Arsitektur Wireless Sensor Network

Arsitektur Wireless Sensor Network
Rifa Amalia | 1201204418

1.     Pengertian

         Wireless Sensor Network (WSN) adalah sebuah sistem berbasiskan jaringan wireless yang berbentuk data-data digital pada dunia komputer. Secara umum, Wireless Sensor Network (WSN) atau sensor jaringan nirkabel merupakan suatu peralatan sistem embedded (tertanam) yang di dalamnya terdapat satu atau lebih sensor dan dilengkapi dengan peralatan sistem komunikasi atau bisa disebut sensor yang bekerja tanpa menggunakan kabel. Sensor dalam peralatan ini digunakan untuk menangkap atau mengumpulkan suatu informasi yang sesuai dengan karakteristik dari sensor tersebut. Informasi yang telah dikumpulkan berupa sinyal analog diubah dalam bentuk sinyal digital dan kemudian ditransmisikan ke suatu node (titik) melalui media tanpa kabel atau wireless seperti wi-fi, bluetooth, infrared, dan lainnya.

               Masing-masing titik dalam WSN dilengkapi dengan radio transceiver sebagai node penerima atau pengirim atau juga perangkat pendukung lainnya. Sehingga, wireless sensor network (WSN) juga dikenal sebagai sebuah sistem yang terdiri dari sejumlah besar low-cost sensor yang berukuran kecil dan tersebar apda sebuah daerah yang sangat luas dengan satu node penampung untuk mengumpulkan hasil proses pembacaan sensor node lainnya. Sensor di sebuah WSN memiliki berbagai tujuan, fungsi, dan kemampuan (Sohrabi, 2007:2).

Gambar 1. Arsitektur AWSN

        Gambar 1. Menunjukkan gambaran umum dari WSN. Dapat dilihat node sensor yang berukuran kecil disebar dalam suatu area sesnsor. Node sensor tersebut memiliki kemampuan untuk merutekan data yang dikumpulkan ke node lain yang berdekatan. Data dikirimkan melalui transmisi radio dan akan diteruskan menuju BS (Base Station) atau sink nodeyang merupakan penghubung antara node sensor dan user. Informasi tersebut dapat diakses melalui berbagai platform seperti koneksi internet atau satelit sehingga memungkinkan user untuk dapat mengakses secara realtime melalui remote server. (E, Sugiarto & Sakti, 2009). 

        Setiap node dalam WSN terdiri dari lima komponen, yaitu: kontroler/mikrokontroler, memori, sensor/ekuator, perangkat komunikasi dan catu daya. Umumnya, catu daya yang dipakai adalah baterai.

        WSN memiliki dua tipe:

    1.    Flat Networks-Based Architecture

          Dalam jaringan datar, setiap node sensor memainkan peranyang sama dan dilengkapi dengan daya baterai yang kurang lebih sama. Dalam jaringan tersebut, agregasi data dicapai dengan perutean sentris data dimana sink node biasanya mengirimkan pesan kueri ke sensor. Misalnya, melalui banjir dan sesor yang memiliki data yang cocok dengan kueri mengirim pesan respons kembali ke sink node. Pilihan protokol komunikasi tertentu tergantung pada aplaikasi tertentu yang ada.

    2.    Hierarchical Networks-Based Architecture

        Jaringan datar dapat mengakibatkan komunikasi dan beban komputasi di sink node yang mengakibatkan penipisan yang lebih cepat dari daya baterai. Kematian sink node memecah fungsionalitas jaringan. Oleh karena itu, mengingat skalabilitas dan energi efisiensi, beberapa data hierarki pendekatan agregasi telah diusulkan. Agregasi data hierarkis melibatkan data fusi pada node khusus, yang mengurangi jumlah pesan yang dikirimkan ke sink node. Hal ini meningkatkan efisiensi energi jaringan.

 2.    Tipe Sensor

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 wi-fi.

3.     Prinsip Kerja

Wireless Sensor Network (WSN) terbagi atas 5 (lima) bagian, yaitu:

    1.    Transceiver, berfungsi untuk menerima atau mengirim data dengan menggunakan protokol IEEE 802.15.4 atau IEEE 802.11b/g kepada device lain.

 2. Mikrokontroler, berfungsi untuk melakukan fungsi perhitungan, mengontrol dan memproses device yang terhubung dengan mikrokontroler.

    3.    Page source, berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem wireless sensor secara keseluruhan.

    4.   External memory, berfungsi sebagai ta,bahan memory bagi system wireless sensor, pada dasarnya sebuah unit mikrokontroler memiliki unit memory sendiri.

    5.    Sensor, berfungsi untuk mem-sensing besaran-besaran fisis yang hendak diukur. Sensor adalah suatu alat yang mampu untuk mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi lain, dalam hal ini adalah mengubah dari energi besaran yang diukur menjadi energi listrik yang kemudian diubah oleh ADC menjadi deretan pulsa ter kuantisasi yang kemudian bisa dibaca oleh mikrokontroler.

