Mengenal Wireless Sensor Network

Wireless Sensor Network, apa dan untuk apa ini? Mari kita mengekplorasi teknologi Wireless Sensor

Network ini

Agus Kurniawan Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia

Apa Itu Wireless Sensor Network? Wireless Sensor Network atau disingkat dengan WSN adalah suatu peralatan sistem embedded yang

didalamnya terdapat satu atau lebih sensor dan dilengkapi dengan peralatan sistem komunikasi. Sensor

disini digunakan untuk menangkap informasi sesuai dengan karakteristik . Contoh tipe sensor dapat

dilihat pada table dibawah ini:

Tipe Sensor Contoh Sensor

Temperatur Thermistor, thermocouple Tekanan Pressure gauge, barometer, ionization gauge Optik Photodiodes, phototransistors, infrared sensors, CCD

sensors Akustik Piezoelectric resonators, microphones Mekanik Strain gauges, tactile sensors, capacitive diaphragms,

piezoresistive cells

Gerakan dan Getaran Accelerometers, gyroscopes, photo sensors Posisi GPS, ultrasound-based sensors, infrared-based sensors,

inclinometers Kelembaban Capacitive and resistive sensors, hygrometers, MEMS-

based humidity sensors Radiasi Ionization detectors, Geiger–Mueller counters

Sensor-sensor ini akan mengubah data analog ke data digital. Data ini selanjutnya dikirim ke suatu node

melalui media komunikasi yang digunakannya seperti

Bluetooth

Infrared

Wifi

Artikel ini telah dipublikasikan di

majalah PC Media edisi Januari 2011

Kemampuan sensor pada WSN secara luas membuat penggunaan WSN untuk melakukan monitoring

banyak digunakan. WSN dapat digunakan dengan sensor sederhana yang memonitoring suatu

fenomena sedangkan untuk yang komplek maka setiap WSN akan mempunya lebih dari satu sensor

sehingga WSN ini akan dapat melakukan banyak monitoring suatu fenomena. Jika WSN ini dihubungkan

ke gateway yang dapat mengakses internet maka WSN ini dapat diakses dan berkolaborasi dengan

sistem lain seperti yang terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Ilustrasi scenario penggunaan WSN

Penerapan dan Penggunaan WSN Teknologi WSN banyak memberikan inspirasi dalam penerapan dan penggunaan untuk segala bidang.

Beberapa penerapannya contohnya

Monitoring lingkungan

Target tracking

Pipeline (Air, minyak, gas) tracking

Monitoring pertanian

Supply chain management

Traffic management

Setiap node WSN akan mengirim data sensor ke suatu base dan hasil kumpulan data semuanya akan

diolah sehingga ini akan memberikan suatu informasi. Contoh penggunaan WSN pada bidang pertanian

dapat dilihat pada gambar 2. Disini terlibat bahwa lingkungan pertanian dilakukan monitoring melalui

WSN dan dapat diakses melalui internet baik browser maupun mobile device.

Gambar 2. Penggunaan WSN bidang pertanian

Arsitektur WSN Setiap node WSN umumnya berisi sistem sensing, processing, communication dan power yang dapat

diilustrasikan seperti pada gambar 3. Bagaimana menggabungkan ini adalah hal yang harus diperhatikan

ketika kita melakukan perancangan. Sistem processor merupakan bagian sistem yang terpenting pada

WSN yang dapat mempengaruhi performance ataupun konsumsi energi. Beberapa pilihan untuk

processor dapat memilih antara lain:

Microcontroller

Digital signal processor

Application-specific IC

Field programmable gate array

Gambar 3. Arsitektur umum pada sebuah WSN

Ada banyak cara untuk menghubungkan sitem sensing dan processor. Menghubungkan dua atau lebih

analog sensor dengan memanfaatkan multichannel sistm ADC (Analog to Digital Converter) yang

didalamnya terdapat banyak multiple high-speed ADC dalam satu IC. Beberapa ADC kadangkalanya

menghasilkan noise yang mengganggu, crosstalk ataupun menurunkan SNR (Signal-to-Noice) pada suatu

kanal. Oleh karena itu, pemilihan ADC juga harus memperhatikan ini.

