Monitoring Lingkungan Berbasis Web Dengan Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel Tommy Aribowo Hamidjoyo

Transkripsi

1 Monitoring Lingkungan Berbasis Web Dengan Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel Tommy Aribowo Hamidjoyo Jurusan Teknik Elektro FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Surabaya Abstrak Dengan berkembangnya jaringan sensor nirkabel (Wireless Sensor Network), aplikasi untuk jaringan sensor nirkabel juga semakin bertambah variasinya. Hadirnya teknologi baru ini semakin mempermudah kita untuk melakukan berbagai pemantauan atau monitoring terhadap berbagai hal, salah satunya adalah pemantauan lingkungan (environment monitoring). Pemantauan lingkungan ini sangat bermacam-macam salah satunya adalah pemantauan temperatur, mengetahui keadaan temperatur merupakan salah satu hal yang penting, karena dengan mengetahui keadaan temperatur di area sekitar kita secara real time, maka kita bisa memprediksi keadaan yang akan terjadi di lingkungan sekitar kita pada saat itu juga. Oleh karena itu pada tugas akhir ini, akan dirancang dan diimplementasikan jaringan sensor nirkabel yang dapat memantau perubahan temperatur secara real time. Data temperatur tersebut akan ditampilkan berupa web yang bertujuan agar masyarakat umum dengan secara mudah dapat mengakses dan mengetahui keadaan temperatur di suatu tempat secara langsung. Data temperatur tersebut akan ditampilkan berupa grafik yang dapat berubah secara real time untuk memudahkan pembacaan perubahan data temperatur tersebut. Dengan terkoneksinya jaringan sensor nirkabel dengan web yang menghasilkan data real time ini diharapkan dapat memberikan manfaat pada masayarakat umum. Kata Kunci : wireless sensor network, monitoring lingkungan, elektrode, Identifikasi 1. PENDAHULUAN [3] Jaringan sensor merupakan kesatuan dari proses pengukuran, komputasi, dan komunikasi yang memberikan kemampuan administratif kepada sebuah perangkat, observasi, dan melakukan penanganan terhadap setiap kejadian dan fenomena yang terjadi di lingkungan. Jaringan Sensor Nirkabel dapat digunakan pada berbagai aplikasi kehidupan seperti sistem pemantauan aktifitas gunung berapi, sistem pemantauan pergerakan bumi, peringatan terjadinya kebakaran hutan, peringatan terjadinya gelombang tsunami dan lain-lain. Secara umum Jaringan Sensor Nirkabel (WSN) itu sendiri terdiri dari dua komponen, yaitu node sensor dan sink. Node sensor merupakan komponen kesatuan dari jaringan yang dapat menghasilkan informasi, biasanya merupakan sebuah sensor atau juga dapat berupa sebuah aktuator yang menghasilkan feedback pada keseluruhan operasi. Sink merupakan kesatuan yang mengumpulkan informasi dari node sensor sehingga dapat dilakukan pengolahan informasi lebih lanjut. Terdapat tiga bentuk sink yaitu sink dapat berupa node sensor yang lain dalam bentuk sensor/aktuator dari jaringan itu sendiri atau dari jaringan lain. Sink dapat berupa sebuah laptop/komputer dan sebuah PDA yang digunakan untuk berinteraksi dengan Jaringan Sensor. Bahkan sink dapat berupa gateway ke jaringan yang lebih besar seperti internet sehingga interaksi dapat dilakukan melalui jarak yang sangat jauh dan tidak terkoneksi secara langsung dengan jaringan sensor. Pengaplikasian Jaringan Sensor Nirkabel telah banyak dilakukan untuk sensing dan monitoring data. Kedua aplikasi tersebut relatif memerlukan bandwidth yang kecil. Seiring dengan kemajuan dalam teknologi jaringan sensor nirkabel yang dikoneksikan langsung dengan sebuah web maka dimungkinkan untuk digunakan pemantauan