Perancangan dan Evaluasi Kinerja Jaringan Sensor Nirkabel Berbasis ZigBee untuk Monitoring Data Center

I Made Sastra Dwikiarta; Kadek Agus Mahabojana Dwi Prayoga; I Nengah Ludra Antara

Authors

I Made Sastra Dwikiarta Universitas Warmadewa
Kadek Agus Mahabojana Dwi Prayoga Universitas Warmadewa
I Nengah Ludra Antara Politeknik Negeri Bali

Keywords:

Jaringan Sensor Nirkabel (WSN), ZigBee; IEEE 802.15.4, Monitoring Data Center, Kualitas Layanan (QoS)

Abstract

Penelitian ini membahas perancangan dan evaluasi kinerja jaringan sensor nirkabel (Wireless Sensor Network/WSN) berbasis ZigBee IEEE 802.15.4 untuk monitoring lingkungan data center. Sistem terdiri atas node sensor yang melakukan akuisisi parameter lingkungan dan node koordinator sebagai penerima data. Evaluasi kinerja dilakukan melalui pengujian Received Signal Strength Indicator (RSSI), delay, packet loss, dan perubahan tegangan baterai terhadap variasi jarak komunikasi. Pengujian dilakukan pada lingkungan outdoor sebagai karakterisasi awal kinerja komunikasi sistem. Uji jangkauan menggunakan perangkat lunak X-CTU menunjukkan bahwa komunikasi ZigBee masih dapat terdeteksi hingga jarak 19 m, sedangkan evaluasi QoS dilakukan pada jarak 1–12 m dan komunikasi terputus pada pengujian 13 m. Hasil pengujian menunjukkan bahwa peningkatan jarak komunikasi diikuti oleh penurunan kualitas transmisi, yang ditunjukkan oleh peningkatan delay hingga 6,6 detik dan packet loss sebanyak 55 dari 126 paket yang dikirim pada jarak 12 m. Pengamatan kondisi sumber daya selama interval pengujian 10 menit menunjukkan penurunan tegangan baterai sebesar 0,32–0,68 V pada variasi jarak yang diuji. Perubahan tegangan baterai tidak menunjukkan kecenderungan linier terhadap pertambahan jarak komunikasi sehingga digunakan sebagai indikator perubahan kondisi sumber daya selama pengujian dan tidak merepresentasikan konsumsi daya secara langsung. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jarak komunikasi berpengaruh terhadap kinerja jaringan ZigBee, terutama pada delay dan packet loss. Sistem yang dikembangkan menunjukkan potensi penggunaan ZigBee sebagai media komunikasi WSN untuk monitoring lingkungan data center, dengan penempatan node dan jarak komunikasi sebagai faktor penting dalam implementasinya.

References

G. M. Sharif, U. Al-Mamun, F. Kabir, F. Nazeen, and J. Sobah, “A review on data center monitoring system using smart sensor network,” vol. 2, no. 2, 2022, doi: 10.5281/zenodo.6496816.

A. Zafra-Pérez, J. Medina-García, C. Boente, J. A. Gómez-Galán, A. Sánchez de la Campa, and J. D. de la Rosa, “Designing a low-cost wireless sensor network for particulate matter monitoring: Implementation, calibration, and field-test,” Atmos. Pollut. Res., vol. 15, no. 9, p. 102208, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.apr.2024.102208.

R. M. Woo-García et al., “Implementation of a Wireless Sensor Network for Environmental Measurements,” Technologies (Basel)., vol. 12, no. 3, Mar. 2024, doi: 10.3390/technologies12030041.

A. Khalifeh, R. Tanash, M. AlQudah, and S. Al-Agtash, “Enhancing energy efficiency of IEEE 802.15.4- based industrial wireless sensor networks,” J. Ind. Inf. Integr., vol. 33, p. 100460, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jii.2023.100460.

B. Bougard, F. Catthoor, D. Daly, A. Chandrakasan, and W. Dehaene, Energy Efficiency of the IEEE 802.15.4 Standard in Dense Wireless Microsensor Networks: Modeling and Improvement Perspectives. 2005. doi: 10.1109/DATE.2005.136.

K. F. Haque, A. Abdelgawad, and K. Yelamarthi, “Comprehensive Performance Analysis of ZigBee Communication: An Experimental Approach with XBee S2C Module,” Sensors, vol. 22, no. 9, May 2022, doi: 10.3390/s22093245.

Z. Liu, Y. Li, L. Zhao, R. Liang, and P. Wang, “Comparative Evaluation of the Performance of ZigBee and LoRa Wireless Networks in Building Environment,” Electronics (Switzerland), vol. 11, no. 21, Nov. 2022, doi: 10.3390/electronics11213560.

J. A. Azevedo and F. E. Santos, “Performance Evaluation of Directional Antennas in ZigBee Networks under NLOS Propagation Conditions,” Electronics (Switzerland), vol. 11, no. 13, Jul. 2022, doi: 10.3390/electronics11132032.

I. M. S. Dwikiarta, I. P. Y. Prabhadika, and I. A. R. Dewinta, “Quality of Service (QoS) Prototype Smart Bulding Protocol ZigBee 802.15.4 Xbee Series 1 berbasis Jaringan Sensor Nirkabel,” DIKE : Jurnal Ilmu Multidisiplin, vol. 2, no. 2, pp. 37–45, Aug. 2024, doi: 10.69688/dike.v2i2.101.

S. Li, Y. Yuan, and G. Pan, “An Efficient SS-MAC Protocol for IEEE 802.15.4-Based WSNs of Cluster Tree Topology,” Electronics (Switzerland), vol. 13, no. 13, Jul. 2024, doi: 10.3390/electronics13132520.

R. Kusumah, H. I. Islam, and S. Sobur, “Sistem Monitoring Suhu dan Kelembaban Berbasis Internet of Things (IoT) Pada Ruang Data Center,” Journal of Applied Informatics and Computing, vol. 7, no. 1, 2023, doi: 10.30871/jaic.v7i1.5199.

M. Bourdeau, J. Waeytens, N. Aouani, P. Basset, and E. Nefzaoui, “A Wireless Sensor Network for Residential Building Energy and Indoor Environmental Quality Monitoring: Design, Instrumentation, Data Analysis and Feedback,” Sensors, vol. 23, no. 12, p. 5580, 2023, doi: 10.3390/s23125580.

R. Fitriani, D. B. Putra, D. H. Akhadi, and B. F. Riyalda, “Analisis Received Signal Strength Indicator (RSSI) Menggunakan Protokol ZigBee sebagai Media Transmisi Data Landslide Early Warning System (LEWS) di Area Bervegetasi Rapat: Studi Kasus Desa Cililin, Bandung Barat,” Jurnal Teknologi Lingkungan, 2023, doi: 10.55981/jtl.2023.984.

I. R. B. Tola, S. Y. Doo, and D. E. D. G. Pollo, “Pemodelan dan Simulasi Pengaruh Posisi dan Ketinggian Nodal Sensor terhadap Quality of Services (QoS) Jaringan Sensor Nirkabel Menggunakan Protokol ZigBee,” JTEIN: Jurnal Teknik Elektro Indonesia, vol. 4, no. 2, 2023, doi: 10.24036/jtein.v4i2.445.

“Optimization of Delay Time in ZigBee Sensor Networks for Smart Home Systems Using a Smart-Adaptive Communication Distribution Algorithm,” Electronics, vol. 14, no. 15, p. 3127, 2025, doi: 10.3390/electronics14153127.