Arsitektur Wireless Sensor Network

Arsitektur Wireless Sensor Network

 

 

 

http://eprints.polsri.ac.id/4497/3/File%20III.pdf

 

 

 

NAMA                        : C.Digna Arga Permitasari

NIM                            : 1201204293

KELAS                      : TI-44-07

DOSEN KELAS       : Sheila Amalia Salma ST, MT

 

 

 

 

 

 

 

 

PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI

FAKULTAS REKAYASA INDUSTRI

UNIVERSITAS TELKOM

2020

 

 

 

Pengertian

Jaringan Sensor Nirkabel atau dalam banyak literatur disebut Wireless Sensor Network (WSN) adalah sebuah jaringan yang menghubungkan perangkat-perangkat seperti sensor node, router dan sink node (Muhamad Fajar). Perangkat ini terhubung secara ad-hoc dan mendukung komunikasi multi-hop. Istilah ad-hoc merujuk pada kemampuan perangkat untuk berkomunikasi satu sama lain secara langsung tanpa memerlukan infrastruktur jaringan seperti router atau akses point. Sedangkan multi-hop yaitu istilah yang merujuk pada komunikasi beberapa perangkat yang melibatkan perangkat antara (intermediate), multi-hop melibatkan perangkat antara seperti router untuk meneruskan sebuah paket dari satu node ke node lain dalam jaringan.  konsep sederhana terlahat pada gambar berikut :

https://botanmasure.wordpress.com/2015/08/19

Banyak aplikasi yang bisa dilakukan menggunakan jaringan sensor nirkabel, misalnya pengumpulan data kondisi lingkungan, security monitoring, dan node tracking scenarios . Sebuah aplikasi pengumpulan data lingkungan kanonik adalah salah satu penelitian dimana ilmuwan ingin mengumpulkan pembacaan beberapa sensor dari satu set poin dalam suatu lingkungan selama periode waktu tertentu untuk mendeteksi tren dan saling ketergantungan. Para ilmuwan ini ingin mengumpulkan data dari ratusan titik yang tersebar di seluruh daerah dan kemudian menganalisis data secara offline.

Peningkatan jumlah aplikasi Wireless Sensor Network membutuhkan delay jaringan yang rendah. Penelitian saat ini di bidang WSN terutama terkonsentrasi pada bagaimana mengoptimalkan efisiensi energi dengan kurang memperhatikan masalah delay jaringan. Beberapa rancangan WSN baru ditargetkan pada aplikasi yang memerlukan delay transfer data yang rendah dan keandalan yang tinggi. WSN termasuk jaringan transfer data multihop dengan delay rendah dan  hemat energi. Usianya bisa  mencapai beberapa tahun dengan baterai kecil. Node-node saling berkomunikasi menggunakan biaya dan daya yang rendah  pada frekuensi radio. Jaringan ini telah diterapkan pada aplikasi sistem keamanan di rumah sakit.

Jaringan Sensor

Untuk mengamati suatu fenomena, jumlah SN yang digunakan umumnya lebih dari satu. Dalam operasinya, semua SN yang berada dalam sensing field mengirim data ke sebuah base station (BS) yang terletak pada lokasi yang sama dengan SN. Setelah mengumpulkan data dari SN, BS kemudian meneruskan data ke control station (CS) yang umumnya terpisah dalam jarak yang jauh. Pada bagian terakhir inilah, data dikumpulkan untuk dianalisa lebih lanjut menjadi informasi.

Jaringan yang dibentuk oleh SN, BS, dan CS ini dikenal sebagai sensor network. Jika komunikasi antar unit dalam sensor network dilakukan tanpa menggunakan kabel, maka sistem ini disebut sebagai wireless sensor network (WSN).

Dalam melakukan komunikasi antar unit dalam WSN, media komunikasi yang digunakan sangat tergantung pada lingkungan di mana WSN ditempatkan. Pada lokasi di darat, gelombang radio sangat umum digunakan, walaupun tidak tertutup kemungkinan untuk menggunakan media lain seperti LASER atau infra merah (IR).

Untuk WSN yang diletakkan dalam tanah (underground), media komunikasi yang dipilih adalah gelombang radio dengan frekuensi tertentu yang mempunyai karakteristik mampu merambat dalam tanah. Sementara itu, WSN yang terletak di bawah permukaan air (underwater) menggunakan gelombang suara sebagaimana yang digunakan oleh ikan paus dan lumba-lumba, karena mampu merambat dalam jarak yang jauh.

