Wireless Sensor Network (WSN) merupakan jaringan tanpa kabel dari banyak node yang berupa sensor (pembaca suatu keadaan misal sensor panas) atau actuator (penggerak suatu operasi misal membunyikan alarm) yang kemudian dihubungkan dengan satu atau banyak sink yang dapat saling bertukar informasi. Akhir-akhir ini teknologi ini mulai banyak digunakan terutama untuk aplikasi pemantauan (surveillance) keadaan alam (gunung berapi, kebakaran hutan, dll),  aplikasi perawatan kesehatan, pengembangan smart home, dan sebagainya.

Skenario Wireless Sensor Network

1.1 Jenis Source dan Sink

Source adalah setiap entitas dalam jaringan yang menyediakan informasi. Source merupakan sensor node. Source dapat juga berupa actuator node yang memberikan umpan balik sebuah operasi (misalnya: menyalakan lampu, membunyikan alarm dll). Sedangkan Sink adalah entitas yang membutuhkan informasi (penerima/pengumpul informasi). Terdapat tiga opsi untuk sink:

1) menjadi bagian dari network,

Source dan sink
Tiga Opsi Sink

2) menjadi entitas luar yang terhubung dengan jaringan secara langsung (misal PDA yang terhubung dengan jaringan secara langsung)

3) menjadi entitas diluar jaringan yang terhubung ke jaringan (misalnya melalui internet).

 1.2 Jaringan single-hop versus multihop

Terkadang satu node dengan node yang lain tidak bisa terhubung secara langsung (single-hop). Hal ini dikarenakan keterbatasan jarak dan juga lingkungan yang dapat melemahkan sinyal pengiriman. Hal tersebut bisa diatasi menggunakan stasiun relay (yaitu node lain yang terpasang diantara source dan sink) yang dapat mengantarkan paket data dengan metode store and forward. Konsep ini disebut dengan multi-hop. Konsep yang sangat menarik pada arsitektur WSN karena satu sensor dapat menjadi sebuah node dan juga sekaligus menjadi relay node tanpa harus menambahkan peralatan (relay) yang baru.

Metode multi-hop ini juga diklaim dapat meningkatkan efisiensi energi. Hal ini berdasar bahwa pancaran energi yang disebabkan atenuasi adalah hasil kuadrat dari jarak. Dengan demikian menggunakan multi-hop membutuhkan pancaran energi yang lebih sedikit dibanding dengan single-hop. Akan tetapi beberapa pihak menyangkal klaim ini. Karena konsumsi energi tidak hanya tergantung pada pancaran energi akibat atenuasi akan tetapi butuh perhitungan yang lengkap seperti pada bab sebelumnya.

 1.3 Multisink dan Multisource

Dalam prakteknya, saat mengkonfigurasi sebuah aplikasi dengan WSN, tidak hanya satu source dan satu sink saja yang dibutuhkan. Akan tetapi, bisa banyak source dengan banyak sink. Dengan paket data yang harus dikirim dari satu source ke banyak sink seperti ditunjukkan pada gambar. Kasus-kasus seperti inilah yang menantang untuk dipecahkan.Multisource dan multi sink

1.4 Tiga jenis mobilitas

Node dalam WSN tidak selamanya dalam keadaan stasionary (diam). Ada kalanya (pada suatu aplikasi WSN) dibutuhkan fleksibilitas jaringan pada node ataupun sink yang bersifat mobile. Ada tiga bentuk mobilitas dalam WSN. Yaitu:

Node Mobility

Keadaan dimana anggota jaringan (baik source maupun sink) dapat berpindah-pindah, baik disengaja ataupun tidak, atas keinginan sendiri maupun dorongan dari luar, baik perpindahannya diacak ataupun diatur sedemikian rupa. Misalnya, pada aplikasi pengawasan binatang dimana node menempel pada tubuh hewan tersebut.

Sink mobility

Keadaan dimana sink (yang bukan merupakan anggota dari jaringan) dapat berpindah-pindah. Misal, sink berupa PDA yang dibawa oleh manusia yang berpindah-pindah. Pada kasus semacam ini, informasi yang sedang dan belum selesai dikirim ke sink dapat menyelesaikan pengiriman data sebelum berindah, atau dapat pula mengubah route dari single-hop menjadi multi-hop dengan perantara node yang lebih dekat dengan sink.

Event Mobilitas

Saat target sensor merupakan objek yang berpindah tempat. Node saat itu yang berada pada sekitar objek akan aktif mengirim dan menerima paket data. Dan kemudian akan tidak aktif lagi saat objek yang diamati berpindah ke lain tempat yang tidak dapat dijangkau sinyalnya. Node yang aktif akan berganti dengan node yang berada di sekitar objek tersebut. Begitu selanjutnya.

2. Optimasi Tujuan dan Manfaat

Macam-macam skenenario, jenis, bentuk dari solusi jaringan sudah dipaparkan di atas. Masalahnya adalah, mana yang lebih baik pada aplikasi yang (akan) dijalankan? Dan mana yang optimal dalam mencapai tujuan dengan manfaat yang terukur?

