MODEL INFRASTRUKTUR PERANGKAT LUNAK SENSOR CLOUD UNTUK SISTEM MONITORING LINGKUNGAN
INFRASTRUCTURE MODEL OF CLOUD SENSOR SOFTWARE FOR ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM
Rahman1, Zahir Zainuddin2, Salama Manjang2 1
2
Jurusan Elektro, Politeknik Negeri Ujung Pandang Jurusan Elektro, Prodi Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin
Alamat Korespondensi: Rahman, S.Kom Jurusan Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang Makassar. Sulawesi Selatan. HP: 087841146602 Email:
[email protected]
ABSTRAK Aktivitas monitoring lingkungan adalah operasi yang berkelanjutan dengan dukungan infrastruktur yang mahal. Namun demikian, informasi sebagai luaran kegiatan ini, tidak mudah diakses masyarakat sehingga mengurangi nilai kemanfaatan informasinya. Integrasi infrastruktur monitoring lingkungan dengan jaringan internet dalam hal pengorganisasian dan penyediaan akses data sensor melalui model virtual sensor adalah solusi untuk meningkatkan daya guna infrastruktur tersebut sekaligus membuka keluasan akses terhadap perangkat sistem. Virtual sensor menjembatani interaksi pengguna dengan sensor fisik melalui jaringan internet. Sistem memiliki 3 (tiga) fungsi utama yaitu, Data Acquring Process, Database System, Dynamic User Interface. Penelitian ini mengusulkan solusi socket programming yang mendukung two-way communication untuk penanganan akusisi data. Sedangkan model managemen database dan antarmuka dinamis berturut-turut mengimplementasikan object relational database model dan protocol SOAP dengan dukungan WSDL. Konstruksi ini memberi manfaat lebih infrastruktur fisik monitoring lingkungan dalam menjamin ketersediaan informasi lingkungan setiap saat setiap tempat melalui antarmuka familiar berbasis web dan layanan web (WSDL). Kata kunci : Monitoring Lingkungan,Virtual Sensor, Acquiring Process, Interface.
ABSTRACT Environmentalmonitoringactivitiesarecontinuing operationssupported byan expensiveinfrastructure. However,informationasoutcomesof thisactivity,is not easilyaccessible tothe public, thereby reducing theusefulnessof information.Integration ofenvironmentalmonitoringinfrastructureto the Internet networkin terms oforganizingandprovidingaccess tosensor dataviaa virtualmodel ofthe sensoris the solutiontoimprovethe usabilityof the infrastructureas well as openingaccess tothebreadth ofthe system. Bridgingthe virtualsensorthe user's interactionwiththe physicalsensorthrough the Internet.The systemhas 3 (three) mainfunctions, namely, AcquringProcessData, DatabaseSystem,DynamicUserInterface. This studyproposesa socketsprogrammingsolutionthat supportstwo-waycommunicationforhandlingthe acquisition data. While themodel ofdatabasemanagementanddynamicinterfaceimplementsa rowobjectrelationaldatabasemodel and theprotocolSOAPwithWSDLsupport. Thisconstructiongivesmore benefitsin theenvironmentalmonitoringof physicalinfrastructureto ensure the availabilityof environmental informationat any timeany placethrough afamiliarinterfaceandweb-based webservices(WSDL). Keywords : EnvironmentalMonitoring, Virtual Sensor, Acquiring Process, Interface.