lingkungan yang jauh dari lokasi penggunanya. Pemantauan lingkungan secara real time dapat memberikan informasi lingkungan seperti temperatur di suatu tempat pada saat itu juga. 2. TEORI PENUNJANG 2.1 Jaringan Sensor [3] Teknologi 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. Sensor dapat didefinisikan sebagai piranti yang menerina dan merespon sinyal atau stimulus [1]. Konvergensi dari internet, komunikasi, dan teknologi informasi, membawa perkembangan ke dalam dunia sensor dan aktuator. Dengan integrasi ketiga hal di atas yang diaplikasikan pada sensor akan membawa manfaat yang besar bagi umat manusia. Manfaat ini bukan hanya dapat dirasakan oleh dunia teknologi dan ilmu pengetahuan, tetapi juga kepada aplikasi pada bidang yang lebih luas yang berhubungan dengan infrastruktur keamanan, linkungan, energi, pangan, proses produksi, dan juga peningkatan kualitas hidup. Selain itu, untuk mengurangi cost dan meningkatkan efisiensi pada dunia industri dan bisnis, jaringan sensor nirkabel diharapkan dapat memberi manfaat bagi umat manusia, diantaranya untuk pengendalian panas dan cahaya, pengawasan kesehatan, diagnosa kesehatan pribadi, serta pemonitor kegiatan anak-anak. Sebuah jaringan sensor adalah sebuah infrastruktur yang terdiri dari elemen sensing (pengukuran), komputasi, dan elemen komunikasi yang memberikan kemampuan kepada administrator untuk melakukan instrumentasi, observasi, dan reaksi terhadap kejadian dan fenomena yang terjadi pada suatu lingkungan yang spesifik. Administrator dapat berasal dari berbagai kalangan seperti sipil, pemerintah, sipil, dan juga kalangan industri. Lingkungan yang dimaksud dapat 1

2 berupa dunia secara fisik (bumi), sebuah sistem biologi, atau sebuah lingkungan kerja teknologi informasi [2]. Secara umum, ilustrasi mengenai Jaringan Sensor Nirkabel, komponen-komponen yang terdapat di dalamnya (node sensor dan sink) dapat dilihat pada gambar 2.1. Pada gambar tersebut juga dapat dilihat kemampuan jaringan sensor nirkabel untuk berintregasi dengan jaringan internet melalui base station, sehingga monitoring dapat dilakukan di mana saja. Gambar 2. 1 Ilustrasi Jaringan Sensor Nirkabel 2.2 Implementasi Jaringan Sensor Nirkabel Implementasi Jaringan Sensor Nirkabel dibagi menjadi dua bagian, yaitu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat keras yang dipergunakan pada pengerjaan tugas akhir ini merupakan produk dari perusahaan Crossbow. Perangkat keras yang diproduksi oleh Crossbow ini dikembangkan oleh University of California Berkeley. Terdapat tiga jenis piranti yang dipergunakan yaitu sensorboard, mote, dan gateway. Secara fisik, sensorboard, mote, dan gateway dapat dilihat pada gambar 2.2[2]. Adapun penjelasan tentang masing-masing piranti tersebut adalah sebagai berikut : Sensorboard merupakan piranti yang menjalankan fungsi sensing. Setiap sensorboard memiliki kemampuan sensing yang beragam yang nantinya akan digunakan untuk aplikasi yang spesifik. Pada tugas akhir ini dipergunakan sensorboard MTS400. Mote merupakan unit yang berfungsi sebagai unit pemancar dan penerima gelombang radio (transceiver). Pada tugas akhir ini dipergunakan mote jenis MPR2400 atau yang sering disebut MICAz. Gateway merupakan perangkat yang menghubungkan jaringan sensor nirkabel dengan jaringan luar. Gateway yang diproduksi oleh Crossbow juga berfungsi untuk memprogram mote untuk melakukan fungsi tertentu. Pada tugas akhir ini digunakan gateway MIB600. ketahui adalah halaman biasa yang tidak pernah mengalami perubahan. Server Web mengirim halaman