Pengertian, Fungsi, Macam Operasi dan Contoh Sensor Networks

Beberapa hal terkaitnya bahwa jaringan sensor berisi sejumlah besar node sensor kecil yang ditempatkan secara padat baik di dalam fenomena yang akan dirasakan atau sangat dekat dengannya. Node sensor itu secara umum terdiri dari komponen penginderaan, pemrosesan data, dan komunikasi. Posisi node sensor tidak perlu direkayasa atau ditentukan sebelumnya.

Hal inilah memungkinkan penyebaran acak di medan yang tidak dapat diakses atau operasi bantuan bencana. Selain protokol dan algoritma jaringan sensor yang memiliki kemampuan mengatur diri sendiri, terkait implementasinya, sebagai contoh misalnya di bidang IOT adalah jaringan nirkabel tanpa infrastruktur yang digunakan untuk menyebarkan sejumlah besar sensor nirkabel yang memantau sistem, kondisi fisik dan lingkungan.

Para praktisi network engineering seringkali sangat termotivasi dan untuk memberi solusi menyeluruh jika ingin memasukkan WSN ke dalam bisnis.

Pengertian Sensor Networks

Sensor networks (jaringan sensor) secara sederhana adalah kumpulan sensor di mana setiap sensor memantau data di lokasi yang berbeda dan mengirimkan data tersebut ke lokasi pusat untuk disimpan, dilihat, dan dianalisis.

Mengutip sumber dari Situs Study, jaringan sensor dapat berupa kabel (wired) atau nirkabel (wireless). Jaringan sensor berkabel menggunakan kabel ethernet untuk menghubungkan sensornya, sedangkan jaringan sensor nirkabel (Wireless Sensor Network atau WSN) menggunakan teknologi seperti Bluetooth, seluler, Wi-Fi atau komunikasi jarak dekat atau Near Field Communication (NFC) untuk menghubungkan sensor.

WSN lebih mudah digunakan dan dipelihara serta menawarkan fleksibilitas perangkat yang lebih baik. Dengan perkembangan pesat sensor dan teknologi nirkabel, WSN telah menjadi teknologi utama IOT. WSN tidak memerlukan infrastruktur jaringan fisik untuk dimodifikasi, yang artinya sudah ditetapkan.

Apa itu Wireless Sensor Network (WSN)?

Wireless Sensor Network (WSN) merupakan jaringan nirkabel tanpa infrastruktur yang ditempatkan di sejumlah besar sensor nirkabel secara ad-hoc yang digunakan untuk memantau sistem, kondisi fisik atau lingkungan.

Node sensor digunakan di WSN dengan prosesor onboard yang mengelola dan memantau lingkungan di area tertentu. Mereka terhubung ke Base Station yang bertindak sebagai unit pemrosesan dalam WSN systems. Base Station dalam Sistem wired atau wireless sensor networks terhubung melalui internet untuk berbagi data.

Fungsi Utama dari Sensor Networks

Untuk dapat lebih memahami pengertian sensor networks, pastinya juga harus mengetahui apa fungsi atau tujuan utama penggunaannya sendiri. Tidak lagi hanya bidang ilmuwan saja, jaringan sensor dapat sangat bermanfaat bagi bisnis, perusahaan, atau organisasi.

Networks ini terdiri dari perangkat otonom kecil yang terletak di area yang luas yang dapat merasakan dan melaporkan beberapa parameter tentang lingkungannya, seperti kelembaban, suhu, dan getaran. Mereka dapat digunakan di berbagai lingkungan, seperti pertanian, industri dan medis, dan lainnya.

Perangkat umumnya bertenaga baterai, tetapi semakin mereka dapat mengandalkan energi terbarukan seperti tenaga surya, dan dalam beberapa kasus, mereka ditenagai oleh gelombang radio sekitar.

Terkait fungsi dan tujuan utamanya sendiri, jaringan itu sendiri terhubung ke internet, WAN, LAN atau jaringan industri lainnya, untuk mengirimkan data ke sistem dan aplikasi untuk analisis. Data ini dapat digunakan oleh organisasi untuk meningkatkan operasi mereka dan menjadi lebih efektif.

Jaringan sensor nirkabel sering menggunakan topologi jaringan Mesh atau Mesh Topology. Data dikumpulkan di sensor dan kemudian diteruskan dari sensor ke sensor menuju Base Station.

Jaringan Mesh semacam itu dapat menjadi intensif energi karena setiap node harus meneruskan data orang lain dan juga miliknya sendiri. Menggunakan jaringan sensor nirkabel juga mengurangi kebutuhan akan kabel fisik untuk daya dan transmisi data.

Jenis Tipe Arsitektur dalam Sensor Networks

Perlu diketahui terlebih dahulu bahwa arsitektur sensor networks ini biasanya digunakan pada Wireless Sensor Network (WSN).

Ini dapat digunakan di berbagai tempat seperti sekolah, rumah sakit, gedung, jalan, dan lain sebagainya untuk berbagai aplikasi seperti manajemen bencana, manajemen keamanan, manajemen krisis, dan lainnya.

Ada 2 (dua) jenis arsitektur yang digunakan dalam sensor networks dan yang harus diketahui, terutama dalam memahami arsitekturnya, yaitu sebagai berikut :

1. Layered Network Architecture

Jenis ini merupakan tipe arsitektur jaringan yang memanfaatkan beberapa ratus node sensor dan satu stasiun pangkalan yang kuat.

