WIRELESS SENSOR NETWORK

Sensor adalah suatu device yang berfungsi untuk mengkonversi besaran fisis ke besaran fisis lain seperti listrik. Sensor pada Industrial Automation System merupakan bagian yang tidak mungkin untuk dipisahkan. Sensor berguna untuk menyelidiki sejauh mana error antara set point dan nilai yang di sensing pada sistem kontrol. Sensor merupakan bagian terintegrasi pada SCADA system maupun DCS. Wireless Sensor merupakan pengembangan dari sensor biasa yang mampu untuk meningkatkan sisi praktis, fleksibilitas, dan mobilitas dari sebuah sensor. Dengan sebuah Wireless Sensor, maka bisa saja sensor diletakkan pada sebuah Hazardous Area, dan area yang sulit dijangkau

Wireless Sensor adalah suatu system microcontroller yang memiliki unit sensor dan sebuah unit transceiver dan atau receiver untuk mengirimkan dan atau menerima data. Wireless sensor pada dasarnya adalah sebuah microcontroller yang mampu untuk diprogram sesuai dengan keinginan pemakainya.

Sebuah Wireless Sensor terdiri atas bagian-bagian berikut :

1. Transceiver

Transceiver ini berfungsi untuk menerima / mengirim data dengan menggunakan protokol IEEE 802.15.4 atau IEEE 802.11b kepada device lain seperti concentrator, modem Wifi, dan modem RF.

2. Mikrokontroler

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

3. Power Souce

Power Souce ini berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem Wireless Sensor secara keseluruhan.

4. External Memory

External Memory ini berfungsi sebagai tambahan memory bagi sistem Wireless Sensor, pada dasarnya sebuah unit mikrokontroler memiliki unit memory sendiri.

5. Sensor

Sensor berfungsi untuk men-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 terkuantisasi yang kemudian bisa dibaca oleh mikrokontroler.

1.1 Fungsi Wireless Sensor

Wireless Sensor biasanya digunakan untuk fungsi-fungsi berikut :

1. Monitoring

Wireless Sensor ini akan mensensing suatu besaran fisis misal : suhu, tekanan, kelembaban, dan lain-lain dan mengirimkan datanya kepada sebuah data concentrator. Berdasarkan data yang terkumpul tersebut, kemudian data bisa ditampilkan dalam bentuk grafik, diambil keputusan tertentu berdasarkan event-trigger.

2. Control

Fungsi pengontrolan pada Wireless Sensor ini jarang dilakukan, dan umumnya dilakukan pada penggunaan Wireless Sensor dengan skala kecil dan umumnya fungsi kontrolnya terbatas. Fungsi kontrol dilakukan jika pin output dari mikrokontroller dihubungkan langsung dengan aktuator pada plant.

2.1 Keuntungan Wireless Sensor

Keunggulan Penggunaan Wireless Sensor ini diantaranya adalah :

1. Simpel / praktis / ringkas karena tidak perlu ada instalasi kabel yang rumit dan dalam kondisi geografi tertentu sangat menguntungkan dibanding Wired Sensor.

2. Sensor menjadi bersifat mobile, artinya pada suatu saat dimungkinkan untuk memindahkan sensor untuk mendapat pengukuran yang lebih tepat tanpa harus khawatir mengubah desain ruangan maupun susunan kabel ruangan.

2.2 Kerugian Wireless Sensor

Kerugian dengan digunakannya wireless sensor dibanding wired Sensor adalah

1. Beban / Load yang lebih tinggi dibanding wired sensor, menjadikan data rate menjadi lebih rendah.

2. Semakin banyak sensor semakin besar collision domain, menjadikan sisi keamanan menjadi semakin rendah, dan transfer rate semakin menurun lagi.

3. Adanya maintenance rutin untuk mengganti baterai yang telah habis.

2.3 Wireless Sensor Network

Kumpulan dari beberapa wireless sensor jika masing-masing diletakkan secara spasial dan diatur konfigurasinya, dapat disebut dengan Wireless Sensor Network. Wireless Sensor Networks ini dapat melakukan beberapa fungsi seperti contohnya:

1. Habitat Monitoring

Serangkaian sensor dipasang untuk mengamati besaran fisis pada habitat suatu makhluk hidup.

2. Surveillance System

Seraingkaian sensor dipasang pada perimeter untuk mengamati gerak gerik musuh, dengan cara diambil perubahan dari besaran-besaran fisis yang diamati.

