arsitektur wireless sensor network

8/18/2019 Arsitektur Wireless Sensor Network

1/13

Arsitektur Wireless Sensor Network

2.1. Nodes Architekture

Pada wireless sensor network (WSN) terdapat elemen penting yaitu wireless sensor nodes.

Melalui node dapat dilakukan sensing, pengolahan data dan komunikasi. Node sensor melakukan

penyimpanan data, mengekseskusi protokol komunikasi, dan pemprosesan data. Kualitas,

ukuran, dan frekuensi data sensing dapat diekstrak melalui jarigan dengan dipengaruhi oleh

sumer daya fisik yang tersedia pada node. !leh karena itu desain dan implementasi dari

wireless sensor nodes merupakan langkah penting yang harus dilakukan.

Node dalam WSN seringkali diseut seagai " mote#, Sensor selalu melekat pada mote.

Mote ertanggung jawa untuk penyimpanan, komputasi, dan komunikasi, sedangkan sensor

ertanggung jawa untuk penginderaan fenomena fisik seperti suhu, $ahaya, suara, getaran, dan

lain seagainya . Sensor node mengumpulkan data dan dapat melakukan pengolahan dijaringan

pada data yang dikumpulkan. Selanjutnya data yang telah terkumpul akan diteruskan ke pusat

pengumpulan data (sink atau ase station) untuk dianalisis atau pegolahan leih lanjut.

Sink merupakan kesatuan yang mengumpulkan informasi dari node sensor sehingga dapat

dilakukan pengolahan informasi leih lanjut. %erdapat tiga entuk sink yaitu sink dapat erupa

sensor yang lain dalam entuk sensor&a$tuator dari jaringan itu sendiri atau jaringan lain. Sink dapat erupa seuah laptop atau komputer yang digunakan untuk erinteraksi dengan jaringan

sensor. 'ahkan sink dapat erupa gateway ke jaringan yang leih esar seperti internet sehingga

interaksi dapat dilakukan melalui jarak yang sangat jauh dan tidak terkoneksi se$ara langsung

dengan jaringan sensor.

Pada dasarnya mote mirip seperti komputer, walaupun entuk dan kemampuannya tidak

seperti umumnya komputer yang kita gunakan saat ini, karena kemampuannya masih teratas

pada ukuran yang $ukup ke$il, tetapi fungsi dari mote terseut seperti komputer dan tentu sajasemakin hari kemampuannya akan semakin meningkat. Mote di lengkapi alat pemprosesan

(P), memori, sejumlah antarmuka input&output yang dapat diprogram (terintegrasi pada

mikrokontroller), trans$ei*er untuk komunikasi radio, sumer daya energi yang umumnya

menggunakan aterai, dan eerapa peralatan tamahan yang dapat di sertakan sesuai

keutuhan. +amar .-. Memperlihatkan komponen utama penyusun seuah mote


2/13

Gambar 2.1 Struktur tama Seuah Mote

nit sensing iasanya terdiri dari satu atau leih sensor dan nalog to /igital on*erter (/).

Sensor mengamati fenomena fisik dan menghasilkan sinyal analog erdasarkan fenomena yang

diamati. / mengkon*ersi sinyal analog menjadi sinyal digital, yang kemudian diumpankan ke

unit pro$essing. Pada unit pro$essing terdiri dari seuah mikrokontroler atau mikropro$esor

dengan memori (misalnya intel strong0M mikroprosesor dan tmel1s mikropro$essor 20),

yang menyediakan kontrol $erdas untuk node sensor. Selanjutnya unit $ommuni$ation terdiri dari

radio dengan jangkauan pendek untuk performansi proses transmisi data dan penerimaan melalui

saluran radio, dan pada unit power terdiri dari aterai untuk pasokan daya dalam menggerakkan

semua komponen dalam sistem

/alam menggaungkan sistem3sistem terseut adalah hal yang harus diperhatikan ketikamelakukan peran$angan. Sistem pro$essor merupakan agian sistem yang terpenting pada WSN

yang dapat mempengaruhi performan$e ataupun konsumsi energi. 'eerapa pilihan pro$essor

