Wireless Sensor Network (WSN) adalah suatu infrastruktur jaringan wireless yang menggunakan sensor untuk memonitor fisik atau kondisi lingkungan sekitar, seperti suhu, suara, getaran, gelombang elektromagnetik, tekanan, gerakan, dan lain–lain. Masing–masing node dalam jaringan sensor nirkabel biasanya dilengkapi dengan radiotranciever atau alat komunikasi wireless lainnya, mikrokontroler kecil, dan sumber energi, biasanya baterai.
Berdasarkan fakta di dunia, sekitar 98% prosesor bukan berada didalam sebuah komputer PC/laptop, namun terintegrasi dalam aplikasi militer, kesehatan, remote control, chip robotik, alat komunikasi, dan mesinmesin industri yang didalamnya telah dipasang sensor.
Perkembangan WSN dan trend kemajuan teknologi dapat direpresentasikan oleh gambar 1. berikut :
Pada Gambar 1. diatas dapat dilihat bahwa dengan berjalannya waktu, maka perkembangan teknologi semakin mengarah kepada konektivitas lingkungan fisik. Kebanyakan observasi yang dilakukan di lapangan melibatkan banyak faktor dan parameter – parameter untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan akurat. Jika peneliti hendak mengambil informasi langsung di lapangan, maka kendalanya adalah dibutuhkan biaya yang besar dan waktu yang lama untuk mendeteksi fenomena yang muncul sehingga menyebabkan performansi yang tidak efisien dan tidak praktis.Dengan adanya teknologi WSN, memungkinkan peneliti untuk mendapat informasi yang maksimal tanpa harus berada di area sensor. Informasi dapat diakses dari jarak jauh melalui gadget seperti laptop, remote control, server dan sebagainya.
Berikut adalah beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dari teknologi WSN:Simpel / praktis / ringkas karena tidak perlu ada instalasi kabel yang rumit dan dalam kondisi geografi tertentu sangat menguntungkan dibanding Wired Sensor
Sensor menjadi bersifat mobile, artinya pada suatu saat dimungkinkan untuk memindahkan sensor untuk mendapat pengukuran yang lebih tepat tanpa harus khawatir mengubah disain ruangan maupun susunan kabel ruangan.
Pada WSN, node sensor disebar dengan tujuan untuk menangkap adanya gejala atau fenomena yang hendak diteliti. Jumlah node yang disebar dapat ditentukan sesuai kebutuhan dan tergantung beberapa faktor misalnya luas area, kemampuan sensing node, dan sebagainya. Tiap node memiliki kemampuan untuk mengumpulkan data dan meroutingkannya kembali ke Base Station. Node sensor dapat mengumpulkan data dalam jumlah yang besar dari gejala yang timbul dari lingkungan sekitar.
Dewasa ini perkembangan node sensor mengikuti trend teknologi nano, dimana ukuran node sensor menjadi semakin kecil dari tahun ke tahun. Node sensor dapat direpresentasikan oleh Gambar 2. berikut:
Berdasarkan fakta di dunia, sekitar 98% prosesor bukan berada didalam sebuah komputer PC/laptop, namun terintegrasi dalam aplikasi militer, kesehatan, remote control, chip robotik, alat komunikasi, dan mesinmesin industri yang didalamnya telah dipasang sensor.
Perkembangan WSN dan trend kemajuan teknologi dapat direpresentasikan oleh gambar 1. berikut :
Pada Gambar 1. diatas dapat dilihat bahwa dengan berjalannya waktu, maka perkembangan teknologi semakin mengarah kepada konektivitas lingkungan fisik. Kebanyakan observasi yang dilakukan di lapangan melibatkan banyak faktor dan parameter – parameter untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan akurat. Jika peneliti hendak mengambil informasi langsung di lapangan, maka kendalanya adalah dibutuhkan biaya yang besar dan waktu yang lama untuk mendeteksi fenomena yang muncul sehingga menyebabkan performansi yang tidak efisien dan tidak praktis.Dengan adanya teknologi WSN, memungkinkan peneliti untuk mendapat informasi yang maksimal tanpa harus berada di area sensor. Informasi dapat diakses dari jarak jauh melalui gadget seperti laptop, remote control, server dan sebagainya.