web statis seperti adanya tampa melakukan perubahan sedikitpun pada isinya. Sebaliknya, pada halaman web dinamis, Server Web melakukan perubahan terlebih dahulu sesuai dengan permintaan pengunjung dahulu sesuai dengan permintaan pengunjung sebelum mengirimkannya ke broswer. Server Web mengenali halaman web dari ekstensi file halaman tersebut. Tidak seperti halaman statis yang mempunyai ekstensi file.html atau.htm, suatu halaman web dinamis yang berbasis server memiliki suatu ekstensi khusus, seperti.asp,.php,.cgi, dan lain-lain. Ekstensi file ini berbeda-beda bergantung padateknologi server aplikasi yang digunakan.. 3. DESAIN DAN IMPLEMENTASI 3.1 Pendahuluan Pada Tugas Akhir ini difokuskan pada tahap perancangan pembuatan website yang bisa menampilkan data dari jaringan sensor nirkabel secara real-time. 3.2 Metodologi Tahapan dalam pengerjaan keseluruhan Tugas Akhir ini dapat dilihat pada gambar 3.1. Pengujian Hasil Web Mulai Persiapan Dan Perencanaan Instalisasi Sistem Operasi Injeksi Program Ke Dalam Node Implementasi JSN Berbasis Web Pengujian Teknis Analisa Kesimpulan Pengujian Performansi Web Berhenti (a) (b) (c) Gambar 2.2 Hardware WSN (a) Sensorboard, (b) Mote, (c) Gateway 2.3 Arsitektur web Aplikasi web merupakan gabungan dari halaman web statis dan dinamis. Halaman web statis, separti telah anda Gambar 3. 1 Metodologi Penelitian 3.3 Batasan / Scope implementasi Gambar 3.2 di bawah merupakan penggambaran implementasi dari keseluruhan Tugas Akhir ini, disertai dengan pembatasan / scope pada implementasi yang dikerjakan pada penulisan Tugas Akhir ini. 2

3 Perancangan Halaman pada Web Halaman web digunakan sebagai suatu wadah agar para user bisa berinteraksi dengan server Flowchart Sistem pada Web Flowchart seperti terlihat pada gambar 3.3 menggambarkan alur pada sistem web ini. Mulai Gambar 3. 2 Penggambaran Batasan Implementasi Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini yang difokuskan adalah mengerjakan pada bagian server yang menampung data yang akan menampilkan data tersebut dalam sebuah web yang bisa memonitoring lingkungan yaitu monitoring temperatur lingkungan secara real-time sesuai dengan yang dikirm oleh sensor board dari jaringan sensor nirkabel. 3.5 Perancangan Implementasi Web Perancangan Perangkat Lunak Untuk Web [5] Ada beberapa perangkat lunak yang mesti dipersiapkan sebelum memulai pemrograman untuk sistem web monitoring ini. Perangkat lunak yang mesti dipersiapkan antara lain: MYODBC 5.1 sebagai penghubung dengan MySQL. Xampp versi sebagai server. PHP untuk bahasa pemrogramannya. MySQL untuk penyimpanan data. Browser untuk menampilkan hasil pemrograman, misal Mozilla Firefox. Status Aktif Halaman Web Selesai Gambar 3.3 Flowchart Sistem Web Secara umum untuk bisa mengakses halaman web monitoring ini diharuskan terlebih dahulu untuk membuka web browser setelah itu menuliskan pada addres bar di web browser. Setelah Terhubung dengan web monitoring lingkungan ini maka halaman-halaman yang tersedia pada web ini bias diakses. Gambar 3.4 merupakan peta situs web yang bisa diakses atau yang bias dilihat oleh user setelah terkoneksi dengan monitoring lingkungan berbasis web dengan menggunakan jaringan sensor nirkabel ini Perancangan Database [5] Sebelum membuat halaman web, tentu sudah bisa membayangkan data apa saja yang akan disimpan. Untuk sistem monitoring ini digunakan satu database yang terdiri dari beberapa tabel. Tabel database tersebut akan dirancang sebagai berikut: MONITORING LINGKUNGAN BERBASIS WEB DENGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SENSOR NIRKABEL Tabel 3. 1 Tabel Database Sistem Monitoring Home Streaming Data About Abstrak Thermometer Real Time Grafik Real Time Tabel Temperatur Ucapan Terimakasi Gambar 3.4 Peta Situs Pada Web Perencanaan Halaman Web Perencanaan awal halaman web dapat terlihat seperti pada gambar 3.5 dibawah ini. 3