PENDAHULUAN Informasi lingkungan memiliki nilai yang strategis di berbagai bidang kehidupan seperti bidang industri, pertanian, transportasi dan komunikasi. Informasi curah hujan, temperatur, kelembaban udara dan informasi lain yang berkaitan dengan lingkungan, menjadi parameter umum yang mempengaruhi pengambilan kebijakan dibidang-bidang tersebut. Nilai strategis ini memicu produksi dan penggunaan sensor untuk pemantauan lingkungan. Menurut penelitian, telah dan akan terjadi peningkatan penggunaan sensor fisik untuk berbagai keperluan sekarang dan dimasa datang (Yuriyama dan Takayuki, 2010; Yuriyama et al, 2011). Prediksi ini sejalan dengan kenyataan makin kompleksnya permasalahan lingkungan sebagai habitat tinggal manusia seperti meningkatnya faktor kebisingan, gas beracun, radiasi, gejala gunung berapi dan beragam lainnya yang membutuhkan pengawasan (Arrosyid et all, 2012; Iwai and Aoyama, 2011; Satoh and Itakura, 2011). Penggunaan sensor sebagai alat fisik pemantauan lingkungan adalah hal yang ideal saat ini. Meskipun demikian, tidak setiap orang maupun organisasi mampu menyediakan peralatan fisik monitoring lingkungan. Faktor biaya mahal adalah faktor dominan ketidakmampuan tersebut disamping faktor operasional yang juga tidak mudah dikerjakan. Akibatnya pemantauan lingkungan dan data-data primer yang berkaitan dengan lingkungan adalah hal yang mahal dan tidak lazim menjadi konsumsi publik. padahal informasi lingkungan adalah kebutuhan setiap orang dan seyogyanya bersifat terbuka dan bebas akses. Infrastruktur cloud sensor, adalah model yang dapat menjembatani kesenjangan realitas dan kebutuhan tersebut. Sensor cloud adalah arsitektur yang mengorganisasikan sensor-sensor secara fisik yang tersebar berjauhan secara geografis namun menyatu dari sisi akses dan pengelolahan data monitoring. Cloud sensor mendukung pemantauan lingkungan melalui sensor fisik yang terletak disuatu area oleh banyak pengguna sistem yang terpisah secara fisik melalui mekanisme virtual sensor. Demikian pula beberapa sensor fisik yang terpisah secara geografis dapat diamati seorang pengguna di lokasi yang sama (Ahmed and Gregory, 2011; Melchor and Fukuda, 2011; Panchard, 2008; Velte et al, 2010). Virtual sensor adalah arsitektur yang menjadi hasil integrasi jaringan sensor fisik dengan infrastruktur internet.
Penelitian menunjukan bahwa
integrasi mendorong
pemanfaatan secara maksimun jaringan sensor, mendukung ketersediaan data sensor setiap saat, serta memungkinkan perluasan penggunaan data-data sensor untuk keperluan lain (Rajesh et al,2010). Salah satu bukti yang menunjukan hal tersebut adalah integrasi jaringan sensor pemantau kondisi pasien setiap saat dan setiap tempat tanpa melibatkan peranan petugas medis selama 24 jam penuh(Doukas and Maglogiannis, 2011).
Virtual sensor adalah solusi yang visibel dalam meningkatkan daya guna informasi luaran dan infrastruktur monitoring lingkungan. Sebuah infrastruktur besar dan mahal yang telah dibangun dapat dipakai bersama melalui mode virtual. Cloud sensor bertanggung jawab dalam mengorganisasikan konektivitas pengguna dengan perangkat pengawasan lingkungan, menyembunyikan kerumitan sistem serta menghasilkan sistem yang user friendly namun handal. Tujuan penelitian ini adalah membangun infrastruktur sensor cloud yang menyediakan antarmuka integrasi sensor lingkungan dan antarmuka akses pengguna sistem. Melalui sistem ini, pengguna dapat mengambil rekaman pembacaan sensor secara dinamis berdasarkan pilihan rentang waktu perekaman data tersebut. Fungsi lainnya, sistem menyediakan akses pembacaan langsung pengukuran sensor melalui mode akses virtual sensor.
METODE PENELITIAN Akuisisi Data Sensor Beberapa alternatif teknologi dan protokol komunikasi dapat dijadikan acuan dalam implementasi teknik akuisisi data. Hal yang paling pokok menjadi acuan bahwa proses akuisisi data harus mendukung mode real-time dan proses normal akuisisi data. Pada mode monitoring waktu-nyata (realtime), pengguna seolah-olah mengakses sensor fisik secara langsung. Namun kenyataannya proses ini melalui perantaraan virtual sensor dalam berkomunikasi dengan sensor fisik. Mode ini mengharuskan pengiriman pesan perintah ke sensor . Sedangkan data dari sensor dapat diteruskan ke database sistem melalui mekanisme push-data, data tersebut harus dapat diinterpretasikan oleh sistem secara tepat. Selain itu teknik request-response dapat menjadi alternatif lain dalam proses penyampaian data ke server cloud. Keseluruhan model implementasi pengumpulan data sensor maupun komunikasi antara perangkat lunak sistem sebagai server sistem, dengan peralatan fisik sensor lingkungan dan pendukungnnya, dapat ditangani dengan mode twoway-communication. Model komunikasi 2 (dua) arah memungkinkan penerapan sistem pooling dan sistem push-data ataupun teknik request-response,dalam proses permintaan dan penyimpanan data sensor ke server data terpusat pada cloud. Database Management System Kadangkala data yang dibutuhkan pengguna adalah data real-time. Namum rekaman data pemantauan adalah data yang akan paling banyak diakses. Ini mengharuskan sistem didukung dokumentasi informasi monitoring kedalam database sistem yang tepat.
