EEPIS Wireless Sensor Networks Research Group
Pengantar Jaringan Nirkabel (Wireless Networks) Prima Kristalina, Laboratorium Komunikasi Digital Politeknik Elektronika Negeri Surabaya 2014 Wireless Network
1
Wireless Network
2
Wireless Network
3
Ubiquitous Networking
Wireless Network
4
Wireless Network
5
Group Detection Analytics
Wireless Network
6
Wireless Network
7
Jarak vs. Data Rate
Wireless Network
8
Mobility vs. Data Rate
Wireless Network
9
Jaringan Nirkabel • Definisi: • Sebuah kumpulan device yang terinterkoneksi membentuk jaringan, saling bertukar informasi dan memakai daya bersama melalui media transmisi nirkabel (wireless).
Prima K - PENS
Wireless Network
10
Timeline Teknologi Jaringan Nirkabel • 1896 - Guglielmo Marconi: – Menciptakan wireless telegraph pada tahun1896. – Awal dimulainya komunikasi menggunakan karakter-karakter alphanumerik yang di-kodekan menjadi sinyal analog (jarak 18 mil)
• 1902 - Pengiriman sinyal telegrafik melalui Samudra Atlantik • 1907 – Layanan Nirkabel komersial Trans-Atlantic • 1914 – 1918 : Perang Dunia I di Eropa – Pertumbuhan intelijen komunikasi, teknologi intersepsi, kriptografi
• 1920 – Marconi : menemukan radio gelombang pendek (100m) Prima K - PENS
Wireless Network
11
Timeline Teknologi Jaringan Nirkabel….(lanjutan) • 1915: Transmisi suara nirkabel (New York – San Franscisco) • 1920: Radio Broadcast Komersial pertama (Pittsburgh) • 1935: A.Graham Bell menemukan telepon • 1939 – 1945: Perang Dunia II • Pertumbuhan teknologi radio • 1974: FCC mengalokasikan frekuensi 40 MHz untuk telepon seluler • 1982: GSM Eropa dan Inmarsat diperkenalkan • 1984: AT&T bubar, mulai pengembangan sistim seluler AMPS • 1985: FCC melakukan modiikasi untuk pemakaian Wireless Network 12 K - PENS • Prima ISM sebagai jaringan nirkabel
Mengapa Menuju Teknologi Broadband ? • Kecepatan data yang tinggi hanya bisa didapatkan dengan menggunakan teknologi broadband. - Contoh : grafik, video, audio
• Tingkat kenyamanan terpenuhi dan biaya bisa dikurangi, jika sama-sama menggunakan teknologi wireless - Layanan bisa tersebar merata dibandingkan layanan fixed / wired Prima K - PENS
Wireless Network
13
Konsep Jaringan Nirkabel • Kecepatan (Speed): – Kemampuan untuk mentransmisikan informasi secara real time – Transmisi data secara eletronik lebih cepat dibandingkan dengan transportasi
• Jangkauan (Coverage): – Mencakup: skala regional, nasional dan internasional.
• Reliabilitas:: keandalan, tahan uji • Cost: – Berbentuk jaringan, dapat tukar menukar informasi dengan biaya rendah
• Keamanan (Security): – Tidak mudah diserang maupun disusupi pihak lain.