4 Mulai Program Monitoring Temperatur Home Stream About Offlin DSN Connector Koneksi MySql Koneksi Data Base Project_data Isi Abstrak Ther mometer Koneksi Oke? Ambil Data Dari Tabel : tb_t Gambar 3.5 Desain Awal Halaman Member Pada perencanaan halaman web yang dapat dilihat pada gambar 3.14, terdapat beberapa panel yang mempunyai fungsi tersendiri yaitu : a. Panel Home Panel ini mempunyai isian tentang abstrak dari tugas akhir ini atau maksud dari tujuan pembuatan monitoring lingkungan berbasis web dengan menggunakan jaringan sensor nirkabel. Selain itu pada halaman ini juga dapat dilihat data temperature aktual yang berupa thermometer secara real- time. b. Panel Stream Data Panel ini berfungsi untuk melihat data temperature secara real time, dimana perubahan dari data temperature tersebut ditampilkan dalam grafik yang juga secara real time. Selain itu data temperature tersebut akan ditampilkan dalam bentuk tabel. c. Panel About Panel ini berfungsi untuk menampilkan ucapan terima kasih dari penulis. Tampil Data Suhu Di Fusion Chart (Berupa Thermometer) Stop Selesai Gambar 3.6 Flowchart Penampilan Thermometer Fusion Chart Mulai DSN Connector Koneksi MySql Koneksi Data Base Project_data Koneksi Oke? Tampilan Thermometer Thermometer dapat ditampilkan dengan menggunakan program fusion chart. Fusion chart tersebut merupakan program yang sudah jadi sehingga hanya perlu untuk memanggil program tersebut. Gambar 3.6 merupakan flowcart dari tampilan thermometer. Ambil Data Dari Tabel : tb_t Tampil Data Suhu Di Fusion Chart (Berupa Grafik) Tampilan Grafik Temperatur Untuk menampilkan data temperature berupa grafik secara real time sama dengan pada thermometer yaitu menggunakan fusion chart. Gambar 3.7 merupakan flowcart dari tampilan grafik temperatur.. Stop Selesai Gambar 3.7 Flowchart Penampilan Grafik Temperatur Fusion Chart 4

5 4. Analisa Data Dan Pembahasan 4.1 Pendahuluan Setelah koneksi terhadap jaringan sensor nirkabel berhasil dilakukan serta penampilan pada aplikasi berbasis web dapat dilakukan secara online dan real-time, maka langkah selanjutnya adalah melakukan beberapa pengujian untuk mengetahui efektifitas aplikasi berbasis web ini dapat digunakan secara umum oleh orang lain. Beberapa pengujian yang dimaksud diatas melingkupi beberapa kriteria yang dikeluarkan oleh CNET / Builder serta pengujian secara teknis terhadap kinerja aplikasi monitoring berbasis web tersebut. 4.2 Kriteria Desain Web CNET Network Inc. (Centre National d Etudes des Telecommunication) yang merupakan pusat penelitian dan pengembangan bidang telekomunikasi dari France Telecom mengeluarkan beberapa kriteria yang dapat dijadikan acuan dalam pembangunan sistem aplikasi berbasis web. Kriteria tersebut adalah sebagai berikut [4]: 1. Usability 2. Sistem Navigasi 3. Desain Grafis 4. Content 5. Kompabilitas 6. Loading Time 7. Fungsi 4.3 Pengujian Teknis Pengujian sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari aplikasi berbasis web yang dibuat. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian terhadap fitur fitur pada web dan respon web terhadap beberapa kondisi Fitur Panel Pada Tampilan / Layout Web Aplikasi web ini lebih bertujuan hanya pada menampilkan atau menyediakan perubahan data temperatur lingkungan dari jaringan sensor nirkabel secara online dan real-time, sehingga tidak diperlukan adanya suatu sistem login pada aplikasi web ini. Fitur panel yang digunakan dibuat seminimal mungkin (sesuai dengan peta situs perencanaan web). Tersedia tiga panel utama, yaitu Home, Stream Data dan About. Berdasarkan penyediaan dan penggunaan fitur pada web ini, yang hanya menyediakan fitur fitur utama (tanpa banner, dsb), sehingga dapat dikatakan telah sesuai dengan kriteria usability dan sistem navigasi pada kriteria yang dikeluarkan oleh badan CNET/Builder, seperti yang dapat dilihat pada gambar 4.1 dibawah ini. Tambahan grafis berupa thermometer yang menunjukkan temperatur lingkungan aktual pada halaman Home (halaman utama), difungsikan lebih sebagai nilai tambah pada kriteria desain grafis. Gambar 4. 1 Layout Aplikasi Web (Home) Berikut merupakan penjelasan mengenai fitur panel yang disediakan pada aplikasi web, yaitu: Panel Home - Menampilkan penjelasan singkat mengenai latar belakang pembuatan aplikasi web ini (disesuaikan dengan abstrak pada tulisan Tugas Akhir ini). - Menampilkan grafis berbentuk thermometer yang menunjukkan temperatur aktual yang sedang terjadi (real-time). Panel Stream Data - Menampilkan grafis dalam bentuk grafik yang menunjukkan perubahan data temperatur secara real-time. - Menampilkan table database yang menyimpan setiap perubahan data temperatur. Panel About - Menampilkan ucapan terima kasih dan identitas pembuat Pengujian Kompabilitas Pengujian ini bertujuan untuk melihat kompabilitas kemampuan berbagai Internet Browser dapat menampilan aplikasi monitoring berbasis web ini Pengujian Loading Time Pada Server Pengujian ini dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan software tambahan yang berupa add-on pada internet browser. Dikarenakan tidak semua jenis browser memiliki add-on semacam ini, maka pengujian ini hanya akan dilakukan pada browser jenis Mozilla Firefox (sehingga pengujian ini tidak dilakukan pada jenis browser yang lain). YSlow merupakan nama add-on yang dipakai pada browser Mozilla Firefox yang berguna untuk melihat besarnya kapasitas halaman web dan durasi loading yang dibutuhkan untuk menampilkan halaman ini secara menyeluruh. 5

6 Tabel 4. 1 Loading Time Server Pengujian Loading Time Pada User Hasil pengujian Loading Time pada sisi user dengan menggunakan akses koneksi Wifi adalah sebagai berikut: Tabel 4. 2 Loading Time User - Wifi user). Hal ini disebabkan user harus me-request semua content (statik dan dinamik) dari server terlebih dahulu, kemudian akan turun stabil disaat user hanya tinggal mengupdate data dinamik (perubahan data) Pengujian Streaming Data Perubahan data temperatur secara tren naik dapat dilihat pada gambar 4.4, sedangkan perubahan data Pengujian Beban Bandwidth Pada Server Pengujian pada server ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas akses jaringan yang tersedia umum pada laptop yang dapat dipakai lebih dari satu user / pengguna, yaitu akses wifi (wireless). Sebagai perbandingan beban bandwidth yang berbeda, maka digunakan penggunaan akses dengan jumlah user akses server yang berbeda, dimana akan dibandingkan antara menggunakan satu user dengan dua user. Tabel 4. 