2.1 Kualitas Pelayanan (QoS)

WSN berbeda dengan jaringan komunikasi konvensional lainnya terutama dalam hal kualitas layanannya. Pada layanan jaringan MANET misalnya, kualitas layanan hanya menginterpresentasikan troughput/delay/jitter dan perkiraan layanan untuk file multimedia. Sedangkan pada WSN lebih komplek. Beberapa kemungkinan umum pada WSN adalah:

Kemungkinan Deteksi/Pelaporan Sebuah Kejadian

Sensitifitas sebuah sensor dalam WSN sangatlah penting. Jika seandainya sebuah sensor gagal mendeteksi sesuatu yang menjadi target pengawasan, bisa jadi hal tersebut menjadi sangat fatal. Misalnya, pendeteksi api pada aplikasi pengawasan kebakaran hutan gagal mendeteksi api. Maka, efeknya akan sangat parah.

Tingkat sensitifitas sensor ini bergantung pada pengaturan struktur jaringan yang mendukung pelaporan peristiwa tersebut (misalnya tabel routing) atau terhadap overhead run-time (misalnya frekuensi sampling).

Klasifikasi Kesalahan Sebuah Kejadian

Sebuah kejadian tidak hanya dideteksi kemudian dilaporkan, akan tetapi juga perlu di klasifikasikan.

Delay Deteksi Sebuah Kejadian

Seberapa cepat sebuah sensor dapat melaporkan kejadian juga menjadi ukuran penting dalam mengukur kualitas layanan sensor.

Laporan yang Hilang

Dalam aplikasi yang membutuhkan laporan secara berkala, kemungkinan laporan yang tidak terkirim haruslah kecil (sedikit).

Akurasi perkiraan

Untuk aplikasi perkiraan, akurasi perkiraan sebuah sensor sangat dibutuhkan. Misal aplikasi perkiraan suhu pada sebuah area tertentu.

Pelacakan akurasi

Untuk aplikasi pelacakan sebuah objek, akurasi track sensor juga harus tinggi.

2.2 Efisiensi energi

Energi merupakan salah satu hal berharga pada network. Pada dasarnya, efisiensi energi berbanding terbalik dengan QoS. Semakin besar energi yang dikonsmsi, kebanyakan akan dapat meningkatkan performa QoS. Oleh karena itu, pengaturan QoS dan energi yang dikonsumsi untuk kebutuhan QoS tersebut harus diperhatikan betul-betul dan memberikan pemahaman yang masuk akal tentang efisiensi energi.

Aspek yang paling sering diperhatikan dalam efisiensi energi adalah:

Energi per bit yang diterima dengan benar menghitung semua konsumsi energi dalam setiap bit saat pengiriman paket data dari source ke sink baik melalui perantara ataupun langsung ke tujuan akhir.

Energi per Laporan selain itu, energi rata-rata yang dikonsumsi dalam setiap laporan juga dihitung rata-ratanya..

Delay/energi trade-offs Beberapa aplikasi memiliki pengaturan antara men-delay laporan yang kurang memiliki prioritas rendah, dan juga mempercepat pengiriman laporan dengan prioritas tinggi. Perbedaan konsumsi ini juga perlu dihitung.

Umur Jaringan Energi yang dikonsumsi jaringan selama beroperasi/berfungsi juga dihitung.

Kemungkinan-kemungkinannya adalah:

Waktu untuk kematian Node pertama Kapan node pertama dalam jaringan kehabisan energi atau gagal dan berhenti beroperasi?

Umur Setengah Jaringan Kapan 50% dari node kehabisan energi dan berhenti beroperasi?

Waktu untuk partisi Kapan partisi pertama dari jaringan terputus dan mati?

 Waktu hilangnya cakupan Kapan sebuah sensor kehilangan daya cakupan dalam melakukan tugas mendeteksi suatu objek.

Waktu untuk kegagalan pemberitahuan acara dulu kapan terjadinya kegagalan laporan dapat diketahui ketika sebuah sink mulai tak mendapatkan laporan seperti pada waktu keadaan normal.

2.3 Skalabilitas

Sebuah jaringan sensor wireless harus mampu menjaga performa kinerjanya seberapapun banyaknya anggota (node) yang ada pada jaringan tersebut. Hal ini berkaitan dengan perancangan awal sebuah jaringan sensor. Pada saat anggotanya sedikit, mungkin performanya tetap baik. Akan tetapi belum tentu ketika ditambah jumlah node-nya performa jaringan akan tetap sama. Untuk itu dibutuhkan pertimbangan dan perhitungan mendalam saat akan membangun sebuah jaringan sensor agar tetap terjaga performanya walaupun jumlah node yang terpasang berubah-ubah.

2.4 Kekokohan (Robustness)

Sebuah jaringan sensor juga dituntut untuk tetap kokoh. Jangan sampai hanya karena satu node yang mati atau karena faktor lingkungan berubah kemudian mengakibatkan seluruh sistem jaringan mati.

 

(Bersambung … )

 

Disadur dari: Holger Karl and Andreas Willig. Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks (Chapter 3). John Wiley & Sons, Ltd. 2005

Iklan