Prima K - PENS
Wireless Network
14
Klasifikasi Jaringan Nirkabel • Jaringan Data Nirkabel (Wireless Data Networks) – Jaringan Area Personal Nirkabel (Wireless Personal Area Networks – WPAN) – Jaringan Area Lokal Nirkabel (Wireless Local Area Networks – WLAN) – Jaringan Area Metropolitan Nirkabel (Wireless Metropolitan Area Networks – WMAN) – Jaringan Area Lebar Nirkabel (Wireless Wide Area Networks – WWAN)
• Jaringan Seluler (Wireless Cellular) – Non Seluler – Seluler Generasi 1, 2, 3, 4
• Jaringan Bergerak (Mobile Networks) Prima K - PENS
Wireless Network
15
Wireless Data Network Menggunakan Band Frekuensi Unlicenced ISM (Industrial Scientific and Medical) 2,4 GHz, bahkan ada yang 5 GHz Unlicenced tanpa perlu lisensi untuk stasiun radio Menggunakan teknologi point to point spread spectrum untuk mentransmisikan datanya Teknologi Spread Spectrum : - FHSS (Frequency Hopping SS) - DSS (Direct-Sequence SS)
Prima K - PENS
Wireless Network
16
ISM Band • Industrial, scientific and medical (ISM) radio band adalah band frekuensi yang distandarisasi secara internasional untuk pemakaian RF yang ditujukan bagi kepentingan industri, ilmu pengetahuan dan medis. • Selain keperluan di atas, karena alokasi frekuensi yang sudah jenuh, ISM band ini juga digunakan untuk komunikasi daya rendah dan jarak pendek, seperti: cordless phone, perangkat bluetooth, zigbee, near field communication (NFC) dan jaringan komputer nirkabel.
Prima K - PENS
Wireless Network
17
ISM Band standarisasi ITU-R
Prima K - PENS
Wireless Network
18
Teknologi Wireless Data Network
Dr. Nasser Yazdani (Univ. of Tehran) Wireless Network
19
Teknologi Spread Spectrum • Masalah yang sering timbul pada transmisi radio : pelemahan frekuensi dapat menghilangkan sinyal sinyaldengan pita sempit pada durasi interferensi tertentu. • Solusi : menyebar (spread) sinyal pita sempit tersebut menjadi sinyal pita lebar menggunakan kode tertentu. power
interference
power
spread signal
Deteksi pada Rx
signal spread interference
f
f
• Efek samping: – Ada koeksistensi beberapa sinyal tanpa koordinasi dinamis – Terjadi tap
• Alternatif : Direct Sequence, Frequency Hopping Wireless Network
20
1. FHSS Diperkenalkan oleh Lamar dan Antheil untuk teknologi pengiriman data di medan perang Sebuah sinyal radio dibagi menjadi segmentsegment kecil, selanjutnya meng-”hop”kan satu frekuensi ke frekuensi yang lain beberapa kali per detik untuk men-transmisi-kan segment-segment nya Untuk standart 802.11 lama, frekuensi unlicenced 2,4 GHz dibagi menjadi 75 sub kanal, masing-masing lebarnya 1 MHz Kelemahan mudah terjadi interferensi karena mengubah-ubah carrier sinyal beberapa kali dalam 1 detik Wireless Network
21
2. DSSS • Menggunakan alokasi frekuensi dengan lebar 22 MHz. • Tidak perlu adanya frequency hopping, setiap link hanya menggunakan 1 channel • Daya yang diperlukan untuk men-transmisi-kan data lebih kecil dari pada frequency hopping (hanya 0,1, dBm) • DSS transmiter meng-EX-OR kan sinyal dengan pseudorandom code (chipping sequence) dengan tujuan mendapatkan sebuah sinyal dengan range frekuensi lebih lebar. • Di sisi terima, chip-chip direkonstruksi kembali. Penerima juga akan mengidentifikasi noise dan membuangnya sebelum sinyal di-dekode- kan. Wireless Network
22
tb tb user data 0
1
0
1
1
0
f
td
f3
slow hopping (3 bits/hop)
f2 f1 f
user data
t 1
XOR
tc chipping sequence 01101010110101
=
t
td
resulting signal
f3
fast hopping (3 hops/bit)
f2 f1 t
tb: bit period
01101011001010
tb: bit period tc: chip period
td: dwell time
FHSS
DSSS
Wireless Network
23
Perbandingan FHSS dan DSSS : • DSSS – Cost lebih rendah (hemat frekuensi)
• FHSS – Kapasitas lebih tinggi – Punya kemampuan menghindari interferensi; jika ada interferensi pada sebuah frekuensi tertentu, jangan ‘hop’ ke situ.