Selain itu, sistem kompleks seperti monitoring parameter-parameter lingkungan yang beragam akan melibatkan banyak dan beragam pula sensor yang ditempatkan pada lokasi yang berbeda-beda. Sistem harus mampu menorganisasikan sensor-sensor tersebut dengan memberikan rincian informasi tidak saja tentang hasil pemantauan, namun juga informasi detil tentang sensor dan lokasi sensor serta karakteristiknya. Untuk itu, model database dinamis diperlukan untuk mendukung perkembangan sistem yang meliputi penambahan atau pengurangan sensor kedalam sistem. Demikian juga database sistem harus memiliki performansi yang baik. Selain diperlukan dari faktor perangkat lunak DBMS yang handal, juga mesti didukung oleh desain database yang memungkinkan pengaksesan parallel terhadap tabel-tabel data lingkungan secara besar-besaran. User Interface Idealnya sebuah nilai pengukuran parameter lingkungan dapat dengan mudah dimengerti oleh pengamat tanpa memerlukan interpretasi lebih jauh terhadap data tersebut. Untuk kebutuhan ini data pengukuran yang ditampilkan dalam model grafis akan sangat membanntu pihak yang berkepentingan. Namun demikian, tidak setiap pihak yang terlibat dengan data-data lingkungan cukup dengan data-data sederhana. Kalangan peneliti sebagai pengguna lanjut, adalah pihak yang membutuhkan data-data mentah parameter lingkungan untuk keperluan proses pengolahan atau analisa lingkungan. Pihak peneliti umumnya membutukan kumpulan data-data pemantauan lingkungan menurut rentang waktu tertentu dengan satu atau beberapa parameter yang mereka inginkan. Kedua tipe kebutuhan tersebut mensyaratkan sistem memiliki antarmuka (interface) yang berbasis grafik GUI dan API (Application Interface) untuk penggunaan sistem lebih jauh oleh pemakai ahli. API harus dapat menghadirkan antarmuka dinamis yang dapat memberikan layanan customized-request. User and Session Management Virtual sensor memungkinkan pengaksesan kolektif oleh beberapa pengguna datadata sensor fisik secara realtime. Filtur ini mengharuskan ketersediaan pengaturan pengguna sistem. Setiap pengguna yang sedang berinteraksi dengan sistem perlu diidentifikasi untuk menghindari kesalahan proses komunikasi. Selain itu sistem harus mampu mengidentifikasi proses interupsi yang terjadi selama proses komunikasi yang mengakibatkan koneksi pengguna terputus secara tidak normal. Semua pengaturan ini memerlukan pengaturan lebih lanjut pengguna dengan mekanisme session untuk mengidentifikasi pengguna aktif terhadap
sistem. Fitur ini sekaligus dapat memberi batasan interaksi-interaksi yang dapat dikerjakan pengguna terhadap sistem.
HASIL XML Message Content Setiap pesan komunikasi dilewatkan sebagai pesan teks berbasis format XML. Gambar 4 memperlihatkan contoh pesan pembawa informasi temperature dan nilai beserta unit satuan yang dijadikan ukuran. Informasi diatur dalam tag-tag markup XML. Setiap permintaan pengguna terhadap data pemantauan, baik dalam mode real-time maupun permintaan historical data akan dikomunikasikan oleh sistem dalam format pesan yang serupa. Setiap struktur informasi dinyatakan sebagai pasangan open tag dan close tag XML yang akan diinterpretasi oleh logika client dan ditampilkan dalam bentuk informasi berbasis teks atau grafik. Real-Time Monitoring display Pada sisi pengguna pesan-pesan XML sebagai format komunikasi akan diterjemahkan oleh web browser dan ditampilkan dalam bentuk yang mudah dipahami pengguna. Gambar 5 menampilkan data pengukuran berlangsung (current measured value) dari sensor yang memantau perubahan temperatur lingkungan, kelembaban relatif dan kecepatan angin. Pesan XML ditampilkan melalui XML parser yang menghasilkan parameter, nilai dan unit satuan yang berkesesuaian. Gambar 6 memperlihatkan tampilan interaksi pengguna dalam menyajikan historical data dari proses monitoring lingkungan. Antarmuka pemakai memiliki alternatif untuk menampilkan data berdasarkan harian, mingguan ataupun bulanan sebagai satu kesatuan button menu dari user interfacer (UI). Grafic Display Alternatif
lain output pemantauan lingkungan dapat dalam bentuk grafik seperti pada
gambar 7. Tampilan memperlihatkan grafik pemantauan temperatur lingkungan harian selama 24 jam. Perekaman dilakukan setiap satu jam yang direpresentasikan dalam grafik sebagai sumbu axis. Sedangkan nilai pengukuran dalam derajat Celcius berkisar antara 37 hingga 41 0 C.