Node jaringan diatur ke dalam layer konsentris yang terdiri dari 5 (lima) layers atau lapisan dan 3 (tiga) lapisan silang (cross layers).

Adapun 5 (lima) layers atau lapisan tersebut adalah :

• Application Layer (Lapisan Aplikasi).
• Transportation Layer (Lapisan Transportasi).
• Network Layer (Lapisan Jaringan).
• Data Link (Lapisan Tautan Data).
• Physical Layer (Lapisan Fisik).

Kemudian untuk 3 cross layers atau lapisan silangnya terdiri dari :

• Power Management Plane (Pesawat Manajemen Daya).
• Mobility Management Plane (Pesawat Manajemen Mobilitas).
• Task Management Plane (Pesawat Manajemen Tugas).

Keuntungan menggunakan jenis tipe arsitektur layered network ini adalah bahwa setiap node hanya berpartisipasi dalam transmisi jarak pendek, daya rendah ke node dari node tetangga karena konsumsi daya lebih sedikit dibandingkan dengan arsitektur sensor networks lainnya.

Selain itu tentunya juga scalable dan memiliki toleransi kesalahan (fault tolerance) yang lebih tinggi.

2. Clustered Network Architecture

Dalam jenis tipe ini, sensor nodenya secara otonom mengelompokkan ke dalam kelompok-kelompok yang disebut cluster. Ini didasarkan pada Leach Protocol yang menggunakan cluster, di mana Leach Protocol tersebut adalah singkatan dari Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy.

Beberapa hal lainnya yang perlu diketahui terkait arsitektur sensor networks ini adalah properti dalam Leach Protocol, yakni :

• Ini merupakan arsitektur pengelompokan hierarki 2 tingkat.
• Ini adalah algoritma terdistribusi untuk mengatur node sensor ke dalam kelompok yang disebut cluster.
• Klaster node kepala (head node cluster) di masing-masing cluster yang terbentuk secara otonom membuat jadwal Time-Division Multiple Access (TDMA).
• Ini menggunakan konsep yang disebut Data Fusion yang membuatnya hemat energi.

Jenis macam sensor networks ini adalah jaringan sensor yang sangat berguna propertinya yaitu Data Fusion. Di dalam setiap cluster, setiap node berkomunikasi dengan kepala cluster untuk mengumpulkan informasi yang ada.

Semua cluster yang terbentuk membagikan informasi yang mereka kumpulkan ke Base Station. Pembentukan klaster dan pemilihan kepala klaster di dalam setiap klaster merupakan proses terdistribusi yang independen dan otonom.

Macam Operasi (Cara Kerja) dan Node Sensor Network

Jaringan sensor biasanya mencakup node sensor, node aktuator, gateway, dan klien. Node sensor mengelompok di dalam bidang sensor dan membentuk jaringan dengan topologi yang berbeda.

Proses berikut menjelaskan bagaimana operasi, prinsip, cara kerja, dan mekanisme dari jaringan sensor atau sensor networks :

• Sebuah node sensor memonitor data yang dikumpulkan oleh sensor dan mengirimkannya ke node sensor lainnya.
• Selama proses transmisi, data dapat ditangani oleh beberapa node saat mencapai node gateway.
• Data tersebut kemudian ditransfer ke node manajemen.
• Node manajemen dikelola oleh pengguna dan menentukan pemantauan yang diperlukan dan mengumpulkan data yang dipantau.

Seperti yang sudah disebutkan dalam bagian terkait pengertian sensor networks di atas, ada banyak node dalam jaringan sensor. Node ini adalah stasiun pendeteksinya.

Terdapat sensor/transduser, mikrokontroler, transceiver, dan sumber listrik, dengan detailnya :

• Sebuah sensor merasakan kondisi fisik, dan jika ada perubahan, itu menghasilkan sinyal listrik.
• Sinyal masuk ke mikrokontroler untuk diproses.
• Sebuah prosesor pusat mengirimkan perintah ke transceiver dan data ditransmisikan ke komputer.

Contoh Implementasi Sensor Network

Agar lebih jelas, berikut dijelaskan seperti apa lengkapnya contoh dari implementasi sensor networks di dalam berbagai bidang :

• Location awareness (kesadaran lokasi)

Dalam implementasi ini, sensor dapat menentukan lokasinya dan meneruskan informasi ini kembali ke aplikasi. Sebagai contoh misalnya, sensor dapat dilampirkan ke drone untuk tujuan pengawasan atau pemetaan.

• Industrial monitoring (pemantauan industri)

Di sini, sensor dapat digunakan dalam pengaturan industri untuk memantau variabel lingkungan dan status peralatan. Sensor tersebut dapat menunjukkan kepada personel pemeliharaan (maintenance personal) jika ada masalah yang perlu ditangani.

• Distribusi dan logistik rantai pasokan

Seperti tag RFID dapat ditambahkan ke barang dan dilacak melalui jaringan sensor untuk meningkatkan keandalan dan efektivitas rantai pasokan.

• Manajemen sumber daya pusat data atau data centre

Dalam bidang pusat data, sensor dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi energi pusat data dengan memantau penggunaan daya, suhu, kelembapan, dan tekanannya. Data waktu nyata atau real-time ini dapat digunakan untuk mengoptimalkan penggunaan energi dan menghemat biaya secara substansial.