Oleh ;  Mochammad Haldi Widianto

 

(IoT) bertujuan untuk memungkinkan perangkat penginderaan konvensional berkomunikasi dengan perangkat lain dan secara kooperatif menyediakan layanan cerdas. Misalnya, IoT dapat digunakan untuk memantau kualitas udara di suatu kota untuk memberikan informasi dan peringatan waktu nyata kepada penduduk serta untuk mengendalikan polusi udara. Contoh lain adalah pemantauan panel surya; panel pintar dapat dipasang di atap beberapa bangunan untuk mengoptimalkan efisiensi kolektifnya. Namun, seiring bertambahnya jumlah sensor dalam sistem IoT, masalah tentang cara mentransfer data di antara perangkat tersebut menjadi semakin dan kebutuhan transfer data harus diimbangi dengan pertimbangan operasional dan biaya infrastruktur. Berbeda dengan teknologi komunikasi nirkabel jarak pendek yang saat ini digunakan untuk sensor IoT dalam ruangan, beberapa teknik telah diusulkan untuk menyediakan komunikasi nirkabel jarak jauh dan luar ruangan, seperti Sigfox, LoRa/LoRaWAN, NB-IoT, dan LTE- M. Di antaranya, LoRaWAN yang berbasis pada implementasi LoRa physical layer (PHY), merupakan standar jaringan untuk operator telekomunikasi. Ini memungkinkan mereka untuk menyediakan layanan jaringan dan memungkinkan perangkat untuk mentransfer data secara nirkabel jarak jauh ke gateway jarak jauh (GW). LoRaWAN menggunakan topologi jaringan bintang untuk komunikasi antara LoRa GW dan perangkat IoT; hanya satu hop yang diperbolehkan antara perangkat GW dan LoRa. Beberapa eksperimen telah menunjukkan bahwa perangkat LoRa dapat mengirimkan data sejauh 15 km di area terbuka, yang cukup untuk sebagian besar aplikasi IoT jarak jauh saat ini. Namun, perangkat LoRa dalam ruangan mungkin masih tidak dapat berkomunikasi secara nirkabel dengan GW terdekat, karena hambatan antar sensor, yang dapat melemahkan kekuatan sinyal nirkabel dan mengakibatkan hilangnya data dan kesalahan komunikasi.

Jaringan mesh nirkabel adalah salah satu solusi yang layak untuk meningkatkan kinerja komunikasi perangkat di jaringan dalam ruangan. Pendekatan ini memungkinkan semua perangkat LoRa di jaringan untuk bertindak sebagai router dan menyampaikan data dari perangkat lain. Dalam makalah ini, yang didasarkan pada, peneliti mengeksplorasi penggunaan jaringan mesh nirkabel berdasarkan LoRa PHY dengan tujuan mengumpulkan data yang andal tentang kinerja teknik ini. Gambar 1 menunjukkan gambaran topologi jaringan dari jaringan mesh LoRa yang diusulkan di kampus universitas peneliti. Pada Gambar. 1, GW menunjukkan gateway yang mengelola jaringan dan mengumpulkan data dari sensor IoT, dengan lingkaran dengan angka. Sembilan belas sensor dipasang di gedung yang berbeda di kampus universitas 600 m × 800 m. Garis kuning yang menghubungkan lingkaran menunjukkan jalur topologi yang dihasilkan oleh data yang diteruskan ke GW pada saat snapshot

Gambar 1. Cuplikan topologi jaringan dari jaringan mesh LoRa

Contoh pada Gambar 1 menunjukkan bahwa data yang dihasilkan oleh sensor 4 direlay oleh sensor 1 dan 3 sebelum akhirnya sampai di GW. Perhatikan bahwa topologi jaringan terbentuk secara otomatis dan dapat berubah karena perubahan lingkungan. Setiap sensor memutuskan secara lokal sensor mana yang terbaik untuk membantu menyampaikan datanya. Dengan menggunakan pendekatan ini, sensor yang tidak dapat berkomunikasi secara langsung dengan GW dapat menemukan sensor lain untuk membantunya mentransfer data ke GW, sehingga meningkatkan kinerja pengiriman paket (PDR) dari setiap sensor. peneliti menganalisis kinerja komunikasi jaringan mesh nirkabel dan hasilnya menunjukkan bahwa jaringan mesh dapat memberikan kinerja yang lebih baik tanpa menimbulkan biaya pemasangan GW tambahan. Peneliti juga menganalisis pengorbanan kinerja dari konfigurasi yang berbeda