dapat digunakan adalah seagai erikut#

• Mi$ro$ontroller


3/13

• /igital Signal Pro$essor

• plikasi3spe$ifi$ 4

• 5ield programmale gate array

Node memiliki kemampuan yang ereda3eda. 'erikut ini dijelaskan eerapa jenis node

dalam WSN6

• Sensor Node6 yaitu node yang erfungsi untuk mema$a data lingkungan atau ojek

yang dipantau. ntuk keperluan pema$aan atau penginderaan, node ini dilengkapi

dengan satu atau eerapa perangkat sensor. /ari kemampuannya, node ini dapat

diagi menjadi dua jenis. Pertama, node dengan kemampuan standar (misalnya

Proyek 7ydra), dan kedua yaitu node yang telah dilengkapi dengan fasilitas yang

leih aik seperti kamera, wireless lN, longger, Weser*er, ds. Node jenis ini juga

mampu melakukan komputasi yang leih kompleks di anding jenis yang pertama.

•

0outer6 yaitu node yang erfungsi untuk meneruskan paket data dari seuah node kenode lainnya. Node ini erguna untuk keperluan komunikasi multi3hop. /alam

apikasi nyata, kita dapat memprogram seuah sensor node ertindak seagai router

• Sink Node6 yaitu node yang erfungsi untuk mengumpulkan data penginderaan dari

sensor node,kemudian meneruskan ke parangkat lain atau sistem lain., seperti

dataase ser*er untuk penyimpanan. Selain untuk mengumpulkan data dari sensor

node, sink juga erfugsi seagai penyear paket dari perangkat atau sistem lain ke

WSN, misalnya untuk keperluan pemprograman atau konfigurasi ulang sensor node

se$ara remote.

/alam memenuhi keutuhan untuk WSN, jaringan sensor haruslah memenuhi kriteria

seagai erikut

-. 8aringan sensor haruslah mampu erdiri sendiri.

. Pemrosesan yang dilakukan se$ara ersama haruslah menghasilkan data yang leih

akurat.

9. 8aringan sensor memutuhkan mekanisme keamanan yang dapat menyesuaikan dengankondisi jaringan.

:. Semua algoritma dan protocol komunikasi haruslah optimal dari sisi energinya.

%elah anyak pihak yang mengemangkan WSN. 'eerapa perusahaan yang telah

memanfaatkan WSN se$ara komersial antara lain rossow, S$atterWe, dll. Sedangkan institusi


4/13

pendidikan yang telah mengemangkan WSN leih dulu adalah ni*ersity of alifornia

'erkeley.

rossow %e$hnology, in$ merupakan perusahaan yang memerikan solusi teknologi WSN

yang erdiri sejak tahun -;;


5/13

Program

Memory

(k')

-@

S0M(k')

@ :

Sensor

'oard

4nterfa$e

%ype 3'it

/B, > 2 to 9 2 input

C,> 2 to 9 2

input

0% -

!ther

4nterfa$es/4!, 4 /4!

05

%rans$ei*er

(0adio)

hip 059> :> ->>>

0adio

5reDuen$y

(M7=)

:>> 9->

2.2. Architektur Wireless Sensor Network

Wireless sensor network terdiri dari anyak node sensor yang diletakkan didekat oyek yang

akan diteliti. Setiap node iasanya dilengkapi dengan mikrokontroller dan sumer energi

(iasanya erupa atteray atau solar $ell). WSN iasanya erupa jaringan wireless ad3ho$, yang

erarti ahwa setiap sensor mendukung algoritma raouting multi-hop dimana node3node juga

erfungsi seagai forwarder yang me3relay paket data ke stasiun pusat. Penggunaan arsitektur

adho$ dalam jaringan sensor nirkael dikarenakan arsiteksur ini paling tepat dan paling murah

untuk diterapkan dalam lingkungan nirkael, mengurangi iaya key factor pada anyak jaringan,

seperti instalasi, maintenence dan keutuhan operasional lainya.


