Mata Kuliah Sensor dan Transduser WIRELESS SENSOR NETWORK

Mata Kuliah Sensor dan Transduser WIRELESS SENSOR NETWORK

WIRELESS SENSOR NETWORK (1) “A wireless sensor network (WSN) is a wireless network consisting of spatially distributed autonomous devices using sensors to cooperatively monitor physical or environmental conditions, such as temperature, sound, vibration, pressure, motion or pollutants, at different locations. ”

WIRELESS SENSOR NETWORK (2) q Sebuah jaringan yang menghubungkan perangkat-perangkat seperti sensor node, router dan sink node. q Perangkat ini terhubung secara ad-hoc dan mendukung komunikasi multi-hop. q Istilah ad-hoc merujuk pada kemampuan perangkat untuk berkomunikasi satu sama lain secara langsung tanpa memerlukan infrastruktur jaringan seperti router atau akses point. q 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.

WIRELESS SENSOR NETWORK (3) q Wireless Sensor Network (WSN) adalah kelas baru dalam jaringan komputer yang terdiri dari beberapa sensor nodes yang saling berkomunikasi dan bekerja sama untuk mengumpulkan data-data dari lingkungan sekitar, misalnya suhu, tekanan udara, kelembapan udara dan beberapa parameter lingkungan lainnya.

WIRELESS SENSOR NETWORK (4) q Sebuah sensor node memiliki dua komponen, yaitu mote dan sensor. q Sensor selalu melekat pada mote. q Mote bertanggung jawab untuk penyimpanan, komputasi dan komunikasi. q Sensor bertanggung jawab untuk penginderaan fenomena fisik seperti suhu, cahaya, suara, getaran, dan lain sebagainya. q Sensor node mengumpulkan data dan dapat melakukan pengolahan di jaringan pada data yang dikumpulkan di intermediate node sebelum meneruskan ke pusat pengumpulan (sink atau base station) untuk analisis atau pengolahan lebih lanjut.

q Formed by hundreds or thousands of motes that communicate with each other and pass data along from one to another q Research done in this area focus mostly on energy aware computing and distributed computing

MOTE (1) q A very low cost low power computer q Monitors one or more sensors q A Radio Link to the outside world q Are the building blocks of Wireless Sensor Networks (WSN)

MOTE (2)

MOTE (3) Fungsi dan kemampuan mote berbede-beda: • Sensor node: yaitu node yang berfungsi untuk membaca data lingkungan atau objek yang dipantau, node ini dilengkapi dengan satu atau beberapa perangkat sensor. Node ini dapat dibagi menjadi dua jenis. Pertama, Node dengan kemampuan standar dan kedua yaitu Node yang telah dilengkapi fasilitas yang lebih kaya seperti CCD camera, wireless LAN, logger, Webserver, dsb. • Router: yaitu node yang berfungsi untuk meneruskan paket data dari sebuah node ke node lain. Node ini berguna untuk keperluan komunikasi multi-hop. Dalam aplikasi nyata, kita dapat memprogram sebuah Sensor Node bertindak sebagai router. • Sink Node: yaitu node yang berfungsi untuk mengumpulkan data penginderaan dari Sensor Node, kemudian meneruskannya ke perangkat atau sistem lain, seperti ke database server untuk penyimpanan. Sink juga berfungsi sebagai penyebar paket dari perangkat atau sistem lain ke WSN, misalnya untuk keperluan pemrograman atau konfigurasi ulang sensor node secara remote

MOTE (4)

Simpulan : Wireless Sensor Network �Wireless sensor network (WSN) adalah suatu infrastruktur jaringan wireless yang menggunakan sensor untuk memonitor kondisi fisik dan lingkungan sekitar, seperti sensor suhu, suara, getaran, tekanan, gerakan, gelombang elektromagnetik, dan lainnya yang terhubung ke jaringan. �Sensor-sensor tersebut akan mengubah data analog ke data digital. Selanjutnya data dikirim ke suatu node melalui media komunikasi yang digunakannya, seperti bluetooth, infrared, dan Wifi. �Masing–masing node dalam jaringan sensor nirkabel dilengkapi dengan radio tranciever atau alat komunikasi wireless lainnya, mikrokontroler kecil, dan sumber energi (biasanya baterai).

Tipe sensor beserta contohnya yang bisa digunakan pada wireless sensor network : Tipe Sensor Temperatur Tekanan Optik Akustik Mekanik Gerakan dan Getaran Posisi Kelembaban Radiasi Contoh Sensor Thermistor, thermocouple Pressure gauge, barometer, ionization gauge Photodiodes, phototransistors, infrared sensors, CCD sensors Piezoelectric resonators, microphones Strain gauges, tactile sensors, capacitive diaphragms, piezoresistive cells Accelerometers, gyroscopes, photo sensors GPS, ultrasound-based sensors, infrared-based sensors, inclinometer Capacitive and resistive sensors, hygrometers, MEMSbased humidity sensors Ionization detectors, Geiger–Mueller counters

Arsitektur Wireless Sensor Network Arsitektur WSN terdiri data acquisition network dan data distribution network. Monitoring dan sistem kontrol dilakukan oleh management center.

Komponen hardware dalam Wireless Sensor Network terdiri dari : �Sensorboard : contoh tipe MTS 240 �Mode Processor : contoh Mote (MPR 2400) �Gateway : contoh tipe MIB 600 untuk komunikasi jaringan sensor dan interface ethernet programming board (EPRB) untuk komunikasi server. �Server : contoh processor Intel pentium dual core CPU T 2390 @ 1, 86 GHz, memory DDR 2 1 GB. �Kontroler : contoh DT-51, switch panel, dimmer, motor stepper DC 12 V.