• Topologi WSN:

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

•  Model Protokol pada WSN: 

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

4.     Contoh Aplikasi Arsitektur Wireless Sensor Network (AWSN) 

        Ada banyak aplikasi untuk teknologi ini, dan biasanya berfungsi dalam kegiatan pemantauan, pelacakan dan pengendalian. Fungsi pemantauan adalah salah satu fungsi yang sangat umum digunakan saat ini, yaitu untuk dapat melacak setiap jenis gerakan apakah itu panas, tekanan, suara, cahaya atau getaran di daerah tertentu.

           Saat ini, teknologi WSN sudah digunakan hampir di setiap bidang industri, termasuk industri yang berhubungan dengan lingkungan hidup karena WSN adalah teknologi yang memungkinkan pembacaan berbagai macam perubahan di atmosfer dan bagaimana faktor-faktor sederhana seperti suhu air atau aspek yang lebih kompleks dari lingkungan seperti kemungkinan gempa bumi di daerah tertentu. Kendaraan juga dapat dilacak melalui teknologi ini, oleh karena itu teknologi WSN juga digunakan dalam bidang industri keamanan. Ilmu kedokteran juga menggunakan teknologi WSN untuk dapat melacak perubahan pada beberapa monitor kesehatan dan memberi tahu staf medis melalui perubahan dalam perangkat pemantauan.  

    1.    Aplikasi Penggunaan WSN di Bidang Pertanian

Gambar 4.1 Aplikasi Penggunaan WSN di Bidang Pertanian

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

    2.    Aplikasi Penggunaan WSN untuk Pengaturan Penggunaan Energi

        Pemilik rumah dapat mengatur penggunaan energi listrik. Saat penggunaan 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.

    3.    Aplikasi Penggunaan WSN untuk Pemantauan Gunung Berapi

Gambar 4.3 Aplikasi Penggunaan WSN untuk Pemantauan Gunung Berapi

        Pemantauan gunung api merupakan salah satu bidang penerapan Wireless Sensor Network (WSN). WSN digunakan pertama kali untuk pemantauan gunung api di gunung Tungurahua, Ekuador Tengah pada tahun 2004. Selanjutnya diterapkan pada riset di gunung Reventador, Ekuador Utara dengan 16 sensor digunakan untuk menangkap sinyal seismik dan akustik. Pada kedua riset ini, desain jaringan dan algoritma dibangun untuk menangkap raw-data sinyal seismik dan akustik, dan mengirimnya ke base station. Seperti dua riset sebelumnya, proyek OASIS membangun WSN yang robust untuk memperoleh raw-data sebanyak-banyaknya dengan real time, kontinu dan kualitas sinyal yang high-fidelity. Berbeda dengan riset WSN untuk pemantauan gunung api sebelumnya, riset Rui Tan, dkk. dan Guojin Liu, dkk. mengembangkan WSN untuk pemantauan gunung api secara real time, in-situ dan long-lived tanpa transmisi raw-data ke base station. WSN dan algoritma didesain dengan membangun algoritma pemrosesan in-network untuk mendeteksi gempa vulkanik, menentukan onset time dari gelombang yang biasa muncul pada saat terjadi gempa.

Referensi:

Ilmi, A. A. (2014). TA: Rancang Bangun Aplikasi Monitoring Sebagai Informasi Gas Karbon Monoksida Pada Jaringan Sensor Nirkabel (Doctoral dissertation, STIKOM Surabaya).

Biruk, Silase & Geletu, Biruk. (2011). Modeling the Behavior of an Electronically Switchable Directional Antenna for Wireless Sensor Networks.

Rajagopalan, Ramesh and Varshney, Pramod K., "Data aggregation techniques in sensor networks: A survey" (2006). Electrical Engineering and Computer Science. 22.

Admin. (2020). Types of Wireless Sensor Networks – [ Research Based Guide. Online di https://www.computersciencejunction.in/2020/04/24/types-wireless-sensor-networks/, diakses 03 Maret 2021.

Adnan, Rachman. (2012). WIRELESS SENSOR NETWORK dan TEKNOLOGI ZIGBEE. Online di http://adnanrachman.blogspot.com/2012/12/wireless-sensor-network-dan-teknologi.html, diakses 03 Maret 2021.

DESTRIANI, M. (2017). PERANGKAT KERAS SISTEM PENGISIAN DAN PENGUKURAN LEVEL MINYAK PADA TANGKI MINYAK PERTAMINA BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) (Doctoral dissertation, POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA).

Hulu, E., Riyanto, B., & Widyantoro, S. (2015). Wireless Sensor Networks for Volcano Activity Monitoring: A Survey. Scientific Journal of Informatics, 2(1), 53-62.

LN Literaksi Teknologi Chapter 3: Computer System and Architecture.