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: info@grahailmu.co.id Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memper banyak 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 Segala 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 PENGANTAR WIRELESS SENSOR NETWORK 1 1.1 Pengertian Wireless Sensor Network (WSN) 2 1.2 Perkembangan Wireless Sensor Network 3 1.3 Arsitektur WSN 3 1.4 Wireless Mesh Networks (WMN) 5 1.5 Komponen Penyusun WSN 5 1.6 Standar WSN 6 1.7 Karakteristik yang Dibutuhkan WSN 6 1.8 Beberapa Mekanisme yang Akan Membentuk Bagian-bagian Khas WSN 7 1.9 Jaringan Mobile Ad Hoc dan Jaringan Sensor Nirkabel 9 Ringkasan 9 Latihan Soal 10 Referensi 10 BAB II APLIKASI WIRELESS SENSOR NETWORK 11 2.1 Pengantar Aplikasi WSN 11 2.2 Kategori WSN 13 2.3 Ruang Lingkup Aplikasi 15 2.4 Contoh Aplikasi WSN Kategori 2 16 2.5 Contoh Aplikasi WSN Kategori 1 21 2.6 Penelitian dan Aplikasi WSN di Indonesia 25 2.7 Taksonomi Lain dari Teknologi WSN 26 Ringkasan 27 Soal Latihan 27 Referensi 27 v vii
viii Wireless Sensor Network BAB III TEKNOLOGI SENSOR 31 3.1 Definisi Sensor 31 3.2 Peryaratan Umum 31 3.3 Jenis Sensor dan Transduser 32 3.4 Sensor Termal 34 3.5 Sensor Mekanik 45 3.6 Sensor Kecepatan (Motion Sensor) 52 3.7 Sensor Tekanan (Presure Sensor) 55 3.8 Sensor Aliran Fluida (Flow Sensor) 55 3.9 Sensor Level 56 3.10 Sensor Biomedis 57 3.11 Sensor yang Umum di Pasaran 61 Ringkasan 70 Soal Latihan 70 Referensi 70 BAB IV STANDAR KOMUNIKASI NIRKABEL PADA WSN 71 4.1 Xbee PRO 73 4.2 Transceiver TRW-2.4G 76 Ringkasan 90 Pertanyaan 90 Referensi 91 BAB V ROUTING PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL 93 5.1 Protokol Komunikasi 93 5.2 Flat Routing Wireless Sensor Network 96 Rangkuman 103 Pertanyaan 103 Referensi 103 BAB VI KEAMANAN PADA WSN 105 6.1. Pendahuluan 105 6.3 Keamanan Komunikasi di Jaringan Sensor 110 6.4. Keamanan pada ZigBee (IEEE 802.15.4) 112 Ringkasan 119 Latihan 119 Referensi 119 BAB VII MEMBUAT APLIKASI WSN MENGGUNAKAN ZIGBEE 121 7.1 Perancangan Sistem Monitoring Trafo Distribusi 121 7.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) 123 7.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) 130 7.4 Pengujian Alat 143 Rangkuman 152 Latihan 153 Referensi 153
Daftar Isi ix BAB VIII MEMBUAT APLIKASI WSN MENGGUNAKAN TRW 2-4GHZ 155 8.1 Perancangan Sistem 155 8.2 Perancangan Perangkat Keras 159 8.3 Perancangan Perangkat Lunak 162 8.4 Pemrograman dengan Bascom AVR 166 8.5 Pengoperasian dan Pengujian Alat 170 Ringkasan 174 Latihan 174 Referensi 174 GLOSARIUM 177