Disertasi

Multiple agent model berbasis fog computing untuk meningkatkan kinerja sistem smart classroom / Tasrif Hasanuddin

Abstrak
Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi telah mendorong transformasi digital dalam dunia pendidikan terutama dalam implementasi sistem smart classroom yang memanfaatkan perangkat IoT kamera pengawas dan aplikasi pembelajaran daring. Sistem ini menuntut pemrosesan data secara real-time efisiensi penggunaan sumber daya serta komunikasi yang cepat dan andal. Namun arsitektur tradisional berbasis Cloud Computing memiliki keterbatasan yang signifikan terutama dalam hal latency konsumsi bandwidth dan ketergantungan pada konektivitas internet. Dalam konteks pembelajaran yang bersifat dinamis dan membutuhkan umpan balik cepat cloud-only architecture menjadi kurang efektif khususnya ketika data harus dikirim dan diproses di pusat data yang jauh dari lokasi pengambilan. Hal ini berdampak pada keterlambatan sistem ketidakefisienan jaringan serta potensi penurunan kualitas layanan (Quality of Service/QoS) dalam kegiatan belajar mengajar. Oleh karena itu diperlukan pendekatan arsitektur baru yang mampu menjawab tantangan ini secara efisien dan adaptif dengan mendekatkan proses komputasi ke sumber data yaitu melalui Fog Computing. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengembangkan arsitektur smart classroom berbasis Fog Computing yang mampu mengoptimalkan performa sistem pembelajaran digital khususnya dalam hal latency konsumsi energi dan efisiensi jaringan. Untuk mencapai hal tersebut penelitian ini mengusulkan suatu model inovatif bernama Multiple Agent Model yang dibangun berdasarkan struktur master ndash worker dengan integrasi modularisasi aplikasi serta mekanisme load balancing berbasis profil QoS. Model ini diharapkan mampu mendistribusikan beban kerja secara adaptif memproses data secara lokal dan mengatur prioritas tugas berdasarkan konteks kebutuhan layanan. Selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk mengevaluasi performa model yang diusulkan melalui pendekatan simulasi agar dapat mengidentifikasi keunggulan serta keterbatasannya sebelum diterapkan dalam lingkungan nyata. Penelitian dilakukan secara eksperimental dengan pendekatan kuantitatif berbasis simulasi menggunakan toolkit iFogSim yang merupakan kerangka kerja simulasi yang umum digunakan untuk mengevaluasi performa sistem berbasis Fog Computing. Tahap pertama dari penelitian adalah merancang dua arsitektur dasar sistem smart classroom yaitu berbasis cloud-only dan fog-only. Kedua arsitektur ini kemudian dibandingkan berdasarkan parameter QoS utama seperti latency penggunaan energi dan konsumsi jaringan. Setelah terbukti bahwa arsitektur Fog Computing menunjukkan performa yang lebih baik penelitian dilanjutkan dengan mengevaluasi dua pendekatan pemrosesan dalam lingkungan fog model sequential worker dan master ndash worker. Hasil analisis dari tahap ini menunjukkan bahwa pendekatan master ndash worker lebih efisien dalam mendistribusikan tugas dan menangani pemrosesan paralel. Tahap akhir dari penelitian adalah pengembangan dan penyempurnaan arsitektur master ndash worker dengan menambahkan prinsip modularisasi aplikasi dan algoritma QoS-aware load balancing yang menghasilkan model baru bernama Multiple Agent Model. Model ini diuji dalam berbagai skenario simulasi yang mencerminkan kompleksitas lingkungan smart classroom aktual seperti jumlah kelas tingkat beban sistem dan keragaman perangkat fog node. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arsitektur Fog Computing secara signifikan lebih unggul dibandingkan cloud-only dalam hal performa sistem smart classroom. Model fog mampu mengurangi latency hingga di bawah 10 ms menurunkan konsumsi energi perangkat tepi serta mengurangi beban lalu lintas jaringan secara drastis karena data diproses di dekat sumbernya. Lebih lanjut model master ndash worker terbukti lebih efisien daripada sequential worker terutama dalam hal kecepatan eksekusi dan pembagian beban kerja. Puncak kontribusi penelitian ini adalah pengembangan Multiple Agent Model yang mengintegrasikan modularisasi tugas aplikasi dan mekanisme QoS-aware load balancing. Model ini mampu mendistribusikan tugas berdasarkan prioritas layanan seperti real-time latency atau hemat energi serta menyesuaikan dengan kapabilitas masing-masing fog node. Simulasi menunjukkan bahwa model ini tidak hanya memperbaiki metrik performa utama (latency energi dan jaringan) tetapi juga lebih fleksibel terhadap perubahan skenario lebih tahan terhadap lonjakan beban dan lebih mudah diperluas. Dengan demikian Multiple Agent Model yang diusulkan menjadi kontribusi orisinal yang signifikan dalam pengembangan arsitektur smart classroom berbasis Fog Computing serta membuka peluang besar untuk penelitian lanjutan dalam desain sistem pembelajaran digital yang cerdas efisien dan berkelanjutan.

Informasi Detail

DDC

Rd 621.3076 HAS m

Prodi

Universitas Negeri Malang. Program Studi Teknik Elektro dan Informatika, 2025.

Deskripsi Fisik

xvi, 120 lembar : ilus. ; 30 cm.

Bahasa

Indonesia

No Reg

00260/RD/25

Edisi

Disertasi (Pascasarjana)--Universitas Negeri Malang. 2025

Subjek

1. TEKNIK ELEKTRO - KINERJA SISTEM SMART CLASSROOM
2. MODEL PEMBELAJARAN BERBASIS FOG COMPUTING
3. ELECTRICAL ENGINEERING - SMART CLASSROOM SYSTEM PERFORMANCE

Pembimbing

1. Dr.eng Mokh. Sholihul Hadi, S.t., M.eng.; 2. Sujito, S.t., M.t., Ph.d

Lampiran Berkas