Untuk memudahkan pemahaman arsitektur WSN, kita akan mengkaji contoh dua arsitektur WSN yaitu

IMote

XYZ

Arsitektur sensor node IMote dapat dilihat pada gambar 4. Arsitektur IMote adalah arsitektur dengan

multi fungsi yang berisi sistem manajemen power, processor, communication dan interfacing. Sitem

sensing digunakan untuk menghubunkgan platform ke multi sensor board. Sedangkan processor yang

digunakan adalah digital signal processor (DSP) yang bekerja pada tegangan rendah 0.85V dan frekuensi

rendah 13 MHz. Processor DSP memungkinkan untuk memepercepat operasi komputasi berbasis

multimedia.

Arsitektur XYZ berisi empat sitem yang dapat dilihat pada gambar 5. Sistem processor yang digunakan

ARM7TDMI core microcontroller yang dapat bekerja pada frekuensi maksimum 58 MHz. Processor ini

dapat bekerja pada mode 32-bit dan 16-bit dan memory 4 KB boot ROM dan 32 KB RAM yang dapat

ditingkatkan dengan menambahkah flash memory hingga 512 KB.

Gambar 4. Arsitektur prototype IMote

Gambar 5. Arsitektur prototype XYZ

Hardware WSN Membuat hardware untuk WSN kadangkalanya menjadi masalah karena kita harus mempunyai

kemampuan mengenai hardware terutama minimum system yang memanfaatkan microcontroller atau

DSP. Alternatif lain kita juga dapat membeli hardware WSN kit yang dibuat oleh beberapa vendor.

Berikut ini contoh hardware WSN yang dapat kita membelinya

NI Wireless Sensor Network (WSN) Starter Kit yang dibuat National Instrument, contohnya

bentunya dapat dilihat pada gambar 6. Lebih lengkapnya cek link website ini

http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/206916

ZigBit Development Kit yang dikembangkan oleh Meshnetics, contoh hardwarenya dapat dilihat

pada gambar 7. Lebih lengkapnya dapat dibaca pada link website

http://www.meshnetics.com/dev-tools/zdk/

MEMSIC wireless sensor network kits yang dikembangkan oleh MEMSIC, contoh hardware nya

dapat dilihat pada gambar 8. Lebih lengkapnya anda dapat mengunjungi website ini

http://www.memsic.com/products/wireless-sensor-networks/development-kits.html

Masih banyak WSN kit yang dapat digunakan. Pembaca dapat mencarinya melalui mesin pencari dengan

menggunakan keyword WSN Kit.

Gambar 6. NI Wireless Sensor Network (WSN) Starter Kit

Gambar 7. ZigBit Development Kit

Gambar 8. MEMSIC wireless sensor network kits

Sistem Operasi Sistem Operasi pada WSN secara logical berada didalam hardware node WSN dan aplikasi menyediakan

abstraksi basic programming agar developer dapat membuat program diatas WSN. Sistem operasi

mempunyai kegunaan yaitu

Memory management

Power management

File management

Networking

Programming environment

API runtime untuk aplikasi

Berikut ini contoh sistem operasi yang dapat digunakan pada WSN

TinyOS, www.tinyos.net

LiteOS, www.liteos.net

Windows CE, www.microsoft.com/windowsembedded

Application Development Untuk WSN Untuk membuat aplikasi berbasis WSN ini akan tergantung sistem yang tertanam didalam node WSN.

Jika WSN menggunakan sistem operasi maka kita harus membuat aplikasi yang sesuai dengan API sistem

operasi WSN tersebut.

Sebagai contoh ilustrasi, jika kita menggunakan TinyOS sebagai sistem operasi WSN maka kita dapat

memanfaatkan bahasa nesC yang bahasanya turunan dari bahasa C. Setelah kita membuat program

WSN kita dapat meletakannya kedalam hardware WSN seperti yang terlihat pada gambar 9.

Gambar 9. Hardware WSN (Mica2) yang terhubung ke komputer untuk dipasang aplikasi WSN

Tantangan Pada WSN Pada saat penulis membuat tulisan ini, perkembangan WSN masih dalam taraf sedang hot untuk diteliti

karena WSN mempunyai keterbatasan seperti

Energi (battery)

Jangkauan

Sehingga kita harus merancangnya dengan baik. Selain isu diatas protokol dan routing yang digunakan

pada WSN juga masih dalam proses penelitian oleh para peneliti. Oleh karena itu, potensi dan

kesempatan untuk meneliti WSN masih terbuka lebar.

Referensi Waltenegus Dargie and Christian Poellabauer, Fundamental of Wireless Sensor Networks, Wiley

& Sons, 2010

Philip Levis and David Gay, TinyOS Programming, Cambridge University Press, 2009

Wikipedia, Wireless Sensor Networks, http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_sensor_network