PEMBAHASAN Socket Programming Pemrograman soket menyediakan alternatif yang beragam baik berbasis aplikasi desktop (desktop application) hingga soket berbasis web browser (websocket). Soket beroperasi pada layer protokol standar yaitu protocol TCP/IP sehingga penggunaannya umum dan sesuai untuk mendukung komunikasi multiplatform. Selain itu manfaat paling relevan dari teknologi ini bahwa Soket mendukung komunikasi 2 (dua) arah (two-way communication) sehingga menjadi alternatif yang baik sebagai saluran pertukaran data dan komunikasi sensor fisik dan sistem cloud sensor melalui perantaraan komputer gateway. SOAP Protocol Simple Object Access Protocol atau SOAP adalah protocol pertukaran informasi dan komunikasi yang mendukung komunikasi multi-platform.
SOAP berbasis format pesan
XML yang memungkinkan programmer merumuskan format dasar pesan yang digunakan. XML adalah bahasa markup yang fleksibel dan dapat didefiniskan ulang. Sifat dasar ini menjadi keuntungan dalam membangun arsitektur sistem yang dinamis (Koftikian, 2010). Object Relational Model Konsep obyek memungkinkan pemodelan komposisi informasi yang handal dengan memisahkan secara logik informasi-informasi yang berbeda sebagai satu kesatuan lain yang tunggal, mandiri dan terpisah. Cara ini memberi keuntungan dalam memisahkan data-data setiap sensor sehingga perubahan atau kekacauan relasi database suatu sensor tidak berakibat pada data lain. Model obyek akan memberi keleluasaan penambahan tambel-tabel baru melalui pembentukan
entitas-entitas
obyek
baru
kedalam
sistem
database
yang
merepresentasikan sensor-sensor fisik. Konsep keterpisahan dan kesatuan ini juga memberi peluang model database yang dinamis. Selain itu protocol SOAP sebagai pendukung sistem mendukung kontruksi pesan komunikasi yang sangat fleksibel dan mendukung tipe data kompleks berbasis model entitasentitas kelas. WSDL Web Service Description Language (WSDL) adalah bahasa deksriptif yang menjelaskan fungsi-fungsi yang tersedia sebagai interface atau antarmuka suatu program aplikasi. WSDL ditujukan untuk komunikasi antara perangkat lunak dan tidak diperuntukan untuk pengguna (manusia). WSDL berisi penjelasan cara dalam mengontak, mengirim pesan, mengeksekusi perintah dari suatu program. WSDL juga mendaftar fungsi dan output fungsi yang tersedia pada suatu layanan. WSDL ditulis sedemikian rupa sehingga dapat
diinterpretasi oleh program aplikasi client.
WSDL dirancang mendukung kinerja lintas
platform. Bahasa deskripsi ini berperan sebagai penjelasan antar muka sistem. Sedangkan protocol komunikasi yang digunakan dalam mengeksekusi adalah berbasis protocol SOAP. System Model Sistem mengorganisasikan data pemantauan lingkungan melalui bagian logik virtual sensor. Sedangkan representasi sensor fisik diatur dalam grup manajemen sensor pada server cloud yang dapat diakses melalui internet. sensor fisik terhubung ke sistem melalui computer gateway. Sedangkan sisi pengguna mengakses virtual sensor melalui mekanisme sesi pengguna yang dibangkitkan secara dinamis saat pengguna aktif melalui request layanan ke sistem. Gambar 1 memperlihatkan gambaran utuh sistem cloud sensor. Real-Time Monitoring Flow Real-Time mode terjadi saat pengguna menampilkan data pengukuran sensor saat berlangsung dengan delay toleran. Aliran permintaan pengguna terjadi secara langsung menuju sensor fisik dengan melalui perantaraan virtual sensor melalui mekanisme requestresponse pada gambar 2. Historical Data Request Pengguna
dapat
memilih
menampilkan data-data
pengukuran
waktu-waktu
sebelumnya. Sistem akan menggunakan database penyimpanan data pengukuran untuk melayani permintaan pengguna. Proses ini tidak melibatkan sensor fisik untuk merespon permintaan pengguna sebagaimana ditunjukan gambar 3.
