, Analisis Waktu Offset dan Konvergensi pada Wireless Sensor Network dengan Protokol Komunikasi ESP-Now dan Flooding Time Synchronization Protocol

Prasetya, Mohammad Fikri and Sabriansyah Rizqika Akbar, S.T., M.Eng., Ph.D. and Agung Setia Budi, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D. (2024) , Analisis Waktu Offset dan Konvergensi pada Wireless Sensor Network dengan Protokol Komunikasi ESP-Now dan Flooding Time Synchronization Protocol. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Implementasi Wireless Sensor Network (WSN) bertujuan untuk mencapai sistem real-time yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemantauan keamanan tambang, kesehatan, dan industri. Untuk mendukung operasional real-time, dibutuhkan protokol sinkronisasi waktu yang akurat dan protokol komunikasi dengan latensi rendah. ESP8266, mikrokontroler populer dengan protokol ESP-NOW, menawarkan latensi rendah yang cocok untuk aplikasi real-time. Kombinasi ini sering digunakan dalam pengembangan WSN untuk pemantauan secara real-time. Protokol sinkronisasi waktu yang akurat sangat krusial untuk memastikan pengoperasian real-time, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi. Flooding Time Synchronization Protocol (FTSP) dikenal sebagai salah satu protokol dengan akurasi tinggi dan sering digunakan sebagai standar dalam penelitian sinkronisasi waktu. Namun, implementasi FTSP dalam perangkat keras seringkali menantang dan umumnya terbatas pada simulasi. Penelitian sebelumnya oleh Prasetya et al. (2023) mengimplementasikan FTSP pada WSN berbasis ESP-NOW menggunakan ESP8266, namun kurang membahas analisis offset dan waktu konvergensi sebagai metrik kinerja. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki implementasi dan evaluasi FTSP pada WSN berbasis ESP-NOW, dengan fokus pada analisis waktu offset dan konvergensi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa FTSP pada WSN berbasis ESP-NOW memiliki rata-rata offset sebesar 74.64-81.16 mikrodetik, lebih kecil dibandingkan dengan protokol Reference Broadcast Synchronization (RBS) dan Lightweight Tree-based Synchronization (LTS) yang masing-masing menghasilkan rata-rata offset 169.673 – 201.073 millidetik dan 20 – 180 millidetik. Namun, FTSP pada ESP-NOW tidak mencapai tingkat akurasi yang sama dengan penelitian sebelumnya yang menggunakan konfigurasi WSN dengan protokol komunikasi radio, yang menunjukkan offset ≤ 1.5 mikrodetik. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan ESP-NOW yang tidak mendukung pencatatan waktu pada layer MAC. Sinkronisasi waktu pada WSN berbasis ESP-NOW dengan FTSP berhasil mempertahankan akurasi yang konsisten antar node, dengan distribusi nilai offset yang tidak jauh berbeda. Selain itu, FTSP pada WSN berbasis ESP-NOW mencapai waktu konvergensi jaringan antara 1.910728 hingga 1.971348 detik, menunjukkan waktu stabilisasi yang relatif konsisten Penelitian ini memberikan kontribusi dalam pengembangan WSN yang lebih akurat dan handal dalam pengumpulan data lingkungan, serta meningkatkan pemahaman tentang performa sinkronisasi waktu pada konfigurasi WSN berbasis ESP-NOW

English Abstract

The implementation of Wireless Sensor Networks (WSN) aims to achieve real-time systems applicable in various fields such as mining security monitoring, healthcare, and industry. To support real-time operations, accurate time synchronization protocols and low-latency communication protocols are essential. ESP8266, a popular microcontroller with the ESP-NOW protocol, offers low latency suitable for real-time applications. This combination is often used in the development of WSN for real-time monitoring. Accurate time synchronization protocols are crucial to ensure real-time operation, especially in applications that require high precision. The Flooding Time Synchronization Protocol (FTSP) is known for its high accuracy and is often used as a standard in time synchronization research. However, the implementation of FTSP in hardware is often challenging and typically limited to simulations. Previous research by Prasetya et al. (2023) implemented FTSP on an ESP-NOW-based WSN using ESP8266, but it lacked indepth analysis of offset and convergence time as performance metrics. This research aims to investigate the implementation and evaluation of FTSP on an ESP-NOW-based WSN, focusing on the analysis of offset and convergence time. The results show that FTSP on an ESP-NOW-based WSN has an average offset of 74.64-81.16 microseconds, which is smaller compared to the Reference Broadcast Synchronization (RBS) protocol and Lightweight Tree-based Synchronization (LTS) protocol, each producing an average offset of 169.673 – 201.073 milliseconds and 20 – 180 milliseconds, respectively. However, FTSP on ESP-NOW does not achieve the same level of accuracy as previous studies using radio communication protocol configurations, which show offsets of ≤ 1.5 microseconds. This is due to the limitation of ESP-NOW, which does not support timestamping at the MAC layer. Time synchronization on an ESP-NOW-based WSN with FTSP successfully maintains consistent accuracy across nodes, with a distribution of offset values that are not significantly different. Additionally, FTSP on an ESP-NOW-based WSN achieves network convergence times ranging from 1.910728 to 1.971348 seconds, indicating relatively consistent stabilization times. This research contributes to the development of more accurate and reliable WSNs for environmental data collection and enhances the understanding of time synchronization performance in ESP-NOW-based WSN configurations.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	042415
Uncontrolled Keywords:	Wireless Sensor Network, Flooding Time Synchronization Protocol, Sinkronisasi Waktu, ESP8266, ESP-Now.Wireless Sensor Network, Flooding Time Synchronization Protocol, Time Synchronization, ESP8266, ESP-Now.
Divisions:	S2/S3 > Magister Ilmu Komputer, Fakultas Ilmu Komputer
Depositing User:	Sugeng Moelyono
Date Deposited:	01 Nov 2024 08:13
Last Modified:	01 Nov 2024 08:13
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/231998

Text (DALAM MASA EMBARGO) Mohammad Fikri Prasetya.pdf Restricted to Registered users only Download (4MB)

Actions (login required)

View Item