Berikut adalah beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dari teknologi WSN:Simpel / praktis / ringkas karena tidak perlu ada instalasi kabel yang rumit dan dalam kondisi geografi tertentu sangat menguntungkan dibanding Wired Sensor
Sensor menjadi bersifat mobile, artinya pada suatu saat dimungkinkan untuk memindahkan sensor untuk mendapat pengukuran yang lebih tepat tanpa harus khawatir mengubah disain ruangan maupun susunan kabel ruangan.
- meningkatkan efisiensi secara operasional.
- mengurangi total biaya sistem secara signifikan.
- dapat mengumpulkan data dalam jumlah besar.
- konfigurasi software mudah.
- memungkinkan komunikasi digital 2 arah.
- menyediakan konektivitas internet yang secara global, kapanpun dimanapun informasi tersebut dapat diakses melalui server,laptop,dan sebagainya.
Pada WSN, node sensor disebar dengan tujuan untuk menangkap adanya gejala atau fenomena yang hendak diteliti. Jumlah node yang disebar dapat ditentukan sesuai kebutuhan dan tergantung beberapa faktor misalnya luas area, kemampuan sensing node, dan sebagainya. Tiap node memiliki kemampuan untuk mengumpulkan data dan meroutingkannya kembali ke Base Station. Node sensor dapat mengumpulkan data dalam jumlah yang besar dari gejala yang timbul dari lingkungan sekitar.
Dewasa ini perkembangan node sensor mengikuti trend teknologi nano, dimana ukuran node sensor menjadi semakin kecil dari tahun ke tahun. Node sensor dapat direpresentasikan oleh Gambar 2. berikut:
Gambar 2. Perkembangan dimensi node sensor terhadap waktu
Dan untuk arsitektur WSN secara umum dapat direpresentasikan oleh gambar 3. berikut
Dan untuk arsitektur WSN secara umum dapat direpresentasikan oleh gambar 3. berikut
Pada Gambar 3. dapat dilihat, node sensor yang berukuran kecil disebar dalam di suatu area sensor. Node sensor tersebut memiliki kemampuan untuk merutekan data yang dikumpulkan ke node lain yang berdekatan. Data dikirimkan melalui transmisi radio akan diteruskan menuju BS (Base Station) yang merupakan penghubung antaranode 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.
Bagian–bagian pada WSN
WSN terbagi atas 5 bagian, yaitu:
Wireless Sensor menggunakan 2 standar komunikasi wireless, yaitu:
Definisi PEGASIS
Dari sejumlah permasalahan pada implementasi WSN, perfomansi merupakan masalah yang sangat penting. Hal ini dikarenakan perfomansi jaringan dipengaruhi QoS yang baik pula. QoS yang baik adalah yang memiliki throughputyang tinggi, serta delay dan retransmisi yang kecil.
PEGASIS adalah algoritma berdasarkan sambungan rantai yang paling dekat. Topologi yang terdapat pada algoritma ini adalah topologi simple chain network dengan membentuk rantai dari sensor node agar masing–masing node dapat mengirimkan atau menerima dari tetangganya dan hanya satu node dari rantai tersebut yang mengirim ke Base Stationatau sink node atau Access Point. Lalu menggunakan topologi hierarchical chain based binary network dengan membentuk rangkaian berantai tapi pada node yang bertingkat. Semua node yang menerima pesan naik ke tingkat berikutnya untuk mengirimkan pesan ke tetangganya. Dan jika telah tersisa satu node, maka node tersebut akan mengirimkan ke Base Station atau sink node.
Karakteristik dari PEGASIS dapat dijelaskan sebagai berikut:
Pada awalnya node–node tersebar dalam jumlah besar pada suatu area dan proses pengiriman data masih terpusat pada Base Station. Tapi dengan adanya algoritma PEGASIS semua node sensor akan membentuk rantai agar masing–masing node dapat mengirim atau menerima dari tetangganya. Dan hanya node leader tersebut yang mengirim keBase Station.