6/13

Karakteristik WSN diagi menjadi dua kelompok, yaitu karakteristik sink node dan

karakteristik dari node itu sendiri yaitu seagai erikut6

!lat"based

/alam arsitektur flat-based semua node memainkan peran sama dan tidak ada yang

terpusat (hirarki). 5lat routing proto$ol mendistriusikan informasi yang diperlukan

untuk setiap node sensor yang terjangkau dalam jaringan sensor. %idak ada upaya

dilakukan untuk mengatur jaringan atau trafik, hanya untuk menemukan rute teraik

dengan hop3hop ke tujuan dengan jalan manapun #ierarchical"based

rsitektur ini merupakan routing protocol untuk men$oa menghemat energi dengan

mengatur node dalam $luster. Node3node dalam $luster mengirimkan data ke $luster

head, dan $luster head inilah yang meneruskan data ke ase station. lustering yang

agus memainkan peran penting dalam skalailitas jaringan serta penghematan

energy. Sisi negati*e dari struktur jaringan ini adalah $luster dapat menyeakan

kema$etan, ini karena hanya satu kepala erkomunikasi atas nama seluruh $luster,

sehingga penurunan energi teresar akan terjadi pada $luster head terseut. +amar

.9 menunjukkan jaringan hierar$hi$al3ased6

Gambar 2.$ 8aringan 7ierar$hi$al3ased

Sedangkan arsitektur jaringan sensor nirkael erdasarkan karakteristik node sensornya diagi

menjadi dua kategori, yaitu Single-Hop dan Multi-Hop. Pada topologi single3hop, data yang


7/13

diperoleh dari node sensor langsung dikirimkan kedata sink tanpa melalui sensor node yang

lainnya. 'erikut gamar diagram dari single3hop

Gambar 2.% %opology WSN Single37op

Sedangkan pada topologi multi-hop data yang diperoleh dari node sensor dikirimkan melalui

antar sensor terdekat kemudian dikirimkan ke data sink. %opologi ini merupakan solusi dari

topologi seelumnya, dengan menggunakan jalur komunikasi yang leih anyak untuk

meningkatkan kehandalan sistem. /alam seuah jaringan multi-hop, node mempertahankan jalur

komunikasi untuk kemali ke sink, sehingga jika salah satu node sensor mengalami gangguan

maka node sensor lain tidak akan terganggu. 'erikut gamar diagram dari multi3hop

Gambar 2.& %opology WSN Multi37op

2.$. 'omponen Pen(usun Wireless Sensor Network

2.$.1. #ardware


8/13

Salah satu tantangan dalam idang WSN adalah pemuatan sensor node yang

hemat energi dan seke$il mungkin. Sensor node diaratkan seperti komputer ke$il, dengan

kemampuan dasar seperti agian tampilan dan komponen3komponen lain yang ada di

dalamnya

Komponen3kompenen terseut iasanya terdiri dari satu unit pemproses dengan

kemampuan komputasi dan memori yang teratas, sensor (dengan kondisi yang khusus

sesuai dengan fenomena yang diindera), alat komunikasi (iasanya erupa radio

tran$ei*er), sumer tenaga yang ke$il iasanya erentuk aterai, kemungkinan yang lain

adalah seuah modul pengolahan energi, dan alat komunikasi $adangan. +amar erikut

menunjukkan $ontoh hardware WSN node

Gambar 2.) ontoh 7ardware WSN Node

Seuah WSN umumnya terdiri atas agian3agian erikut6

%rans$ei*er, erfungsi untuk menerima& mengirim data dengan menggunakan

protokol 4FFF @>.-


9/13

Sensor, erfungsi untuk men3sensing esaran3esaran fisik yang hendak diukur.

Sensor adalah suatu alat yang mampu untuk menguah suatu entuk energi ke entuk

lainnya, dalam hal ini adalah menguah dari energi esaran yang diukur menjadi

energi listrik yang kemudian diuah oleh / menjadi deratan pulsa terkuantisasi

yang kemudian isa dia$a oleh mikrokontroler

Prinsip Kerja WSN yaitu sensor mengumpulkan data erupa intensitas $ahaya,

temperatur, kelemaan, ataupun pergerakan ojek dalam ruangan. Node kemudian

mengirimkan data sensing ke sink. Sink mengelolah data sensing dan mengirimkan ke

ser*er. Selanjutnya ser*er memproses data dari sink untuk ditampilkan. 'ila sensor

melaporkan parameter yang melewati atas yang ditentukan, ser*er memeri perintah

pada kontroler. Selanjutnya kontroler mengendalikan swit$h untuk menaikkam atau

menurunkan kinerja peralatan listrik.