2.4 Standar Standar

Dalam Pengoperasiannya pada Layer 2 OSI Layer, Wireless Sensor menggunakan 2 standar komunkasi wireless :

1. IEEE 802.15.4

Protokol IEEE 802.15.4 ini merupakan salah satu macam dari protokol-protokol pada WPAN (Wireless Personal Area Networks), salah satu contoh dari WPAN yang lainnya adalah bluetooth. Protokol IEEE 802.15.4 ini merupakan standar untuk gelombang radio (RF). Protokol ini bekerja pada data rate yang rendah agar batere bisa tahan lama, dan sederhana. Suatu device yang menggunakan protokol ini, dapat terkoneksi dengan baik pada radius maksimal 10 m dan dengan data rate maksimal 250 Kbit/s dengan alat lainnya. Protokol ini menggunakan 3 pita frekuensi untuk keperluan operasionalnya, seperti :

• 868-868.8 MHz untuk daerah Eropa.

• 902-928 MHz untuk daerah Amerika Utara.

• 2400-2483.5 MHz untuk daerah lainnya diseluruh dunia.

ZigBee merupakan salah satu vendor yang mengembangkan layer-layer diatas layer untuk IEEE 802.15.4 ini. Pada perkembangannya saat ini, protokol ini sudah mendukung penggunaan Ipv6, dengan ditandai lahirnya RFC 4919 dan RFC 4944.

Konfigurasi Wireless Sensor Network yang memanfaatkan protokol IEEE 802.15.4, dapat digambarkan sebagai berikut :

Mode Infrastruktur

Mode Ad Hock

2. IEEE 802.11

Protokol ini terdiri atas beberapa jenis standar lain untuk WLAN (Wireless Local Area Networks), saat ini yang paling populer adalah IEEE 802.11g dan 802.11b. Pada Wireless Sensor yang akan dibahas pada bagian selanjutnya, digunakan protokol IEEE 802.11b. Protokol IEEE 802.11 ini memiliki beberapa channel yang frekuensinya berbeda, agar tidak terjadi interferensi antar device IEEE 802.11 ini, pembagian frekuensi untuk tiap-tiap channel diatur oleh kebijakan masing-masing negara.

Protokol IEEE 802.11b yang digunakan pada Wireless Sensor, mempunyai data rate maksimum 11 Mbit/s. Pada kenyataannya, protokol ini hanya mampu mempunyai data rate maksimum 5,9 Mbit/s dengan TCP, dan 7,1 Mbit/s untuk UDP. Hal ini karena adanya overhead pada CSMA/CA Protokol yang dimiliki oleh IEEE 802.11b ini. Protokol IEEE 802.11b ini mampu beroperasi pada radius jarak 38 m dari device lain, dan memiliki frekuensi operasi pada 2,4 GHz.

Konfigurasi Wireless Sensor Network yang memanfaatkan protokol IEEE 802.11b, dapat digambarkan sebagai berikut :

Mode Infrastruktur

Mode Ad Hock

2.

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5 Rabbit Microprosessor

Wireless Sensor yang akan dibahas pada makalah ini, terbatas pada set RCM 3700 dengan spesifikasi sbb :

Mikroprosesor	Rabbit 3000 @22.1 MHz
Flash Memory	512 K
SRAM	512 K
Serial Flash Memory	1 Mbyte

Bahasa yang digunakan dalam memprogram mikrokontroler ini adalah dynamic C, beberapa perbedaan antara dynamic C dan ANSI C adalah :

- Dynamic C merupakan bahasa pemrograman yang sudah di optimasi untuk digunakan pada mikrokontroler RCM 3700 ini.

- Dynamic C dilengkapi oleh library yang sangat lengkap.

- Dynamic C yang diberikan dilengkapi dengan IDE ( Integrated Development Environment ) sehingga programming life-cycle untuk mikrokontroler (coding, debuging, compiling, dan uploading) menjadi terintegrasi pada satu software dan semakin mudah.

Beberapa Library yang tersedia pada dynamic C adalah :

FAT File System

Library ini berguna untuk mengakses File System pada Flash Memory yang diberikan pada kit RCM 3700.

Encryption Library

Library ini berguna untuk membangun sebuah sistem yang memiliki security maksimum seperti koneksi https dan menyediakan fungsi-fungsi untuk algoritma enkripsi.

Rabbit Web

Library ini berguna untuk membuat dan melengkapi agar kit Rabbit dapat menyediakan sebuah server http.

SNMP

Librari ini berisi fungsi-fungsi untuk membuat kit mempunyai MIB yang bisa diamati dari device lain dengan menggunakan protokol SNMP.

Modbus TCP

Librari ini merupakan suatu varian ethernet pada Industrial Automation.

Referensi: http://en.wikipedia.org/wiki/Sensor_node

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4

http://en.wikipedia.org/wiki/ZigBee

http://en.wikipedia.org/wiki/802.11

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11b-1999

Dokumentasi wireless sensor fakultas teknologi industri ITB