KESIMPULAN DAN SARAN Infrastruktur cloud sensor yang diimplementasikan dengan dukungan teknologi yang tepat dapat menambah daya guna sensor-sensor fisik dalam aktivitas monitoring lingkungan. Secara fiisik sensor dapat ditempatkan terpisah secara geografis dengan pengguna, namun dapat diakses tanpa kendala berarti. Demikian pula halnya sensor fisik yang tunggal dapat dimanfaatkan bersamaan oleh beberapa pengguna sistem dengan menajemen session pengguna. Cloud sensor dapat menurunkan biaya proses monitoring lingkungan. Model infrastruktur cloud sensor dengan antarmuka berbasis web memberi kemudahan bagi pengguna sistem layaknya mereka mengakses halaman web biasa pada saat memantau parameter-parameter lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA Ahmed, K. and Gregory, M. (2011). Integrating Wireless Sensor Networks with Cloud Computing. Seventh International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Networks. Arrosyid, M. H., Tjahjono, A., dan Sunarno, E. (2012).Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Monitoring Parameter Energi Listrik Sebagai Peningkatan Layanan Bagi Penyedia Energi Listrik. Doukas, C. and Maglogiannis, I. (2011). Managing Wearable Sensor Data through Cloud Computing. Third IEEE International Conference on Coud Computing Technology and Science. Iwai, A. and Aoyama, M. (2011). Automotive Cloud Service Systems Based on ServiceOriented Architecture and Its Evaluation. IEEE 4th International Conference on Cloud Computing. Koftikian, J. (2010). Simple Object Access Protocol (SOAP). Technical University HamburgHarburg. Melchor, J. and Fukuda, M. (2011). A Design of Flexible Data Channels for Sensor-Cloud Integration. 21st International Conference on Systems Engineering. Panchard, J. (2008). Wireless Sensor Networks For Marginal Farming In India. Rajesh, V., Gnanasekar, J.M., Ponmagal, R.S., and Anbalagan, P. (2010). Integration of Wireless Sensor Network with Cloud. International Conference on Recent Trends in Information, Telecommunication and Computing. Satoh, F., and Itakura, M. (2011). Cloud-based Infrastructure for Managing and Analyzing Environmental Resources. Annual SRII Global Conference. Velte, A. T., Velte, T. J., and Elsenpeter, R. (2010). Cloud Computing: A Practical Approach. The McGraw-Hill Companies. Yuriyama, M., and Takayuki, K. (2010). Sensor-Cloud Infrastructure Physical Sensor Management with Virtualized Sensors on Cloud Computing. 13th International Conference on Network-Based Information Systems. Yuriyama, M., Takayuki, K. and Mayumi, I. (2011). A New Model of Accelerating Service Innovation with Sensor-Cloud Infrastructure. Annual SRII Global Conference.
Gambar 1. Model sisteminfrastruktur cloud sensor denganbagian sensor manajemen, virtual sensor, manajemensesipenggunadandukunganmanajemenpengguna.
Gambar 2. Real-time monitoring flow.Penggunamenampilkan data pengukuransesuaikondisinyatapadasisi sensor.Sistemmenangani proses denganteknikmeneruskanpermintaanpenggunamelalui virtual sensor.
Gambar 3. Proses permintaan data-data pengukuran waktu-waktu sebelumnya. Proses berujung pada virtual sensor yang melibatkan database sistem.
Gambar 4. Proses permintaan data-data pengukuranwaktu-waktusebelumnya. Proses berujungpada virtual sensor yang melibatkan database sistem.
Gambar 5. Tampilangrafisbeberapa parameter pengukuran sensor yang ditampilkandalam mode real-time.
Gambar 6. Tampilangrafisbeberapa parameter pengukuran sensor yang ditampilkandalam mode real-time.
Gambar 7. Tampilangrafikpemantauanharian parameter temperature lingkungan.
