Laporan Karya Ilmiah - Sistem Manajemen Energi Pada Rumah Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel

7/22/2019 Laporan Karya Ilmiah - Sistem Manajemen Energi Pada Rumah Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel

1/14

JUDUL : Rancang Bangun Sistem Manajemen Energi pada Rumah Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar BelakangSaat ini teknologi komunikasi nirkabel atau yang lebih dikenal dengan

wireless telah mengalami perkembangan yang pesat. Aplikasi teknologi nirkabel

sekarang sudah mampu digunakan untuk menjangkau komunikasi disetiap tempat di

muka bumi ini. Aplikasi di dalam dan di luar ruangan yang berhasil membuat

teknologi nirkabel yang kini dipakai diberbagai bidang, mulai dari industri,

universitas bahkan rumah tangga. Kini informasi mengalir dan terbagi tanpa

hambatan dimanapun dan kapanpun.Produk-produk teknologi mulai bermunculan. Misalnya untuk area yang

pendek seperti Infra Merah dan Bluetooth. Untuk middle area seperti Wireless LAN

sedangkan untuk area yang lebih luas seperti jaringan selular GSM dan CDMA.

Teknologi nirkabel ini memiliki beberapa keunggulan antara lain akses data real-time,

penempatan node di daerah-daerah sulit dan fleksibilitas dalam ekspansi sistem dan

konfigurasi jaringan komunikasi. Selain itu, dari sisi ekonomi, harga dari teknologi

nirkabel semakin lama semakin menurun. Hal ini didukung dengan data yang dilihat

pada gambar di bawah ini. Penurunan harga teknologi ini mendekati linier sehingga

estimasi biaya dalam penerapan teknologi yang aplikatif dapat dilakukan dengan

representatif.

Gambar 1. Perkembangan Harga Teknologi Nirkabel

Pada dasarnya, suatu jaringan nirkabel memiliki 2 bentuk dasar yaitu

infrastructuremode dan ad-hoc mode. Pada bentuk infrastructure mode, jika ada data


2/14


yang ingin dikirim dari satu node ke node yang lain, maka jalur komunikasinya harus

melewati suatu base-station terlebih dahulu. Contoh sistem yang memakai bentuk ini

adalah sistem selular. Sedangkan pada bentuk ad-hoc mode, tidak terdapat jalur

komunikasi berbasis base-station. Data akan langsung dikirim dari node asal ke node

tujuan jika berada dalam rentang komunikasi, jika tidak, dapat menggunakan node

lain sebagai node relay. Sehingga bentuk ad-hoc ini memungkinkan komunikasi

secara single-hop dan multi-hop. Kemudian muncul aplikasi potensial dari jaringan

nirkabel berbasis ad-hoc. Aplikasi ini memiliki bitrate yang rendah dan berbasis

sensor yang disebut Jaringan Sensor Nirkabel.

Jaringan Sensor Nirkabel ada suatu jaringan nirkabel yang terdiri dari

kumpulan node sensor yang tersebar di suatu area tertentu. Tiap sensor memiliki

kemampuan untuk mengumpulkan data dan berkomunikasi dengan node sensor

lainnya. Kemajuan teknologi jaringan sensor nirkabel yang pesat tidak lepas dari fakta

bahwa sekita 98% prosesor bukan hanya berada di dalam sebuah PC / Laptop, namun

juga sudah terdapat di dalam beberapa aplikasi di berbagai bidang dan salah satunya

di bidang industri listrik.

