksi satu sama lain dengan 2 metode. Pertama, adalah pertukaran paker data secara sederhana dari komponen yang satu ke komponen yang lain. Dan yang kedua adalah pertukaran paket data lintas layer. Pertukaran informasi lintas layer ini menjanjikan peningkatan performa yang cukup menguntungkan. Walaupun juga menyimpan kemungkinan masalah yaitu menyebabkan feedback loop yang mengancam fungsi dan kinerja seluruh sistem. Kemungkinan ancaman ini harus diminimalisir agar tidak merugikan sistem.

 

Disadur dari: Holger Karl and Andreas Willig. Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks (Chapter 3). John Wiley & Sons, Ltd. 2005

Iklan