Pengantar Wireless Sensor Network
i
WIRELESS SENSOR NETWORK; Teori dan Aplikasi oleh Firdaus Hak Cipta © 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail:
[email protected] Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-189-8 Cetakan ke I, tahun 2014
Pengantar Wireless Sensor Network
v
PRAKATA
S
egala puji bagi Tuhan Pencipta dan Pengatur jagad raya. Alhamdulillah atas izin dan kekuatan dari-Nya buku dengan judul Wireless Sensor Network; Teori dan Aplikasi ini bisa hadir di hadapan para pembaca sekalian. Buku ini hadir dengan tujuan memberikan pemahaman yang komprehensif dan aplikatif tentang Wireless Sensor Network (WSN) atau Jaringan Sensor Nirkabel. Perkembangan sistem dan teknologi WSN sangat pesat di berbagai bidang dengan manfaat yang cukup signifikan baik secara teknis maupun ekonomis. Perkembangan WSN didukung oleh perkembangan teknologi sensor dan teknologi komunikasi nirkabel, baik hardware maupun software. WSN bisa diaplikasikan untuk proses pengawasan/ monitoring maupun pengendalian/ kontrol. Area aplikasinya pun sangat luas, industri, lingkungan, rumah tangga, hingga bidang keamanan dan militer. WSN terbagi atas 5 bagian, yaitu radio frequency transceiver, mikrokontroler, suplai power, memori eksternal, dan sensor. Transceiver berfungsi untuk menerima dan mengirim data secara nirkabel. Mikrokontroler berfungsi untuk menghitung, mengontrol dan memproses device–device yang terhubung dengannya. Power Source berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem secara keseluruhan. External Memory berfungsi sebagai tambahan memori bagi sistem wireless sensor, biasanya unit mikrokontroler memiliki unit memori sendiri. Sensor berfungsi untuk men–sensing besaran–besaran fisis yang hendak diukur dengan cara 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. Buku ini terdiri dari 8 (delapan) bab yaitu: dasar WSN, aplikasi WSN, teknologi sensor, standar komunikasi nirkabel untuk WSN, keamanan pada WSN, routing pada WSN, aplikasi WSN menggunakan ZigBee, aplikasi WSN menggunakan TRW-2,4GHz. Untuk lebih memahami isi buku ini maka sebaiknya pembaca telah terlebih dahulu mempelajari teknologi sensor, komunikasi data dan sistem mikrokontroler. Penyajian alur bab dalam buku ini bisa dilihat pada gambar berikut:
vi
Wireless Sensor Network
Buku ini dapat dibaca oleh siapa saja yang ingin mempelajari WSN, terutama yang berkepentingan dengan bidang monitoring dan kontrol. Setelah mengikuti pembahasan di buku ini, pembaca diharapkan mampu merancangbangun sistem WSN untuk monitoring suatu besaran tertentu secara sederhana, baik di sisi hardware maupun software. Diawali dengan topologi point to point kemudian topologi multipoint to point. Terima kasih tak berhingga kepada DIT. LITABMAS Ditjen Pendidikan Tinggi, Widyawan, PhD, rekan-rekan dosen Jurusan Teknik Elektro UII, dan para mahasiswa yang mengerjakan skripsi di bawah bimbingan saya. Semoga pembaca bisa menikmati buku ini dengan baik dan menghadirkan manfaat untuk kita.
Yogyakarta, 6 Oktober 2013 Penulis
Pengantar Wireless Sensor Network
vii
DAFTAR ISI
PRAKATA DAFTAR ISI BAB I
BAB II
PENGANTAR WIRELESS SENSOR NETWORK
v vii 1
1.1 Pengertian Wireless Sensor Network (WSN) 1.2 Perkembangan Wireless Sensor Network 1.3 Arsitektur WSN 1.4 Wireless Mesh Networks (WMN) 1.5 Komponen Penyusun WSN 1.6 Standar WSN 1.7 Karakteristik yang Dibutuhkan WSN 1.8 Beberapa Mekanisme yang Akan Membentuk Bagian-bagian Khas WSN 1.9 Jaringan Mobile Ad Hoc dan Jaringan Sensor Nirkabel Ringkasan Latihan Soal Referensi
2 3 3 5 5 6 6 7 9 9 10 10
APLIKASI WIRELESS SENSOR NETWORK
11
2.1 Pengantar Aplikasi WSN 2.2 Kategori WSN 2.3 Ruang Lingkup Aplikasi 2.4 Contoh Aplikasi WSN Kategori 2 2.5 Contoh Aplikasi WSN Kategori 1 2.6 Penelitian dan Aplikasi WSN di Indonesia 2.7 Taksonomi Lain dari Teknologi WSN Ringkasan Soal Latihan Referensi
11 13 15 16 21 25 26 27 27 27
viii
BAB III
BAB IV
BAB V
Wireless Sensor Network
TEKNOLOGI SENSOR
31
3.1 Definisi Sensor 3.2 Peryaratan Umum 3.3 Jenis Sensor dan Transduser 3.4 Sensor Termal 3.5 Sensor Mekanik 3.6 Sensor Kecepatan (Motion Sensor) 3.7 Sensor Tekanan (Presure Sensor) 3.8 Sensor Aliran Fluida (Flow Sensor) 3.9 Sensor Level 3.10 Sensor Biomedis 3.11 Sensor yang Umum di Pasaran Ringkasan Soal Latihan Referensi
31 31 32 34 45 52 55 55 56 57 61 70 70 70
STANDAR KOMUNIKASI NIRKABEL PADA WSN
71
4.1 Xbee PRO 4.2 Transceiver TRW-2.4G Ringkasan Pertanyaan Referensi
73 76 90 90 91
ROUTING PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL
93
5.1 Protokol Komunikasi 5.2 Flat Routing Wireless Sensor Network Rangkuman Pertanyaan Referensi
BAB VI
KEAMANAN PADA WSN 6.1. Pendahuluan 6.3 Keamanan Komunikasi di Jaringan Sensor 6.4. Keamanan pada ZigBee (IEEE 802.15.4) Ringkasan Latihan Referensi
BAB VII MEMBUAT APLIKASI WSN MENGGUNAKAN ZIGBEE 7.1 Perancangan Sistem Monitoring Trafo Distribusi 7.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) 7.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) 7.4 Pengujian Alat Rangkuman Latihan Referensi
93 96 103 103 103
105 105 110 112 119 119 119
121 121 123 130 143 152 153 153
Daftar Isi
BAB VIII MEMBUAT APLIKASI WSN MENGGUNAKAN TRW 2-4GHZ 8.1 Perancangan Sistem 8.2 Perancangan Perangkat Keras 8.3 Perancangan Perangkat Lunak 8.4 Pemrograman dengan Bascom AVR 8.5 Pengoperasian dan Pengujian Alat Ringkasan Latihan Referensi
GLOSARIUM
ix
155 155 159 162 166 170 174 174 174
177