Bagian–bagian pada WSN
WSN terbagi atas 5 bagian, yaitu:
- Transceiver
Transceiver ini berfungsi untuk menerima/mengirim data dengan menggunakan protokol IEEE 802.15.4 atau IEEE 802.11b/g kepada device lain seperti concentrator, modem Wifi, dan modem RF. - Mikrokontroler
Mikrokontroler ini berfungsi untuk melakukan fungsi perhitungan, mengontrol dan memproses device–device yang terhubung dengan mikrokontroler. - Power Souce
Power Souce ini berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem Wireless Sensor secara keseluruhan. External Memory - 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.
External Memory ini berfungsi sebagai tambahan memory bagi sistem Wireless Sensor, pada dasarnya sebuah unit mikrokontroler memiliki unit memory sendiri.
Wireless Sensor menggunakan 2 standar komunikasi wireless, yaitu:
- IEEE 802.15.4 Protokol IEEE 802.15.4 ini merupakan salah satu macam dari protokol–protokol padaWPAN (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.
- 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 Networkdigunakan protokol IEEE 802.11b/g. 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 (User Datagram Protocol). Hal ini karena adanya overhead pada CSMA. Protokol IEEE 802.11b ini mampu beroperasi pada radius jarak 38 m dari device lain, dan memiliki frekuensi operasi pada 2,4 GHz.
- Bidang militer
Sejak dahulu, WSN merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dari sistem kontrol dari peralatan canggih militer, pengawasan daerah untuk kepentingan keamanan, modus pengintaian dan targeting system. Di dalam medan perang, WSN mampu mendeteksi dan menghitung banyaknya jumlah tank musuh, kendaraan robot, kapal selam, rudal, torpedo dan pesawat yang tak berawak. Posisi dari semua objek tersebut juga dapat diketahui dengan detail. Selain itu WSN juga berperan dalam sensing nuklir dari jarak jauh, mendeteksi adanya senjata kimia di suatu negara dan bahan peledak yang berbahaya, bahkan WSN bisa mendeteksi serangan–serangan potensial teroris. Terbukti dengan jelas bahwa WSN akan mengambil peran yang lebih penting dalam tugas–tugas militer lainnya, seperti merancang serangan militer di masa depan maupun bertahan dengan sistem yang cerdas tanpa keterlibatan manusia. - Deteksi dan Monitoring Lingkungan
WSN turut ambil bagian dalam memonitor suatu ekosistem yang kompleks seperti pencemaran udara, air, mendeteksi populasi dan perilaku hewan serta tumbuhan. Misalnya, untuk meneliti perilaku dari suatu spesies, sensor disebar pada periode tertentu sebagai sampel sebelum dimulainya musim reproduksi. Sedangkan contoh untuk beberapa aplikasi lainnya adalah untuk mengontrol suhu dalam suatu bangunan dan gedung perkantoran yang besar sehingga perubahan suhu di dalam ruangan dapat dikontrol sesuai yang diinginkan. Menurut data statistik dari sebuah perkantoran di Amerika, sekitar 90% total biaya untuk instalasi pengatur suhu ruangan kantor tersebut dikeluarkan hanya untuk masalah kabel. Jika masalah kabel dapat diatasi dengan teknologi WSN, maka biaya instalasi dapat ditekan secara signifikan yakni hanya sebesar 10% saja. - Pencegahan dan Bantuan Bencana
WSN memiliki kemampuan untuk menangkap fenomena yang ada di sekitarnya. Hal ini digunakan untuk mendeteksi adanya kebakaran hutan dengan adanya fitur temperature sensing. Selain itu, node sensor juga efektif jika disebar di daerah rawan bencana. Lokasi bencana yang terjadi dapat diketahui dengan pasti melalui mikrosensor yang tersebar dan terintegrasi dengan bangunan yang ada di lokasi bencana tersebut. - Bidang kesehatan