Untuk mendapatkan hasil ukur yang teliti, SN umumnya diletakkan di lokasi yang dekat dengan fenomena yang diukur. Namun kebutuhan ini juga memiliki konsekuensi tersendiri. Instalasi di medan sulit seperti di dalam hutan lebat, tebing curam, mulut kawah gunung berapi, dan lain sebagainya, dapat mengundang kesulitan atau resiko bagi petugas instalasi.

Oleh karenanya, SN dirancang untuk mempunyai ukuran kecil, mudah dipasang,  mudah dipindahkan, dan minim atau tanpa perawatan. Untuk mencapai persyaratan ini, sumber listrik SN biasanya hanya mengandalkan tenaga baterai.

Karena SN umumnya diinginkan dapat bekerja dalam waktu yang lama tanpa perawatan (misalnya satu atau dua tahun), tenaga baterai harus dapat dihemat. Untuk itu, SN dirangkai dari sensor, processor, dan transceiver yang mempunyai daya rendah.  Akibatnya, processor yang dipilih mempunyai kemampuan proses rendah, sementara jangkauan pancaran transceiver juga sangat terbatas.

Untuk lebih menghemat konsumsi daya baterai, jeda waktu pengiriman data juga dapat diperpanjang. Dalam masa jeda yang panjang tersebut, aktifitas processor dikurangi dan transceiver dimatikan. Jeda waktu pengiriman bisa diperpendek kembali jika hasil pengukuran menunjukkan perubahan besar dalam waktu yang cepat. Keadaan ini dianggap sebagai indikasi adanya situasi emergency, di mana pelaporan data harus sering dilakukan untuk memperkirakan datangnya bencana. Mekanisme seperti ini umumnya digunakan pada sistem peringatan dini. beda dengan SN yang berukuran kecil dan mempunyai kemampuan terbatas, BS mempunyai ukuran yang lebih besar dengan spesifikasi processor dan transceiver yang lebih baik. Ini karena BS harus melakukan pekerjaan yang lebih banyak dan kompleks daripada yang dilakukan oleh BS. Misalnya, saat menerima data dari beberapa SN, BS tidak meneruskan langsung tiap data kepada CS, melainkan perlu merangkum dan mengubahnya menjadi format data yang sesuai dengan media komunikasi antara BS dan CS.

Selain itu, berbeda dengan SN yang dapat “ditidurkan” untuk periode yang panjang, BS harus tetap “terbangun” untuk menunggu kiriman data dari SN-SN lain yang periode aktifnya berbeda. Juga, BS harus tetap menjaga jaringan komunikasinya dengan CS. Karena itu, BS perlu dilengkapi baterai dengan kapasitas yang lebih besar. Seringkali, perangkat panel surya atau pembangkit tenaga listrik lainnya ditambahkan untuk mengisi tenaga baterai secara berkala.

Koneksi Wireles

Sementara itu, dengan daya pancar transceiver yang rendah, jangkauan komunikasi radio SN sangatlah dekat, biasanya berkisar beberapa puluh meter hingga lima ratusan meter. Jarak jangkau ini akan lebih rendah jika SN ditempatkan dalam hutan, karena transmisi sinyal radio akan terganggu oleh lebatnya tanaman dan pohon dalam hutan. Jangkaun transmisi radio yang pendek akan menjadi masalah jika SN terpisah jauh dari BS, karena SN tidak dapat mengirim data ke BS.

Untuk mengatasi masalah ini, elemen-elemen dalam WSN dirancang untuk mampu melakukan komunikasi multihop. Dengan metode ini SN-SN lain yang terletak di antara BS dan SN yang jauh dapat menjadi penghubung keduanya. Paket data dari SN yang bersangkutan di kirim ke BS secara berantai oleh SN-SN perantara. Atau dengan kata lain, sambil tetap mengirim paket datanya sendiri, SN-SN perantara juga berfungsi sebagai relay station. Komunikasi multihop ini merupakan salah satu ciri utama dari WSN. Dengan cara ini, cakupan sebuah jaringan WSN dapat diperluas.

Perluasan jangkauan WSN juga berarti penambahan jumlah SN menjadi puluhan, ratusan, hingga ribuan unit. Penambahan ini mudah dilakukan karena WSN mempunyai sifat scalable yang jarang dimiliki oleh jaringan komunikasi lainnya.