2.$.2. Software

Node memutuhkan perangkat lunak untuk mengontrol akti*itas3akti*itas yang

memuat setiap perangkatnya dapat dimanfaatkan se$ara optimal. Seperti sistem operasi

dan aplikasi. Sistem operasi erfungsi menyediakan fungsi3fungsi dasar untuk mengatur

kerja dari perangkat keras dan perangkat lunak yang erjalan diatasnya, termasuk

menyediakan antarmuka pemprograman untuk pengemangan aplikasi WSN.

!perating sistem yang digunakan pada node sensor network tidak terlalu komplek

jika diandingkan dengan operating sistem pada umumnya. !S ini leih mirip dengan

emeded sistem karena dua alasan. Pertama, WSN diterapkan dengan fungsi3fungsi

khusus dari pada umumnya. Kedua WSN memerlukan desain yang murah dan

menggunakan energi ke$il, sehingga mendorong node3node sensor terseut harus

menggunakan mikrokontroller daya rendah. Mikrokontroller tidak akan menjalankan

mekanisme3mekanisme yang tidak terlalu penting, misalnya *irtual memory, karena hal

itu terlalu sulit dijalankan.

'eerapa sistem operasi erikut yang anyak digunakan pada sistem operasi WSN

antara lain eos atau u& !S. kan tetapi operating terseut didesain untuk keperluan

yang ersifat realtime. %iny!S dapat dikatakan operating sistem yang se$ara khusus

didesain untuk sistem WSN. %iny!S erasis event-driven programming model yang


10/13

menggantikan model mutirhreading. 'eerapa operating sistem lainnya antara lain lain

ntiki, nano30K Aite!S dan 0toS.Sistem operasi diatas dilegkapi antarmuka pemprogaman aplikasi (P4),

komponen software, modul awaan yang memudahkan pengemang aplikasi menulis

aplikasi WS3nya sendiri. /iantara ahasa pemprograman yang anyak digunakan yaitu ,

GG, ja*a dan nes (nes adalah ahasa pemprograman yang menggunakan dialek

ahasa , dan digunakan untuk menulis aplikasi disistem operasi %iny!S). dapun

pengemangan aplikasi WSN se$ara umum mengikuti prinsip pengemangan aplikasi

pada sistem emeded. /imana pengemang aplikasi menulis aplikasiya menggunakan

komputer lain, kemudian mengkompile dan menyamung kode aplikasi terseut dengan

sejumlah pustaka yang diutuhkan termasuk penyamung dengan kode sistem operasi,

proses ini menghasilkan seuah image yang telah terisi kode aplikasi dengan sistem

operasi yang siap diupload ke node untuk dieksekusi.+amar .B memperlihatkan proses pengemangan aplikasi hingga uploading

eEe$uttale image ke node. Setelah program ditulis dan di kompilasi pada seuah P,

selajutnya diupload menggunakan node $onfigurator, proses upload image ke node pada

gamar erikut menggunakan programming oard yang menghuungkan komputer (P)

dengan node. Setelah proses aploading image sukses, node dapat diaktifkan untuk

memulai tugasnya.

Gambar 2.*. ontoh Proses Pengemangan plikasi WSN

2.$.$. Spesifikasi dan Standar Wireless Sensor Network


11/13

Pada Wireless Sensor Network yang diutamakan adalah penghematan energi

karena iasanya WSN digunakan untuk penginderaan daerah3daerah yang tidak isa

dijangkau oleh manusia dan pengisian aterai yang mustahil. Karena anyak *endor

yang memuat parangkat WSN, maka seuah standarisasi harus di$iptakan untuk

menjaga kompatiilitas arsitektur hardware dan software. Wireless Sensor menggunakan

standarisasi 4FFF @>.-.-M. Sangat $o$ok untuk komunikasi antar peralatan yang tidak jauh karena standar ini

konsumsi dayanya leih sedikit sehingga isa menghemat atterai. Protokol ini

menggunakan 9 pita freDuensi untuk keperluan operasional. Seperti6

@C@3@C@.@ M7= untuk daerah Fropa

;>3;@ M7= untuk daerah merika tara

:>>3:@9.< M7= untuk daerah lainnya diseluruh dunia

2.%. iri Wireless Sensor Network

Seagai salah satu teknologi dalam jaringan komputer, WSN memiliki enam uah $iri yang

memedakan dengan jenis jaringan komputer lainnya. Keenam $iri utama terseut yaitu