Kemajuan di bidang medis yang amat pesat tak dapat dilepaskan dari peran WSN untuk menangani berbagai aplikasi. Contohnya monitoring virus dari jarak jauh. Metode yang digunakan adalah dengan cara sensor menangkap gejala–gejala yang mirip dengan populasi yang telah terinfeksi virus tersebut. Atau bisa juga digunakan untuk memprediksi sejak dini beberapa infeksi penyakit seperti malaria dan SARS dengan menganalisis informasi epidemiological dari korban. Kemampuan WSN lebih jauh adalah mampu membawa perubahan pada metode deteksi penyakit kanker disamping itu juga digunakan untuk memonitortransplantasi organ dalam manusia. - Home Intellegence
WSN juga efektif untuk merekayasa kecerdasan alat–alat rumah tangga sehingga memungkinkan untuk dapat mengontrol pengggunaan listrik, air, gas serta pengaturan suhu di dapur melalui koneksi nirkabel jarak jauh. Disamping itu dapat juga diaplikasikan untuk pengaturan content TV, DVD, atau CD player sesuai dengan kebutuhan keluarga. Salah satu contoh aplikasi yang menarik adalah sensor dapat mengetahui isi yang terdapat dalam kulkas dan dapat mengirimkan produk yang kehabisan stok atau tinggal sedikit ke dalam sebuah perangkat personal digital assistant (PDA) secara nirkabel ketika berbelanja. - Bidang ilmiah
Bidang ilmiah memberikan sumber yang tidak terbatas untuk bereksplorasi. Aplikasi di dalam WSN turut memberikan andil yang penting didalam pengukuran kedalaman lautan beserta deteksi biota nya, serta berperan penting dalam proyek penelitian luar angkasa ke planet Mars, dimana sensor–sensor tersebut ditempatkan untuk mendeteksi suhu, seismic, kandungan dan komposisi tanah dari planet tersebut. - Layanan interaktif
WSN memiliki prospek yang menjanjikan dalam hal penggalian informasi dari lingkungan fisik dan memberikan timbal balik yang variatif. Dengan adanya teknologi WSN, saat ini muncul layanan hiburan yang bersifat interaktif. Contohnya adalah smart kindergarten, yakni suatu taman belajar kanak–kanak yang memungkinkan anak-anak dan mainannya untuk berkomunikasi dua arah. Dalam dunia nyata. Contoh lainnya adalah museum Exploratorium yang interaktif di San Francsisco. Di tempat ini pengunjung dapat berpartisipasi secara aktif dalam eksperimen. Pengunjung juga mendapat feedback berupa percakapan (speech) dan sentuhan (touch) dari objek-objek yang dilengkapi sensor. - Aplikasi lainnya
WSN juga digunakan di dalam banyak keperluan lainnya, misalnya instrumentasi pabrik, kontrol robot, memonitor trafik dan sebagainya.
Definisi PEGASIS
Dari sejumlah permasalahan pada implementasi WSN, perfomansi merupakan masalah yang sangat penting. Hal ini dikarenakan perfomansi jaringan dipengaruhi QoS yang baik pula. QoS yang baik adalah yang memiliki throughputyang tinggi, serta delay dan retransmisi yang kecil.
PEGASIS adalah algoritma berdasarkan sambungan rantai yang paling dekat. Topologi yang terdapat pada algoritma ini adalah topologi simple chain network dengan membentuk rantai dari sensor node agar masing–masing node dapat mengirimkan atau menerima dari tetangganya dan hanya satu node dari rantai tersebut yang mengirim ke Base Stationatau sink node atau Access Point. Lalu menggunakan topologi hierarchical chain based binary network dengan membentuk rangkaian berantai tapi pada node yang bertingkat. Semua node yang menerima pesan naik ke tingkat berikutnya untuk mengirimkan pesan ke tetangganya. Dan jika telah tersisa satu node, maka node tersebut akan mengirimkan ke Base Station atau sink node.
Karakteristik dari PEGASIS dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Dirancang untuk model pengiriman data yang berkelanjutan.
- Membuat rantai bukan kluster.
- Transmisi node tunggal dalam rantai.
- Pengetahuan sensor global, delay besar karena jarak jauh
Pada awalnya node–node tersebar dalam jumlah besar pada suatu area dan proses pengiriman data masih terpusat pada Base Station. Tapi dengan adanya algoritma PEGASIS semua node sensor akan membentuk rantai agar masing–masing node dapat mengirim atau menerima dari tetangganya. Dan hanya node leader tersebut yang mengirim keBase Station.