Evaluasi Kinerja Sistem WSN Berbasis ESP32 dengan Topologi Star dan Mesh Multi-Hop

Abstract

Salah satu solusi infrastruktur Internet of Things (IoT) yang efisien dan berbiaya rendah adalah Wireless Sensor Network (WSN), yang memungkinkan komunikasi antar-node secara mandiri dan fleksibel. Metodologi penelitian meliputi perancangan arsitektur sistem, implementasi perangkat keras dan perangkat lunak, serta pengujian kinerja jaringan. Sistem diterapkan menggunakan enam unit ESP32 yang terdiri dari lima node sensor dan satu gateway. Topologi mesh direalisasikan menggunakan painlessMesh dengan mekanisme multi-hop dan self-healing, sedangkan topologi star menggunakan protokol ESP-NOW untuk komunikasi langsung berlatensi rendah. Topologi star mengonfigurasi node dengan MAC address gateway tujuan, sedangkan topologi mesh tidak memerlukan MAC address gateway, terkait mekanisme multi-hop dan broadcast ke sejumlah node tetangganya. Khusus untuk topologi mesh, ditinjau juga ketahanan jaringan, yakni kinerja jaringan ketika satu atau dua node relai dimatikan. Pengujian dilakukan dengan membandingkan performa kedua topologi menggunakan parameter Packet Delivery Ratio (PDR), Latensi, dan Received Signal Strength Indicator (RSSI) dalam kondisi jaringan yang sama. Hasil penelitian menunjukkan bahwa masing-masing topologi memiliki karakteristik yang berbeda, di mana topologi star unggul dalam latensi rendah, terutama di kondisi tanpa halangan, yakni mencapai 1,114 ms pada interval pengiriman 5 detik, berbeda dengan topologi mesh yang memiliki latensi lebih tinggi, yaitu 80,098 ms. Di sisi lain, topologi mesh lebih andal dalam jangkauan dan toleransi terhadap kegagalan node. Pada kondisi dengan halangan pada node 1-5, topologi mesh mampu mengirimkan paket sampai ke tujuan dengan PDR konsisten, sekitar 96,77%, dengan RSSI yang cenderung lebih stabil, yaitu di kisaran -71 sampai -67 dBm. Topologi star cenderung memiliki PDR yang tidak konsisten yakni bernilai 100% di node 1 dan node 2, namun turun drastis menjadi 81,08% di node 3, serta mengalami kegagalan total di node 4 dan 5, dengan RSSI yang cenderung lebih rendah hingga menyentuh -96,23 dBm di node 3. Pemilihan topologi jaringan WSN mesti disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi, sehingga hasil analisis dapat digunakan sebagai rekomendasi dalam implementasi IoT di lingkungan luas atau terhalang.