seagai erikut6 Terdiri Atas +inimal ,ua Buah Node Sensor

WSN terdiri dari dua uah node yang ersifat otonami (tidak ergantung pada ser*er),

dapat melayani dirinya sendiri dan dapat melayani node sensor lainya. danya minimal

duah uah node erfungsi untuk melakukan sensing terhadap lingkungan sesuai tujuan

dan studi kasus untuk kemudian dikirim ke komputer ser*er, menjamin pemagian kerja

dengan hasil yang leih aik dan memudahkan node sensor untuk saling erkomunikasi

satu sama lain. Self -rani/in Network 0S-N

Self !rgani=ing Network (S!N) memiliki arti ahwa WSN terdiri atas sejumlah node

sensor yang memiliki kemampuan $erdas dalam entuk implementasi rtifi$ial


12/13

intellegen$e (Ke$erdasan 'uatan) untuk dapat melakukan proses peren$anaan (planning),

konfigurasi, manajemen dan optimaasi terhadap jaringan komputer yang ditempati.

Konsep S!N menjadiksn jaringan $omputer memiliki kemandirian dan kemampuan untuk

melakukan menejemen dan organisasi didalam lingkup dirinya sensiri sepert $ontoh

implementasinya pada N+MN (NeEt generation moile Network) dan 9+PP (9rd

+eneration Partnership Proje$t)

Self Network +aintenance

SNM merupakan kemampuan dari WSN untuk melakukan pemeliharaan, perawatan, dan

peraikan jaringan komputer yang di tempatinya oleh node sensor se$ara madiri atau

otonomi. Selain itu peraikan kemampuan kepada node sensor untuk dapat merespon

apaila terjadi peruahan rute dari alamt asal (sour$e) menuju alamt tujaun (destination)

sehingga dalam hal tael routing dapat eruah se$ara $epat mengikuti kondisi dan

keutuhan jaringan.

Peniriman Paket ,ata Bersifat Broadcast

'road$ast adalah proses untuk pengiriman paket data se$ara langsun dalam jumlah

anyakdan terus menerus yang ditujukan ke $lient (Node Sensor). Namun dalam proses

pengiriman ukan hanya agaimana antar node3node melakukan pengumpulan data dan

megirim data ke ser*er atpi juga melakukan road$ast ke node sensor lainya eoad$ast

data emanfaat agi node sensor agi node sensor lainya untukmemperoleh data yang

sama.

+enunakan +ultihop outinMulti 7op 0outing merupakan kemampuan untuk megirimkan paket data dari node

sensor asal ke node sensor tujuan agar peniriman paket data dapt diterima node penerima

untuk penyimpanan data maupun pengolahan data menjadi informasi.

'omunikasi ,ilakukan ,alam 3arak (an elati4e Pendek

Komunikasi antara node sensor dilakukan dalam jarak relatif dekat karena6a. Node sensor pada WSN adalah perangkat komputer ke$il dengan sumer ke$il

maka dalam implementasinya dipasang dengan jarak dekat dan erkomunikasi

dengan jaringan nirkael

. Node sensor pada WSN memiliki keteratasan sumer daya maka

implementasinya dilakukan erdekatan untuk menghemat sumer daya juga

memper$epat komunikasi antar node sonsor.

2.&. Sistem -perasi Wireless Sensor Network


13/13

Sistem operasi pada WSN se$ara logi$al erada di dalam hardware node WSN dan aplikasi

menyediakan astraksi asi$ programming agar de*eloper dapat memuat program yang

akan menjalankan WSN. 5ungsi dari sistem operasi adalah6

• Memory management

•Power management

• 5ile management

• Networking

• Programming en*ironment

• P4 runtime untuk aplikasi

'erikut ini $ontoh sistem operasi yang dapat digunakan pada WSN6

• %iny!S, www.tynios.net

• Aite!S, www.liteos.net

• Windows F, www.mi$rosoft.$om& windowsemedded2.). 5atihan

-. $ari tahu tentang standar komunikasi, sejarahnya dan maksud dari nilaiE

. tugas diskusi memahas tentang $ontoh opating sistem pada WSN se$ara lengkap eserta

$ontoh pengaplikasian. (modul y arir)
http://www.microsoft.com/http://www.microsoft.com/http://www.microsoft.com/

arsitektur wireless sensor network

Documents