3 Komparasi Bandwidth Download Max. ± 48 kbps Gambar 4.4 Perubahan Temperatur dengan Tren Naik Berdasarkan pengamatan untuk durasi tertentu, dapat dilihat bahwa tidak terdapat data yang hilang / terputus. Data hilang / terputus akan terlihat dengan adanya pengukuran temperatur yang bernilai nol yang akan lebih mudah terlihat pada grafik yang akan turun drastis menuju titik nol Pengujian User Mengakses Web dari Server Pada bagian ini akan diuji apakah para user bisa terhubung langsung dengan web server. Untuk mengakses web ini, user tidak perlu lagi menginstall peralatan dari jaringan sensor nirkabel dan user juga tidak perlu mengetikkan command atau perintah-perintah agar bisa terhubung dengan peralatan jaringan sensor nirkabel. user server Gambar 4.2 Grafik Bandwidth Server Wifi 1 User Max. ± 87 kbps Gambar 4. 3 Grafik Bandwidth Server Wifi 2 User Pada gambar 4.2 dan gambar 4.3 diatas, dapat dilihat bahwa pada awal koneksi server terdapat penskalaan tertinggi berkisar ± 48 kbps (satu user) dan ± 87 kbps (dua Gambar 4. 5 User Mengakses Server Pada gambar 4.5 diatas dapat dilihat bahwa terdapat user yang mengakses monitoring lingkungan berbasis web dengan jaringan sensor nirkabel secara real time menggunakan wifi yang tersedia pada laptop, dengan cara mengaktifkan ad-hoc pada laptop server sehingga laptop server menjadi broadcast dan laptop user dapat mengakses monitoring lingkungan berbasis web dengan cara mengoneksikan ke laptop server melalui wifi setelah itu 6

7 mengetik IP dari laptop server yaitu di web browser Pengujian Terhadap Halaman Web Dari pembuatan halaman web ini, hasilnya dapat dibuat dalam sebuah tabel sesuai dengan kinerja dari web tersebut. Tabel 4. 4 Hasil Kinerja Monitoring Berbasis Web 4.4 Pembahasan Terhadap Kriteria Desain Pembahasan ini dimaksudkan untuk menunjukkan hasil pengujian teknis terhadap beberapa kriteria desain web berdasarkan CNET / Builder. Secara ringkas dapat dilihat pada tabel 4.5 dibawah ini. Tabel 4. 5 Pembahasan Terhadap Kriteria Desain 5. PENUTUP Adapun beberapa kesimpulan yang didapat berdasarkan analisa aplikasi sistem monitoring temperatur lingkungan berbasis web dengan menggunakan jaringan sensor nirkabel adalah sebagai berikut: 1. Data keluaran sistem jaringan sensor nirkabel telah dapat terkoneksi dengan aplikasi berbasis web. 2. Data temperatur dari sistem jaringan sensor nirkabel dapat tersimpan dalam sistem database dan ditampilkan secara real-time pada aplikasi web. 3. Data temperatur akan ter-update setiap 1 detik sekali dengan akurasi pengukuran sebesar 0,01 derajat celcius. 4. User dapat mengakses web tersebut dari server melalui sistem wifi yang umumnya tersedia pada laptop. 5. Loading time server untuk mengakses halaman web sebesar 0,145 detik sedangkan pada sisi user menggunakan Wifi sebesar 0,161 detik. 6. Perancangan aplikasi sistem monitoring berbasis web ini menggunakan kriteria desain website berdasarkan CNET / Builder. DAFTAR PUSTAKA 1.K. Sohraby, D. Minoli, T. Znati, Wireless Sensor Network: Technology, Protocol, and Applications, Wileyinterscience, MICAZ_Datasheet.pdf 3.Danu Retakson, Pengukuran Gelombang Analog Kontinyu Berbasis Jaringan Sensor Nirkabel, Surabaya, CNET Networks Inc., 5. Restu Budianto, Perancangan Sistem Monitoring Suhu dan Tekanan Berbasis Web pada Miniplant di Laboratorium Workshop Instrumentasi, Surabaya, BIOGRAFI Tommy Aribowo Hamidjoyo, lahir di Palembang,12 Pebruari 1986, merupakan anak ketiga dari tiga ersaudara. Memulai pendidikan formal di SD GIKI I Surabaya, meneruskan pendidikan di SLTP Negeri 12 Surabaya dan SMU Negeri 9 Surabaya. Lulus SMU tahun 2004 dan melanjutkan studi di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya jurusan D3 Teknik Telekomunikasi, kemudian melanjutkan studi sarjana di Teknik Elektro ITS Surabaya melalui program lintas jalur. Penulis mengambil bidang studi telekomunikasi. 7