Prima K - PENS
Wireless Network
24
Wireless PAN (Wireless Personal Area Network) • Alokasi bandwidth 2,4 GHz • Power Management: Konsumsi Arus rendah (20 mW) • Range: 0-10 meters • Kecepatan : 19.2 - 100Kbps (actual) • Ukuran kecil, kira-kira 0.5 inch persegi, tanpa antena • Low Cost: langsung ke target 1997 device • Boleh ada overlap dari multiple networks pada area yang sama • Satu jaringan bisa support untuk minimum 16 device • Standard WPAN : 802.15 Wireless Network
March 4, 1998
May 20, 1998
25
Teknologi Wireless PAN Bluetooth IrDA Zigbee NFC
Prima K - PENS
Wireless Network
26
Bluetooth Menggunakan alokasi bandwidth Unlicenced ISM 2,4 GHz, dan pengiriman data dengan teknologi radio FHSS Modulasi : Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) Kecepatan pengiriman data 1 Mbps. Bisa menghubungkan dan bertukar data antar peralatan seperti Mobile Phone, telephone, laptop, PC, printer, penerima Global Positioning System (GPS, kamera digital dan konsole video. Spesifikasi Bluetooth diatur oleh Bluetooth SIG (Special Interest Group)
Prima K - PENS
Wireless Network
27
Spesifikasi Bluetooth Maximum Permitted Power mW (dBm)
Class
Range (approximate)
Class 1
100 mW (20 dBm)
~100 meters
Class 2
2.5 mW (4 dBm)
~10 meters
Class 3
1 mW (0 dBm)
~1 meter
Version
Data Rate
Version 1.2
1 Mbit/s
Version 2.0 + EDR
3 Mbit/s
WiMedia Alliance (proposed)
53-480 Mbit/s
Prima K - PENS
Wireless Network
28
Aplikasi Bluetooth Wireless control dan komunikasi antar mobile phone dan headset hands free Wireless networking antar PC dalam ruang terbatas Wireless communication antara input PC dan peralatan outputnya, seperti mouse, keyboard dan printer Pengganti komunikasi kabel serial pada peralatan pengukuran, penerima GPS, peralatan medis, bar code scanner dan peralatan traffic control Dial-Up Internet Access pada PC atau PDA menggunakan mobile phone sebagai modem
Wireless Network Computer Network
29
Infrared Data Association (IrDA) Populer pada akhir 1990 sampai awal 2000 an untuk laptop dan desktop Sekarang sudah digantikan dengan teknologi bluetooth dan WiFi Tidak perlu menggunakan Direct Line of Sight Masih digunakan untuk lingkungan terutama yang sangat rentan terhadap interferensi, jika menggunakan teknologi wireless berbasis radio, contoh : remote control TV
Prima K - PENS
Wireless Network
30
Zigbee ZigBee adalah spesifikasi untuk protokol komunikasi level tinggi Biasanya digunakan untuk standard WPAN 802.15.4 menggunakan low-power radio digital. ZigBee dikhususkan untuk aplikasi-aplikasi RF yang memerlukan kecepatan data rendah, waktu hidup baterei lama, dan jaringan yang aman. Beroperasi pada ISM bandwidth; 868 MHz di Europe, 915 MHz di USA dan Australia, dan 2.4 GHz di seluruh dunia Teknologi pengiriman data: DSSS, Kec.data 250 kbps dan chip rate 2MCps Modulasi: O-QPSK Wireless Network
31
Aplikasi Zigbee Home Entertainment and Control — Smart lighting, advanced temperature control, safety and security, movies and music Home Awareness — Water sensors, power sensors, smoke and fire detectors, smart appliances and access sensors Mobile Services — m-payment, m-monitoring and control, m-security and access control, m-healthcare and tele-assist Commercial Building — Energy monitoring, lighting, access control Industrial Plant — Process control, asset management, environmental management, energy management, industrial device control Wireless Network
32
Wireless LAN (Wireless Local Area Network) • Wireless LAN meng-interkoneksi-kan bermacammacam peralatan dengan media • Traditional Wireless LANs – Kecepatan data 1 to 20 Mbps • High-speed Wireless LANS – Kecepatan data 100 Mbps • Standards untuk Wireless LAN adalah WI-FI (Wireless Fidelity) 802.11a,b dan g • Bermasalah dalam hal addressing (untuk IPv4) Prima K - PENS
Wireless Network
33
Konfigurasi Wireless LAN • Ada 4 jenis konfigurasi WLAN : – Single Cell Configuration – Multi-cell Configuration – Infrastructure Wireless LAN – Ad Hoc LAN
Prima K - PENS