Di tengah keterbatasan suplai energi listrik dan seruan pemerintah untuk

menghemat energi listrik, masih sering terjadi peristiwa yang tidak diinginkan seperti

kebakaran yang diakibatkan oleh kesalahan atau kelalaian dalam pengoperasian

peralatan listrik yang berlebihan serta penggunaan yang tidak terkontrol, pemborosan

energi listrik dengan percuma yang menyebabkan tagihan listrik melonjak, kondisi

dalam ruangan yang kurang nyaman akibat suhu dan intensitas cahaya yang kurang

pas serta pencurian karena kondisi rumah yang sepi pada kompleks perumahan. Hal-

hal di atas menimbulkan tantangan yaitu bagaimana membuat suatu gedung atau

rumah menjadi lebih cerdas dan mampu mengontrol keamanan rumah serta

penggunaan peralatan listrik dalam lingkungannya sehingga tempat tersebut menjadi

aman dan nyaman dengan mengimplementasikan teknologi jaringan sensor nirkabel.

Agusto dan Nugent, (2006). Dengan menggunakan teknologi sensor yang masih

konvensional, masih sering ditemui kesulitan dalam mengumpulkan data. Dengan

jaringan sensor nirkabel ini diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam sistem

pengontrollan dan pemantauan untuk menyelesaikan masalah di atas.


3/14


4/14


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Konsep Dasar Jaringan Sensor NirkabelTeknologi yang terus berkembang sampai hari ini membawa kita untuk

melihat masa depan dari sekumpulan piranti yang memiliki konsumsi daya rendah,

dengan integrasi sensor di dalamnya yang berjalan secara terprogram pada lingkungan

fisik secara bersama-sama pada jaringan nirkabel. Menurut Hamidjoyo (2010:1)

Sensor dapat didefinisikan sebagai piranti yang menerima dan merespon sinyal atau

stimulus.

Secara umum, menurut Erwin dan Wirawan (2009:2) Jaringan sensor

nirkabel (Wireless Sensor Network) digambarkan sebagai penyebaran suatu

kelompok sensor pintar (Smart Sensor)berukuran kecil secara luas di mana masing-

masing titik sensornya memiliki kemampuan untuk merasakan (sensing), mengambil

data sensing, memproses dan berkomunikasi serta melakukan fungsi pengawasan

(monitoring) terhadap keadaan suatu lingkungan indoor maupun outdoor secara

kolektif. Pendapat yang sedikit berbeda juga dikemukakan Willey dan Sons (2007)

bahwa Jaringan sensor nirkabel merupakan generasi baru dari sistem sensor (sensorysistem) yang mempunyai keterbatasan energi, pemrosesan data yang lambat, kapasitas

pemyimpan data yang kecil serta dioperasikan dalam suatu lingkungan dalam waktu

lama. Para peneliti telah mencoba mengembangkan beberapa protokol baru yang

khusus didesain untuk jaringan sensor nirkabel, yang bersifat awareness. Fokus

penelitian lebih kepada protokol routing, karena adanya perbedaan yang mendasar

antara jaringan biasa dibandingkan dengan jaringan sensor (baik arsitektur jaringan

maupun aplikasi). Gambar 2 di bawah ini menurut Willey dan Sons (2007)

menunjukkan model protokol generik yang dapat digunakan untuk mendeskripsikan

jalur komunikasi di dalam jaringan sensor nirkabel.

Gambar 2. Protokol Generik dari Jaringan Sensor Nirkabel


5/14


Adapun terdapat tabel dibawah ini yang menjelaskan perbandingan

spesifikasi beberapa teknologi wireless

Tabel 1. Perbandingan spesifikasi beberapa teknologi wireless

B. Karakterisik Jaringan SensorNode sensor merupakan kesatuan beberapa perangkat yang terdiri dari CPU

(untuk pemrosesan data), memori (untuk menyimpan data), baterai (sebagai sumber

energi) dan tranceiver (sebagai pengirim dan penerima sinyal radio dari dan kepada

node yang lain). Beberapa node sensor yang tergabung dalam sebuah jaringan melalui

media nirkabel disebut sebagai jaringan sensor nirkabel yang berperan dalam

mendeteksi kejadian (events) atau fenomena, mengumpulkan, memproses data, serta

mengirimkan hasilnya kepada user yang membutuhkan. Karakteristik yang mendasar

dari sebuah jaringan sensor nirkabel antara lain :

1. Kemampuan mengorganisasi diri sendiri,

2. Kemampuan broadcast dalam jarak pendek dan multihop routing,

3. Penyebaran yang rapat dan kemudahan pengaturan dari node sensor,

4. Perubahan topologi merujuk pada kegagalan node,

5.Pembatasan pada energi, daya transmit, memori dan kemampuan komputasi.


