PENGEMBANGAN METODE SINKRONISASI DAN DISTRIBUSI PESAN PADA SISTEM MULTI-ROBOT

Pramudya Putra Hidayat, Dr. Andi Dharmawan, S.Si., M.Cs; Oskar Natan, S.ST., M.Tr.T., Ph.D.

2026 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

istem multi-robot yang bergantung pada satu node pusat menghadapi dua masalah utama, yaitu ketidakseimbangan distribusi pesan antar node dan keterlambatan sinkronisasi waktu. Penelitian ini mengembangkan metode komunikasi terdistribusi bernama LoCo-QS untuk menjawab kedua masalah tersebut.

Rancangan sistem terdiri atas dua tingkat. Pada tingkat antar robot, pesan disebarkan melalui propagasi gelombang yang meneruskan pesan bertahap antar node tetangga tanpa node pusat, sehingga beban penerusan tersebar merata. Pada tingkat tiap robot, pesan yang diterima melewati rangkaian mekanisme berurutan: gerbang sinkronisasi waktu, penjadwalan berbasis tenggat, antrean prioritas adaptif yang menjamin kelas rendah tetap terlayani, serta pemantauan keaktifan node dan kendali laju kirim adaptif.

Metode ini diuji pada tujuh robot TurtleBot3 dalam simulasi ROS 2 dan Gazebo dengan gangguan jaringan tc/netem empat tingkat, tujuh rangkaian pengujian tiga ulangan, serta divalidasi pada dua laptop dengan satu router WiFi. Hasil pengujian menunjukkan tercapainya kedua tujuan penelitian: ketidakseimbangan distribusi pesan sebesar 50,7% dibandingkan 293,5% pada arsitektur tersentralisasi, sebaran waktu penyelesaian tugas antar robot 5,0 detik dibandingkan 86,1 detik tanpa titik sinkronisasi, serta keberhasilan suksesi kepemimpinan 100% dibandingkan 0% pada sistem pembanding. Metode yang dikembangkan tidak mempercepat penyampaian pesan; latensi kedatangan pertama persentil ke-50 setara dengan pembanding, sedangkan persentil ke-95 lebih tinggi sebagai konsekuensi berkurangnya jumlah salinan pesan yang diteruskan. Validasi pada perangkat keras nyata menunjukkan bahwa sinkronisasi waktu, penjadwalan, dan antrean prioritas tetap berfungsi, tetapi evaluasi sifat yang bergantung pada topologi masih mengacu pada simulasi karena pengujian terbatas pada dua node.

Multi-robot systems that rely on a single central node face two main problems, namely message distribution imbalance between nodes and time synchronization delay. This research develops a distributed communication method named LoCo-QS to address both problems.

The system design consists of two levels. At the inter-robot level, messages are disseminated through wave propagation that forwards messages hop-by-hop between neighboring nodes without a central node, distributing the forwarding load evenly. At the per-robot level, incoming messages pass through a sequential mechanism pipeline: a time-alignment gate, deadline-based scheduling, adaptive priority queueing that guarantees low-priority classes remain served, and adaptive node liveness monitoring with rate control.

The method was tested on seven TurtleBot3 robots in a ROS 2 and Gazebo simulation with tc/netem network impairment at four levels, seven controlled comparison experiments with three repetitions, and validated on two laptops with one WiFi router. The results show the achievement of both research objectives: a message distribution imbalance of 50.7% compared to 293.5% in a centralized architecture, a task completion time spread of 5.0 seconds compared to 86.1 seconds without a collective synchronization point, and a leader succession success rate of 100% compared to 0% in the comparison system. The developed method does not accelerate message delivery; the median first-arrival latency is equivalent to the comparison system, while the 95th percentile is higher as a consequence of a 43.8% reduction in the number of transmissions. Validation on real hardware shows that time synchronization, scheduling, and priority queueing remain functional, but evaluation of topology-dependent properties still relies on simulation because testing was limited to two nodes.

Kata Kunci : sistem multi-robot, komunikasi terdistribusi, sinkronisasi waktu, penjadwalan pesan, ROS 2