Wireless Network
34
Single Cell Wireless LAN Configuration
Wireless Network
35
Multi-Cell Wireless LAN Configuration
Wireless Network
36
Infrastructure Wireless LAN
Wireless Network
37
Ad Hoc LAN
Prima K - PENS
Wireless Network
38
Kanal Operasi Wifi (802.11b/g) Kanal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Center Frekuensi (GHz) 2.412 2.417 2.422 2.427 2.432 2.437 2.442 2.447 2.452 2.457 2.462 Wireless Network
Masing-masing kanal mempunyai lebar pita 5 MHz)
39
Wireless Network
40
Wireless MAN (Wireless Metropolitan Area Network) • Teknik jaringan switched dan point to point yang digunakan pada Wireless WAN tidak mencukupi untuk scope organisasi yang besar • Perlu kapasitas tinggi dan biaya rendah yang bisa meng-cover area besar • MAN menyediakan: – Layanan untuk pelanggan di area metropolitan – Kapasitas cukup besar – Biaya rendah dan efisiensi lebih besar dibandingkan dengan layanan sejenis dengan media teleponi.
• Standards untuk Wireless MAN adalah WI-MAX Wireless Network
41
Wireless WAN (Wireless Wide Area Network) • Meng-cover area geografik yang besar (lebih besar daripada MAN) • Menggunakan teknologi jaringan selular dalam pentransmisian datanya (sama seperti UMTS, GSM, HSDPA, 3G dsb). • Menggunakan radio cellular yang ditanam pada peralatan terminalnya (misal : laptop dengan teknologi GSM/CDMA untuk send receive data).
Wireless Network
42
WiMAX WiMAX, kependekan dari Worldwide Interoperability for Microwave Access Teknologi telekomunikasi yang menyediakan transmisi wireless untuk pengiriman data, dengan beberapa mode, mulai dari point to multipoint, sampai portable dan fully mobile. Kecepatan data:3,7-5 MBps (DL) dan 520 kBps (UL). Menggunakan standarisasi IEEE 802.16 Juga dikenal sebagai Teknologi Broadband Wireless Access atau Fixed Wireless Access
Prima K - PENS
Wireless Network
43
Standardisasi WiMAX 802.16-2004 - Disebut juga sebagai 802.16d, merupakan bagian pengembangan dari standart sebelumnya. - Ditunjuk sebagai standart untuk “fixed WiMAX” karena tidak men-support mobility. 802.16e-2005 - Merupakan perkembangan dari 802.16-2004. - Disebut juga sebagai 802.16e. - Men-support mobility, karena itu dikenal sebagai “Mobile WiMAX”
Prima K - PENS
Wireless Network
44
Alokasi Frekuensi ► WiMAX Spectrum Owner Alliance (WISOA) merupakan organisasi pemilik spektrum WiMAX ► WISOA bertugas membuat regulasi, mengkomersialisasikan dan mengembangkan spektrum WiMAX pada range 2,3 – 2,5 GHz dan 3,4 – 3,5 GHz. ► WISOA bergabung dengan Wireless Broadband Alliance sejak April 2008 ► Di Indonesia, berdasarkan aturan 2 Kementerian (Postel dan Kominfo) dan 3 badan pengatur frekuensi, ditetapkan bahwa spektrum frekuensi yang digunakan untuk Wireless Broadband ada 2 jenis : - 2,3 GHz untuk WiMAX standart 802.16e - 3,3 GHz untuk WiMAX standart 802.16d Prima K - PENS
Wireless Network
45
Beberapa teknologi jaringan nirkabel yang lain • Wireless Ad Hoc Networks – Mobile Ad Hoc Networks (MANET) – Vehicular Ad Hoc Networks (VANET) – Wireless Sensor Networks
• Near Field Communication
Prima K - PENS
Wireless Network
46
Wireless Ad Hoc Networks Jaringan dimana node-node mempunyai kemampuan mengatur dirinya sendiri (self-manageable) dan mempunyai level topologi yang sama Bentuk topologi: desentralisasi / terdistribusi Cocok digunakan untuk model jaringan dimana node sentral tidak bisa dilibatkan. Konsep jaringan di masa depan: Ubiquitous Networks
Klasifikasi Wireless Ad Hoc Networks: • Mobile Ad Hoc Networks (MANET) • Wireless Mesh Networks (WMN) • Wireless Sensor Networks (WSN) Wireless Network
47
Mobile Ad Hoc Networks (MANET) Sekelompok perangkat-perangkat mobile yang membentuk jaringan non infrastruktur dan memiliki kemampuan konfigurasi sendiri. Saling memiliki kesempatan untuk bertukar data secara nirkabel. Tidak ada yang bertindak sebagai client atau server tersendiri, karena semua memiliki derajat sebagai host. Koneksi nirkabel yang digunakan bisa berbasis Wifi, satelit atau selular.