6/14


Gambar 3. Struktur Sebuah Sensor Dalam Jaringan Sensor Nirkabel

C. Komponen-komponen Jaringan Sensor NirkabelSebuah jaringan sensor yang merupakan sebuah infrastruktur yang terdiri dari

elemensensing (pengukuran), komputasi, dan elemen komunikasi yang memberikan

kemampuan kepada administrator untuk melakukan instrumentasi, observasi, dan

reaksi terhadap kejadian dan fenonema yang terjadi pada suatu lingkungan yang

spesifik. Lingkungan yang dimaksud dapat berupa dunia secara fisik(bumi), sebuah

sistem biologi atau sebuah lingkungan kerja teknologi informasi. Secara umum,

ilustrasi mengenai Jaringan Sensor Nirkabel termasuk komponen-komponen yang

terdapat di dalamnya (node sensor dan sink) dapat dilihat pada gambar 3. Pada

gambar tersebut juga dapat dilihat kemampuan jaringan sensor nirkabel untuk

berintegrasi dengan jaringan internet melalui base station, sehingga monitoring

dapat dilakukan dimana saja.

Gambar 3. Ilustrasi Jaringan Nirkabel


7/14


D. Prinsip Kerja Jaringan Sensor NirkabelPada bagian ini, kinerja dari sistem jaringan sensor nirkabel yang dibuat untuk

manajemen energi listrik diujicobakan dalam suatu miniatur rumah berukuran 1m3

untuk pemantauan dan pengontrolan cahaya, temperatur, kelembaban serta

pergerakan dalam suatu ruangan

E. Dasar-Dasar Perancangan Sistem Manajemen Energi pada RumahMenggunakan Jaringan Sensor Nirkabel

Perancangan proses atau perancangan model sistem bertujuan untuk

menggambarkan alur proses dalam perjalanan sistem. Menurut Karl dan Willig

(2005) Dalam merancang sistem manajemen energi pada rumah menggunakan

jaringan sensor nirkabel, ada 6 topologi dasar jaringan komunikasi yang dikenal

adalah topologi star, ring, bus, tree, fully connected dan mesh.Pada topologi mesh,

node tersebar dan komunikasi data antar node dikirim bertahap melalui node

terdekatnya. Semua node pada jaringan ini sudah ada identitas pengenalnya.

Berdasarkan pertimbangan di atas, maka dipilihlah topologi mesh, sebab cocok untuk

jaringan dengan node yang banyak atau yang tersebar di lingkungan yang luas.

Secara umum, topologi jaringan sensor nirkabel terdiri dari dua atau tiga

jaringan node yang secara multihop seperti pada gambar 5. Data hasil penginderaan

mengalami proses awal pada node, kadang disimpan sebelum dikirimkan kegateway

yang mempunyai fitur lebih lengkap untuk pemrosesan data yang kemudian dikirim

ke base station.

Gambar 4. Topologi Wireless Sensor Network


8/14


BAB III

METODE PENELITIAN

A. Alat dan BahanPada rancangan ini, penulis menggunakan hardware dan software. hardware

sebagai alat dansoftware sebagai bahan. Pada bagian hardware atau perangkat keras

dibagi menjadi 3 bagian yaitu sensor dan interface, serta server dan kontroller.

Berikut adalah Komponen hardware dalam Wireless Sensor Network terdiri dari :

Sensorboard : contoh tipe MTS240 Mode Processor : contoh Mote (MPR 2400) Gateway : contoh tipe MIB 600 untuk komunikasi jaringan sensor dan interface

ethernet programming board (EPRB) untuk komunikasi server.