Penelitian ini menyajikan desain sistem jaringan mesh nirkabel LoRa untuk mengumpulkan data dari sensor IoT yang didistribusikan di wilayah geografis yang luas. Eksperimen awal dan dalam bangunan kami mengkonfirmasi temuan penelitian sebelumnya mengenai efek berbagai parameter PHY LoRa (mis., SF dan BW) pada kinerja komunikasi, termasuk PDR, dan waktu tayang. Dalam percobaan skala kampus kami, 19 node LoRa didistribusikan di area 800 m × 600 m. Analisis data yang membandingkan jaringan nirkabel satu hop LoRa PHY (yaitu, LoRaWAN yang disimulasikan) dengan jaringan mesh LoRa yang kami usulkan menunjukkan bahwa jaringan mesh dapat meningkatkan PDR secara signifikan tanpa memasang GW tambahan..

Gambar 2. Gambar-gambar node dan GW

Dalam penelitian ini, diusulkan skema sistem pemantauan sinyal LoRa dan metode pemantauan platform radio perangkat lunak multi-node. Sinyal LoRa diproses sebelumnya dan informasi parameter diekstraksi, dan node pemantauan menggunakan kombinasi jaringan saraf dan deteksi energi untuk mendeteksi sinyal LoRa dan estimasi parameter. Node pemantauan menggunakan antena omnidirectional untuk mendeteksinya secara terpisah. Data fusion center mengolah data dengan penyempurnaan algoritma kmeans. Pusat fusi melakukan pemrosesan fusi, sehingga meningkatkan kemungkinan deteksi sinyal LoRa. Sebagai pekerjaan di masa depan, kami akan meningkatkan desain node pemantauan untuk meningkatkan akurasi estimasi parameter dan mengurangi kesalahan pengenalan. Dan kami akan meningkatkan struktur jaringan saraf untuk meningkatkan tingkat pengenalan sinyal lora.

Selain itu, masih ada pertanyaan tentang keamanan jaringan semacam itu. Karena penelitian ini berfokus pada transmisi data, masalah keamanan belum dibahas dalam penelitian ini. Namun, solusi keamanan LoRaWAN dapat langsung diterapkan, yang menggunakan server aplikasi untuk menyediakan kunci sesi aplikasi untuk keamanan ujung ke ujung dan server jaringan untuk menyediakan kunci sesi jaringan untuk keamanan sesi jaringan di jaringan multihop. Akhirnya, biaya dalam hal konsumsi daya juga dapat menjadi masalah jika sistem ini diimplementasikan dengan, misalnya, node bertenaga baterai. Mengenai masalah daya rendah di node, node router perlu membantu menyampaikan data dari node lain, sehingga transceiver nirkabelnya harus menyala setiap saat; dengan demikian, konsumsi daya yang tinggi tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, dalam desain saat ini, semua node router ditenagai oleh dinding. Jika beberapa node memiliki energi yang terbatas, pendekatan langsung dapat digunakan untuk menonaktifkan fungsi relai data dari node ini, mirip dengan perangkat akhir LoRa. Dengan demikian, energi yang digunakan dalam komunikasi nirkabel dapat disimpan sebagai node sederhana, yaitu node yang fungsi relai datanya dinonaktifkan, hanya mengaktifkan transceiver nirkabelnya saat diperlukan untuk mengirim atau menerima data.

Reference

  1. Huang-Chen Lee and Kai-Hsiang Ke, “Monitoring of Large-Area IoT Sensors Using a LoRa Wireless Mesh Network System: Design and Evaluation,” IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, National Tsing-Hua University, Hsin-Chu, Taiwan, in 2010