Perangkat lunak (software) pada Wireless Sensor Network : �Sensor node membutuhkan sistem operasi untuk mengatur hardware dari sensor agar dapat berinteraksi dengan software aplikasinya. Contoh sistem operasi yang digunakan adalah Tiny. OS dengan bahasa pemrograman Nes. C. �Tiny. OS mengorganisir komponen perangkat lunaknya dalam beberapa lapisan. Lapisan terbawah terkait perangkat keras, dan lapisan tertinggi adalah aplikasi yang digunakan.

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.

Topologi Wireless Sensor Network Topologi yang dapat digunakan : topologi Star, Ring, Bus, Tree, Mesh, dan, Fully connected.

Model Protocol pada Wireless Sensor Network Model protokol generik yang dapat digunakan : untuk mendeskripsikan jalur komunikasi (routing) di dalam jaringan sensor nirkabel. Protokol ini bersifat energy awareness.

CONTOH WSN

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.

Aplikasi Penggunaan WSN untuk Beberapa Area

TEKNOLOGI ZIGBEE

Latarbelakang Munculnya Zigbee � Konsumsi energi atau daya yang besar pada teknologi WSN sebelumnya. � Cadangan energi pada WSN terbatas Baterai mensuplai catu daya pada node untuk operasinya. � Jika salah satu node mati performansi jaringan dalam hal routing dan topologi berubah. � Konservasi energi dilakukan berulang-ulang meningkatan biaya dan mengganggu performansi jaringan. � Solusi : Teknologi wireless berdaya rendah, mudah, dan murah Teknologi Zigbee

Apa itu Zigbee? �Teknologi Zigbee merupakan teknologi dengan data rate rendah (low data rate), biaya murah (low cost), protokol jaringan tanpa kabel yang ditujukan untuk otomasi dan aplikasi remote control. �Zigbee terdiri dari kata Zig : gerakan zigzag, dan Bee: Lebah. Sehingga maknanya adalah penyampaian informasi berbentuk Zigzag dan caranya seperti lebah (membentuk sebuah jaringan). �Zig. Bee Tergolong standar keluarga IEEE 802. 15 bersama Bluetooth (802. 15. 1) dan UWB (802. 15. 3) dengan kode standar IEEE 802. 15. 4. Kecepatan komunikasi max 250 kbps, Jarak maksimal komunikasi pendek (10 m - 70 m), dan menggunakan 3 band frekuensi yaitu Band frekuensi 915 MHz (Amerika), 868 MHz (Eropa), dan 2. 4 GHz (Jepang).

Contoh Bentuk Fisik Wireless Zigbee Nama produk ini adalah X-Bee Pro, pabrikan Maxstream/Digi. Bentuknya kecil, pengoperasiannya mudah, dan harganya murah. Jika ingin menggunakan wireless ini minimal harus membeli 2 buah chip X-Bee untuk komunikasi point to point, atau lebih untuk komunikasi multipoint.

Prinsip Kerja Zigbee �Zigbee memanfaatkan penuh kelebihan dari physical radio yang sangat berguna dari standar IEEEE 802. 15. 4 �Zigbee menambahkan jaringan logika, sistem keamanan (security), dan perangkat aplikasinya (application software).

Kelebihan Zigbee � Support untuk beberapa topologi jaringan seperti point-topoint, point-to-multipoint, dan jarngan mesh. � Lebih mudah, bentuk kecil, murah, dan baterai tahan lama. � Memiliki protocol stack yang sangat sederhana. � Maksimal 65000 node per jaringan, tanpa harus melakukan pengaturan apapun. � Tidak perlu base station atau access point komunikasi dapat secara acak (mesh network). � Dapat mengirim data sepanjang 127 huruf (127 byte) mengurangi beban host CPU (hanya butuh komputer mikro 8 bit saja). � Inisialisasi sistem 30 ms cocok untuk peralatan sensor yang membutuhkan operasi kecepatan waktu ON/OFF nya tinggi.

Aplikasi Penggunaan Zigbee pada Sistem Lighting Control � Kontrol lampu tanpa kabel. � Ballast yang dapat diatur terang redupnya. � Saklar lampu dimana saja dan susunan lampu yang khusus. � Hemat energi pada saat hari cerah.

Aplikasi Penggunaan Zigbee pada Sistem Pengaturan Energi di Hotel �Pengaturan ini terpusat memungkinkan pelaku hotel untuk mengurangi penggunaan energi pada kamar yang kosong. �Kemampuan retrofit T-stats yang memakai baterai dapat dipakai demi kenyamanan. �Pengaturan ruangan secara personal dapat dilakukan saat check-in.

Aplikasi Penggunaan Zigbee pada Asset Management �Pada suatu kontainer, sensor-sensor akan membentuk sebuah jaringan jala (Mesh). �Kontainer yang majemuk pada sebuah kapal membentuk sebuah mesh untuk melaporkan data sensor. �Meningkatkan keamanan melalui on-truck dan on-ship deteksi tamper. �Pemrosesan kontainer yang lebih cepat.

Aplikasi Penggunaan Zigbee pada Pengaturan di Supermarket

Aplikasi Penggunaan Zigbee untuk Residential Control

Terima kasih