Wireless Network http://www.ece.iupui.edu/~dskim/manet/
48
Vehicular Ad Hoc Networks (VANET) Konsep sama dengan MANET, namun perangkat mobilenya diletakkan di dalam kendaraan yang bergerak. Jarak antara kendaraan biasanya 100 – 300 m supaya saling terinterkoneksi Jika sebuah kendaraan tidak mendapat koneksi internet dari kendaraan lainnya, bisa mengkoneksikan diri kepada perangkat internet di sekitarnya
Courtesy of F. Wu, Dept. of Comp. Sci. and Eng., SJTU Wireless Network
49
Wireless Sensor Networks (WSN) Terdiri dari node-node sensor yang terdistribusi di sebuah daerah observasi untuk memonitor kondisi lingkungan, seperti asap, suara, tekanan, temperatur dll dan secara kooperatif mengirimkan data-data monitoringnya ke server utama. Node sensor terdiri dari perangkat microcontroller yang dilengkapi dengan sensor sesuai kebutuhan serta modul komunikasi jarak pendek. Komunikasi antar node sensor bisa uni-directional dan bisa bidirectional. Perlu diperhatikan efisiensi energi dalam mengoperasikannya, karena suply daya node adalah baterei. Wireless Network
50
Teknologi Near Field Communications (NFC) •NFC adalah sebuah teknologi terbaru dalam pertukaran data berbasis teknologi RFID (Radio Frequency Identification). •Proses pertukaran data menggunakan konektifitas nirkabel dengan alokasi ISM band. •Jangkauan komunikasi lebih pendek dari RFID, yaitu sekitar 4 inch. •Sebagaimana RFID, masing-masing perangkat yang akan berkomunikasi dengan teknologi ini bisa menjadi NFC reader dan NFC tag. •Teknologi ini dioperasikan pada perangkat komunikasi yang sudah dilengkapi dengan layar sentuh (touch screen). •Untuk mengoperasikan cukup setting aplikasi NFC pada kedua perangkat dan dekatkan mereka, maka pertukaran data akan terjadi. •Beberapa smartphone yang sudah dilengkapi aplikasi ini di antaranya adalah di Android ada Nexus 4, Galaxy Nexus, Nexus S, Galaxy S III dan HTC One X. Di Windows Phone ada Nokia Lumia Series, HTC Windows Phone 8X dan Blackberry. Wireless Network
51
Open Research in Wireless Networks • • • • • •
Cloud Computing Big Data Technology Smart Grid Technology Internet of Thing (IoT) Smart Sensing and Intelligent System Energy Harvesting Technology
Prima K - PENS
Wireless Network
52
Open Applications in Wireless Networks • • • • • • •
Security and Privacy for Smart City Ubiquitous Sensing and Networking Software Defined Networking Participatory Sensing Wireless Multimedia Networking Wireless Machine to Machine Networks Distributed Sensor Networks Prima K - PENS
Wireless Network
53