Server : contoh processor Intel pentium dual core CPU T2390 @ 1,86 GHz,memory DDR2 1GB.

Kontroler : contoh DT-51, switch panel, dimmer, motor stepper DC 12V.Dan di bawah ini adalah komponen software wireless sensor network :

Sensor node membutuhkan sistem operasi untuk mengatur hardware dari sensorSensor node membutuhkan sistem operasi untuk mengatur hardware dari sensoragar dapat berinteraksi dengan software aplikasinya. Contoh sistem operasi yang

digunakan adalah TinyOS dengan bahasa pemrograman NesC.

TinyOS mengorganisir komponen perangkat lunaknya dalam beberapa lapisan.Lapisan terbawah terkait perangkat keras, dan lapisan tertinggi adalah aplikasi

yang digunakan.

Gambar 6. Lapisan TinyOs(Sumber : Crossbow Technology, 2005 )


9/14


Selain TinyOS, ada beberapa software pendukung yang dipakai yaitu

Lantronix Device Installer, Cygwin, Serial Forwarder (Message Center dan Listen)

dan SensorViz yang akan menjadi GUI.

B. Prosedur dan Langkah KerjaPerancangan sistem manajemen energi pada rumah menggunakan jaringan

sensor nirkabel memberikan gambaran bagaimana hasil dari sistem ini dibuat.

1. Perancangan Alur Kerja SistemGambar di bawah ini menunjukkan blok sistem manajemen energi menggunakan

jaringan sensor nirkabel

Gambar 7. Blok Sistem Manajemen Energi menggunakan jaringan

sensor nirkabel

Cara kerja dari desain dan jaringan yang dibangun adalah sebagai berikut :

o Sensorboard mengumpulkan data berupa intensitas cahaya, temperatur,kelembaban dan pergerakan objek dalam ruangan.

o Mote kemudian mengirimkan datasensing kegateway.o Gateway mengolah datasensing dan mengirimkan keservero Server memproses data dari gateway untuk ditampilkan. Bila sensor

melaporkan parameter yang melewati batasan yang ditentukan, server

memberi perintah kepada kontroller.

o Kontroller mengendalikan switch untuk menaikkan atau menurunkankinerja peralatan listrik.


10/14


2. Perancangan Sistem Yang diterapkan pada RumahPada bagian ini menjelaskan bagaimana pemilik rumah melakukan

pengaturan energi listrik dengan bantuan jaringan sensor nirkabel. Saat

penggunaan energi listrik mencapai titik maksimal dari yang telah ditentukan,

secara otomatis jaringan sensor akan mengirim data ke gateway untuk diproses

dan kontroller akan menurunkan nilai cahaya, temperatur dan kelembaban

ruangan. Sensor gerakan yang berada diluar dan di dalam ruangan untuk

mencegah tamu tak diundang tetap aktif saat peralatan listrik yang lain

diturunkan kinerjanya. Lampu adalah salah satu penyerap energi terbesar yang

bisa diatur untuk menghemat energi dan biaya. Jaringan sensor nirkabel dapat

dirancang untuk mengatur dengan tepat sesuai keinginan secara manual atau

otomatis semua peralatan listrik yang akan dikontrol sehingga dapat menekan

penggunaan energi dan biaya. Dengan adanya pengaturan penggunaan energi

pada gambar 8 di bawah ini, bukan saja keadaan rumah menjadi nyaman dan

aman tetapi sudah memperhatikan isuglobal warming.