Namun, kelebihan ini juga membawa dampak negatif. Perebutan jalur komunikasi antar SN yang berjumlah ratusan dan ribuan untuk mengirim atau me-relay paket data akan mengakibatkan tabrakan (collision) dan kemacetan (congestion), yang pada akhirnya dapat melumpuhkan jaringan. Untuk mengatasi masalah ini, struktur jaringan dasar yang merupakan jaringan single-tier dikembangkan menjadi jaringan multi-tier.

Struktur jaringan multi-tier sangat berbeda dengan struktur jaringan single-tier. Jika jaringan single-tier hanya mempunyai satu lapisan komunikasi antara SN dengan BS, jaringan multi-tier bisa memiliki dua, tiga atau lebih lapisan komunikasi, tergantung dari kompleksitas jaringan WSN. Tiap lapisan komunikasi umumnya mempunyai frekuensi radio yang berbeda dari lapisan lainnya. Karena itu, SN tidak dapat berkomunikasi secara langsung dengan BS, melainkan harus melalui perantaraan elemen jaringan lainnya.  Berikut ini dijelaskan contoh sebuah jaringan multi-tier beserta beberapa kelebihannya.

 

Perangkat lunak pada Mote

Mote membutuhkan perangkat lunak untuk mengontrol aktivitas-aktivitasnya dan membuat setiap perangkatnya dapat dimanfaatkan secara optimal. Seperti sistem operasi dan aplikasi. Sistem operasi berfungsi menyediakan fungsi-fungsi dasar untuk mengatur kerja dari perangkat keras dan perangkat lunak yang berjalan di atasnya, termasuk menyediakan antarmuka pemrograman untuk pengembangan aplikasi WSN. Berikut beberapa sistem operasi WSN yang banyak digunakan saat ini:

1. Tiny OS
2. Contiki
3. Nano-RK
4. LiteOS
5. RTOS

Tipe Sensor

Tipe sensor beserta contohnya yang bisa digunakan pada wireless sensor network :
Contoh Sensor

Temperatur                        :Thermistor, thermocouple

Tekanan                            : Pressure gauge, barometer, ionization gauge

Optik                                : Photodiodes, phototransistors, infrared sensors, CCD sensors

Akustik                            : Piezoelectric resonators, microphones

Mekanik                          : Strain gauges, tactile sensors, capacitive diaphragms, piezoresistive cells

Gerakan dan Getaran      : Accelerometers, gyroscopes, photo sensors

Posisi                              :GPS, ultrasound-based sensors, infrared-based sensors, inclinometer

Kelembaban                   : Capacitive and resistive sensors, hygrometers, MEMS-based humidity sensors

Radiasi                           : Ionization detectors, Geiger–Mueller counters

 

Prinsip Kerja

 

Prinsip Kerja Wireless Sensor Network

·         Sensorboard mengumpulkan data berupa intensitas cahaya, temperatur, kelembaban, ataupun pergerakan objek dalam ruangan.

·         Mote kemudian mengirimkan data sensing ke gateway.

·         Gateway mengolah data sensing dan mengirimkannya ke server.

·         Server memproses data dari gateway untuk ditampilkan. Bila sensor melaporkan parameter yang melewati batasan yang ditentukan, server memberi perintah pada kontroler.

·         Kontroler mengendalikan switch untuk menaikkan atau menurunkan kinerja peralatan listrik.

 

Contoh aplikasi Arsitektur Wireless Sensor Network

Aplikasi Penggunaan WSN pada Bidang Pertanian
Dalam lingkungan pertanian dilakukan monitoring melalui WSN, dimana sistem kerjanya pada dasarnya hampir sama dengan sistem kerja jaringan WSN secara umum. Data dapat diakses melalui internet baik browser maupun mobile device.

Aplikasi Penggunaan WSN untuk Pengaturan Penggunaan Energi
Pemilik rumah dapat mengatur penggunaan energi listrik. Saat penggunaaan energi listrik mencapai titik maksimal dari yang ditentukan, secara otomatis jaringan sensor akan mengirim data ke gateway untuk diproses dan kontroler akan menurunkan nilai cahaya, temperatur, dan kelembaban ruangan.

 

Daftar Referensi

https://botanmasure.wordpress.com/2015/08/19/

https://infokomputer.grid.id/read/121280286/mengenal-wireless-sensor-network-solusi-alternatif-mendeteksi-bencana?page=all

https://botanmasure.wordpress.com/2015/08/19/

https://slideplayer.info/slide/3988347/

https://www.slideshare.net/agusk2007/mengenal-wireless-sensor-network