Arsitektur Wireless Sensor Network
http://eprints.polsri.ac.id/4497/3/File%20III.pdf
OLEH : C.DIGNA ARGA PERMITASARI (1201204293)
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 :
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. TinyOS
2.
Contiki
3.
Nano-RK
4.
LiteOS
5. RTOS
Tipe sensor beserta contohnya yang bisa digunakan pada wireless sensor
network :
Contoh
Sensor
·
Temperatur
Contoh : Thermistor,
thermocouple
·
Tekanan
Contoh : Pressure
gauge, barometer, ionization gauge
·
Optik
Contoh : Photodiodes,
phototransistors, infrared sensors, CCD sensors
·
Akustik
Contoh : Piezoelectric
resonators, microphones
·
Mekanik
Contoh : Strain
gauges, tactile sensors, capacitive diaphragms, piezoresistive cells
·
Gerakan dan Getaran
Contoh : Accelerometers,
gyroscopes, photo sensors
·
Posisi
Contoh :GPS, ultrasound-based
sensors, infrared-based sensors, inclinometer
·
Kelembaban
Contoh : Capacitive and resistive
sensors, hygrometers, MEMS-based humidity sensors
·
Radiasi
Contoh : Ionization detectors, Geiger–Mueller
counters
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://botanmasure.wordpress.com/2015/08/19/
https://slideplayer.info/slide/3988347/
https://www.slideshare.net/agusk2007/mengenal-wireless-sensor-network
Comments
Post a Comment