Gambar 8. Model Rumah dengan pengontol otomatis

(www.freescale.com/zigbee)

3. Pembuatan komponen-komponen sistem manajemen energi pada rumahmenggunakan jaringan sensor nirkabel

Setelah melakukan perancangan, maka selanjutnya akan dilakukan tahap

pembuatan sistem manajemen energi pada rumah menggunakaan jaringan

sensor nirkabel. Pada tahap ini akan dijelaskan bagaimana komponen-

komponen dibuat.
http://www.freescale.com/zigbeehttp://www.freescale.com/zigbeehttp://www.freescale.com/zigbeehttp://www.freescale.com/zigbee


11/14


o Sensorboard : Tipe MTS420, produksi Crossbow Technology.Sensorboard ini dapat mengindera adanya cahaya, temperature,

kelembaban, tekanan, serta gerakan sesuai dengan jumlah sensor yang

onboard. MTS240 juga mempunyai modul GPS. Sensorboard dipasang

pada mote Micaz MPR2400 yang akan memancarkan data sensing

menujugateway.

o Mote Processor : Processor Atmel ATMega 128L, Program FlashMemory128 Kbyte, Measurement Flash 512 Kbyte, komunikasi serial

UART, 10 bit ADC (0-3 volt), pemakaian arus 8 mA (mode aktif), < 15

A mode sleep. Transceiver Radio: frekuensi kerja 2400 MHz2483.5

MHz, kecepatan pengiriman data 250 kbps, daya kirim -24 dbm - 0 dbm,

sensitivitas penerima -90 dbm (min), -94 dbm (typ), pemakaian arus

19.7ma (mode terima), 11ma (pengiriman -10dbm), 14ma (pengiriman -

5dbm), 17.4dbm (pengiriman 0dbm), 20 A (mode idle), 1 A (mode

sleep). Elektromekanik : Baterai 2xAA, sumber daya lain 2.7 V 3.3 V,

User Interface LED (merah, kuning, hijau), ukuran 58x32x7 (tidak

termasuk baterai), berat 18 gram (tidak termasuk baterai), 51-pin

konektor ekspansi.

o Gateway : Interface Node; konektor ekspansi 51-pin. interfaceUART,user interfaceLED (merah, kuning, hijau). Interface LAN ; internal web

server, serial login, telnet login, password keamanan, layanan pengunci.

Interface jaringan ethernet : konektor RJ45, berbasis protokol IEEE

802.3, kecepatan data 10 MBps (10 Base-T). Pemrograman dalam sistem

(In-System Programming) ; Protokol UISP (UART in-system

programming), LED indikator ISP aktif, RESET node. Fisik : Dimensi

11.76cm x 5.82cm x 2.54cm, sumber daya PoE 5V. Gateway digunakan

untuk melewatkan paket dari jaringan sensor kepada server. Tipe MIB

600 untuk komunikasi jaringan sensor dan interface Ethernet

Programming Board (EPRB) untuk komunikasi server. Produksi

Crossbow Technology.

o Server : Prosessor Intel Pentium Dual Core CPU T2390 @ 1.86 GHz,Memory DDR2 1 GB, Network Interface Card (NIC) Realtek

RTL8186/8111PCI-E Gigabit Ethernet.


12/14


o Kontroler : Minimum system microcontroller DT-51, switch panel,dimmer, motor stepper DC 12V.

4. Tahap perakitan komponen-komponen sistem manajemen energi padarumah mengggunakan jaringan sensor nirkabel

Pada tahap ini, komponen yang telah disebutkan diatas, kemudian dirakit.

Adapun Bentuk fisik dari sensorboard, mote dan gateway dapat dilihat pada

Gambar 6. Sensorboard yang ditempelkan diatas mote nantinya disebut node.

Gambar 9. Gateway (MIB 600), Mote (MPR 2400) dan sensorboard MTS240

C. Prosedur dan Langkah PengujianSebelum dioperasikan, gateway diberi IP menggunakan Lantronix Device

Installer, software yang digunakan untuk manajemen perangkat gateway (MIB600).

Software ini dapat digunakan untuk memberikan alamat IP pada gateway, mengatur

baud rate gateway, bahkan mengatur port yang ada pada gateway serta mampu

melakukan pengaturan hardware baik secara grafis ataupun melalui mode text . Pada

desain ini diberikan alamat IP 192.168.1.5/24 pada gateway. Setelah itu mote

diinject dengan software untuk menentukan fungsinya sebagai node atau base station

dan diberi IP address untuk bisa berhubungan dengan gateway dan server. Dalam

pengujian ini, 4 buah mote difungsikan sebagai node dan sebuah mote difungsikan

sebagai base station. Caranya yaitu dengan menempelkan mote ke soket yang ada

pada gateway yang dihubungkan dengan server lewat konektor ethernet untuk

diinject. Injeksi dilakukan dengan bantuan software Cygwin (Cygnus Linux for

Windows), yaitu program aplikasi berbasis Linux yang bekerja dalam Windows.Mote base station ditempelkan pada gateway sedangkan sensor board ditempelkan


13/14


pada mote untuk menjadi node. Node kemudian disebarkan dibeberapa titik dalam

ruangan dan diaktifkan untuk mulai mengumpulkan data sensing. Data sensing

kemudian dipancarkan ke mote base station yang diintegrasikan dengan gateway

untuk diolah dan dikirim ke server untuk ditampilkan. Pembacaan dan penampilan

paket data di server menggunakan program Serial Forwarder. Program ini bertugas

meneruskan data sensing ke server melalui port ethernet dan harus dijalankan

sebelum tools Message Center diaktifkan. Untuk pengamatan dan penyimpanan

paket data, digunakan dua tools yaitu Listen yang bekerja pada jendela Cygwin dan

Message Center yang bekerja padajendela Java. Data yang dihasilkan kedua toolstadi masih berupa deretan bilangan Hexadecimal. Tools lain yang bekerja dalam

jendela Cygwin dan mirip Listen adalah Xlisten. Tools ini mampu mengkonversi

data hexadecimal menjadi decimal dan data engineer unit yang lebih mudah

dimengerti. Manajemen tugas sensor, teknik komunikasi data antar sensor dan

gateway serta monitoring jaringan dan pengamatan data diatur dengan TinyOS.

D. Teknik Analisa DataSistem manajemen energi pada rumah menggunakan jaringan sensor nirkabel ini,

merupakan sistem yang diharapkan berfungsi sesuai dengan tujuan dibuatnya.

Dibutuhkan posisi sensor dari permukaan lantai serta jarak antar sensor sebab hal

tersebut mempengaruhi kualitas jaringan dalam hal penerimaan paket data. Selain itu

jumlah hop harus dibatasi untuk menghemat penggunaan energi baterai sehingga

pemantauan bisa dilakukan lebih lama pada rumah.


14/14


DAFTAR PUSTAKA

Augusto J.C & Nugent C.D. (2006) : Designing Smart Homes , NewYork, Springer.

Crossbow Technology,Tiny OS Overview,

www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_O

verview.pdf

Erwin, S.M dan Wirawan. 2009. Desain Manajemen Energi pada Gedung Berbasis

Jaringan Sensor Nirkabel. Laporan Hasil Penelitian. Surabaya : Fakultas Teknik

Informatika Institut Teknologi Sebelas November.

Karl H. dan Willig A. (2005), Protocols and architectures for wireless sensor

networks, New York, John Wiley & Sons Inc.

OECD. 2009. Smart Sensor Networks : Technologies and Applications for Greeen

Growth. DSTI/ICCP/IE(2009)4/FINAL. OECD, Paris.

www.freescale.com/zigbee
http://www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_Overview.pdfhttp://www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_Overview.pdfhttp://www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_Overview.pdfhttp://www.freescale.com/zigbeehttp://www.freescale.com/zigbeehttp://www.freescale.com/zigbeehttp://www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_Overview.pdfhttp://www.ce.rit.edu/~fxheec/cisco_urp/cd_seminar/Presentations/Day1All/03_TinyOS_Overview.pdf

Documents

Laporan Karya Ilmiah - Sistem Manajemen Energi Pada Rumah Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel