I.
ZIGBEE
I.I
Pengertian
Menerapkan komunikasi nirkabel (wireless communication) dalam
aplikasi mikroelektronika sudah merupakan alternatif yang sering digunakan oleh
pengembang saat komunikasi dengan kabel menemukan kendala. Media yang biasa
digunakan antara lain wifi, bluetooth, inframerah dan yang paling mutahir
adalah Zigbee.
Zigbee
merupakan paduan dari kata zig yang
berarti gerakan zig-zag, dan bee yang artinya lebah. Zigbee memiliki
sifat komunikasi yang mirip dengan sifat komunikasi diantara para lebah yang
melakukan gerakan – gerakan tak menentu dalam menyampaikan informasi adanya
madu dari satu lebah ke lebah yang lain.
ZigBee
adalah standar dari IEEE 802.15.4 untuk komunikasi data pada alat konsumen
pribadi maupun untuk skala bisnis. ZigBee didesain dengan konsumsi daya yang
rendah dan bekerja untuk jaringan personal tingkat rendah. Perangkat ZigBee
biasa digunakan untuk mengendalikan sebuah alat lain maupun sebagai sebuah
sensor yang wireless. ZigBee memliki fitur dimana mampu mengatur jaringan
sendiri, maupun mengatur pertukaran data pada jaringan[1]. Kelebihan dari
ZigBee lainnya adalah membutuhkan daya rendah, sehingga bisa digunakan sebagai alat
pengatur secara wireless yang penginstalan hanya perlu dilakukan sekali, karena
hanya dengan satu baterai dapat membuat ZigBee bertahan hingga setahun. Selain
itu ZigBee juga memiliki topologi jaringan “mesh” sehingga mampu membentuk
jaringan yang lebih luas dan data yang lebih diandalkan.
Teknologi
tanpa kabel atau wireless telah mengalami berkembang yang pesat danpenggunaan
teknologi ini sendiri tidak lagi asing bagi masyarakat. Teknologi wireless
yangbanyak digunakan oleh masyarakat seperti bluetooth, mapun wifi, karena
kedua perangkatini sudah banyak diaplikasikan pada smartphone, laptop, dan
beberapa gadget lainnya.Namun ZigBee sendiri bukan lah sebuah komunikasi yang
digunakan untuk pengiriman datayang besar atau transfer rate yang tinggi. Bluetooth
dan wifi merupakan sebuah standartyang bekerja untuk transfer rate dari
tingkatan sedang hingga tinggi, sehingga cocokdigunakan untuk pengiriman data
yang besar. Sedangkan untuk sebuah device transfer raterendah dapat kita
gunakan standar ZigBee. ZigBee adalah spesifikasi untuk protocolkomunikasi
tingkat tinggi yang mengacu pada standart IEEE 802.15.4 yang berhubungandengan
wireless personel area networks (WPANs). Teknologi dari ZigBee
sendiridimaksudkan untuk penggunaan pengiriman data secara wireless yang
membutuhkantransmisi data rendah dan juga konsumsi daya rendah, dan juga tidak
lebih mahaldibandingkan dengan WPANs lain seperti Bluetooth. Standar ZigBee
sendiri lebih banyakdiaplikasikan kepada system tertanam (embedded application)
seperti pengendalianindustri atau pengendali alat lain secara wireless, data
logging, dan juga sensor wireless danlain-lain. ZigBee memilki transfer rate
sekitar 250Kbps, yang lebih rendah dibandingkandengan WPANs lain seperti
bluetooh yang mempunyai transfer rate dengan 1Mbps.Sedangkan jarak atau range
kerja dari ZigBee sendiri sekitar 76m, yang dimana jaraknyalebih jauh
dibandingkan dengan Bluetooh. Dengan konsumsi daya yang rendah, makasebuah alat
yang menggunakan standar ZigBee dapat menggunakan sebuah baterai yangdapat
membuat alat tersbut bertahan selama setengah sampai satu tahun.
Prediksinya,bahwa semua smart home akan memilki setidaknya 60 buah ZigBee
dimana tiap ZigBeetersebut akan dapat saling berkomunikasi dan melakukan
pekerjaan mereka secara bebas
Berikut
perbandingan antara ZigBee, Bluetooth, Wifi, WUSB dari sisi jarak(jangkauan)
maupun kecepatan (baudrate)
Aliansi
ZigBee adalah sebuah gabungan dari perusahaan-perusahaan yang bekerjasama untuk
memantau dan mengembangkan ZigBee. Mereka berusaha menciptakansebuah komunikasi
yang andal, daya rendah, tanpa kabel,dan mampu membentuk jaringan.Perusahaan
yang telah tergabung dalam aliansi ZigBee dapat mengakses standart yang
telahada dan juga mampu mengimplementasikan pada produk mereka. Tujuan dari
aliansi ZigBeesendiri mampu memberikan kepada konsumen sebuah komunikasi yang
fleksibel, dapatdigunakan dimana saja, dan juga dapat ditanamkan pada setiap alat.
Karakteristik
ZigBee
Beberapa
karekteristik dari ZigBee adalah sebagai berikut
·
Bekerja pada Frekuensi
2,4 GHz, 868MHz dan 915MHz, dimana ketigarentang frekuensi ini merupakan
rentang frekuensi yang gratis yaitu 2,4-2.4835 GHz, 868 – 870 MHZ, dan 902-928MHz.
dan tiap lebar frekuensitersebut dibagi menjadi 16 channel. Untuk frekuensi 2.4
GHZ digunakanhamper diseluruh dunia, sedangkan aplikasi untuk rentang frekeunsi
868MHzdigunakan di daearah eropa, sedangkan 915 MHz digunakan pada
daerahamerika utara, Austaralia dan lain-lain[2].
·
Mempunyai konsumsi daya
yang rendah
·
Maksimum transfer rate untuk tiap data pada tiap lebar pita adalah
sebagaiberikut 250Kbps untuk 2.4GHz, 40 kbps untuk 915 MHz, dan 20Kbps untuk868
MHz.
·
Mempunyai Throughput yang tinggi dan dan latency yang rendah untuk
dutycycle yang kecil.
·
Data yang realible karena memilki hand-shaked protocol untuk data
transfer.
·
Mempunyai beberapa jenis topologi seperti pear to pear, mesh, dll.
I.2. Modul dan Pertukaran
Data
Xbee
adalah modul yg digunakan untuk komunikasi nirkabel menggunakan Zigbee Protocol
dengan standar 802.15.4 protokol yang sudah mendukung mesh network. Adapun
keunggulan utama dari protokol ini adalah :
1. Konsumsi
energi yang sangat rendah. Dengan 3.6V 600mA Lithium battery dapat mencatu Xbee
komunikasi nirkabel dengan jarak 1 mil selama 6 – 12 bulan.
2. Mendukung
IPv6
3. Kecepatan
transfer data yang bisa mencapai 230kbps.
4. Point
to multipoint sampai 60.000 titik.
Adapun
aplikasi-aplikasi mikroelektronika yang lazim menggunakan protokol ini
diantaranya :
1. Robotika
dan kontrol jarak jauh
2. Otomasi
gedung/apartemen/rumah yg mendukung smart and green energy
3. Telemetri.
4. Elektronika
kedokteran dan lain sebagainya.
ZigBee
memilki 3 cara dalam pertukaran data, yaitu:
1. Data
yang dikirim periodik, maskdunya adalah data dikirim dengan waktu yang telah
ditentukan, contohnya pada sensor, dimana sensor aktif, kemudian membaca data
dan mengrimkannya, dan kemudian akan kembali tidak aktif (Sleep mode).
2. Data
yang dikirim berselang waktu yang sesuai. Contohnya dapat kita lihat pada alat
pendeteksi kebakaran, dimana alat tersebut hanya perlu mengirimkan data pada
saat diperlukan.
3. Data
dikirimkan secara berulang dengan kecepatan yang tetap. Hal ini akan sangat
bergantung dengan time slot yang dialokasikan, atau biasa yang disebutGTS(
guaranteed time slot).
Untuk
menangani pertukaran yang ada , maka ZigBee memiliki 2 mode yang digunakanuntuk
menangani hal tersebut, yaitu beacon mode dan non beacon mode.
Pada
Beaconmode, pada awalnya alat yang berada pada jaringan, akan menunggu
transmisi (beacon)dari koordinatornya yang akan dikirim secara periodic, jika
pesan yang dikirimkan telahselesai, maka coordinator akan menentukan jadwal
untuk mengirimkan beacon kembali,sambil menunggu itu, maka device tersebut
dapat kembali ke sleep mode sampai jadwalyang telah ditentukan, dan coordinator
juga akan masuk ke mode sleep sampai beaconberikutnya. Untuk menangani traffic
lainnya dapat menggunakan non beacon mode. Padabeacon mode, devices yang ada
akan masuk kedalam sleep mode, dan hanya akan wake upuntuk data pada saat
diperlukan, sehingga coordinator perlu dalam keadaan hidup terusmenerus. Tiap
mode penanganan yang ada memilki kekurangan, seperti pada beacon,bahwa jika
devices terlambat bangun dari sleep mode atau terlalu cepat bagun sehinggabisa
saja melewatkan signal beacon yang disampaikan. Sehingga perlu timing yang
akuratdalam penggunaannya. Sedangkan pada non beacon, ketika pengiriman data
bisa pada saatitu coordinator sedang menerima data yang lain, sehingga data
yang dikirimakan akankelewatan oleh coordinator.
I.3.Arsitektur
ZigBee
pada awalnya didesain untuk sebuah jaringan yang kecil yang dimanamengandalakan
dalam penyebaran data dari tiap device masing-masing. ZigBee dibuatsesuai
dengan permintaan pasar yang membutuhkan sebuah jaringan yang mampumengkonsumsi
daya rendah , dengan andal dan aman. Untuk itu aliansi ZigBee bekerja
samadengan IEEE unutk membuat sebuah jaringan yang dinginkan pasar. Contoh dari
kerjasamakedua grup tersebut adalah ZigBee software layer. Selain itu aliansi
ZigBee jugamenyediakan pengetesan terhadap dan sertifikasi terhadap alat yang
menggunakanZigBee. Bedasarkan standart dari OSI layer yang telah ada, maka
stack dari protocol ZigBeedibuat dalam struktur layer.
Pada
layer bagian MAC dan PHY dibuat oleh IEEE sedangkan sisa layer keatasnya dibuat
oleh aliansi ZigBee.
Stack
protocolnya terdiri atas PHY dan MAClayer dari IEEE, Network/Security layer sertaApplication
framework dari ZigBee Allianceflatform serta Application/Profiles yang
bisa berasaldari ZigBee atau OEM. Fitur dari Stack ProtocolZigbee seperti:
·
Mudah diaplikasikan
dengan mikrokontroler berkapasitas rendah seperti mikrokontroler 8 bit 80C51
dari ATMEL
·
Memiliki stack
protocol yang sangat Compact
·
Mendukung hingga slave
yang amat sederhana sekalipun
Tugas
masing-masing bagian dari protokolZigBee:
a. Layer Aplikasi (Application
layer)
Merupakan
bagian yang mengkoordinasikanantara kode khusus aplikasi antara driver
perangkatkeras dengan segala sesuatu yang diperlukan padasuatu proyek pembuatan
aplikasi. Dibagian inimencakup ZDO (ZigBee Device Object) berperanuntuk:
-
Menentukan peranan dari perangkat ke jaringan(misal sebagai Koordinator ZigBee
ataukahhanya perangkat akhir)
-
Melakukan inisiatif atau merespon permintaanbinding
-
Memastikan koneksi yang aman diantara salahsatu perangkat keamanan ZigBee
seperti publickey, symmetric key, dan lain sebagainya.
b. Layer pendukung
aplikasi (Application Support layer)
Bagian
terendah dari layer aplikasi yangmemberikan layanan:
-
Pencarian (Discovery): berkemampuan mencariperangkat lain yang bekerja
didalam wilayahoperasi sebuah perangkat
-
Binding: menyatukan 2 atau lebih perangkatberdasarkan layanan
masing-masing dankebutuhannya dan juga melanjutkan pesandiantara perangkat
perangkat pembatas.
c. Layer jaringan (Network
layer)
Secara
dinamis melakukan fungsi-fungsiyang berhubungan dengan jaringan seperti :
-
Secara dinamis mengatur, mengkonfigurasijaringan serta self healing beast
-
Pengamatan dari titik-titik terminal
-
Melakukan fungsi routing dan keamanan.
d. MAC layer
Menerapkan
pengalamatan berdasarkan 64-bit IEEE dan pengalamatan pendek 16-bit.
MACmengkoordinasi transceiver untuk mengakses jalurradio bersama (shared
radio link). Karakteristikjaringan:
-
Kemampuan jaringan maksimum bisa mencapai 264 node
-
Menggunakan pengalamatan lokal, jaringansederhana hingga 65000 (264) node
dapatdibentuk
Ada
tiga kategori dari perangkat:
-
Network coordinator
-
Full Function Device (FFD)
-
Reduced Function Device (RFD)
-
Struktur Frame sederhana (Berorientasi padaBeacon)
-
Berasosiasi/tidak berasosiasi
-
Sekuriti AES-128
-
CSMA-CA akses kanal (bukan Beacon)
-
Struktur frame super tambahan dengan Beacon
-
Mekanisme GTS (untuk prioritas tinggi)
e. Physical layer
Frekwensi
kerja dan Data rate dari ZigBee didunia di tunjukkan pada gambar 3 berikut:
The
IEEE 802.15.4 mendefiniskan bahwa pada MAC terdapat 4 frame dasar yaitu:
·
A beacon frame, yaitu
digunakan oleh coordinator untuk mengirimkan beacon
·
A data frame, digunakan
untuk menyimpan seluruh data yang dikirimkan
·
An acknowledgment
frame, digunakan untuk mnegkonfirmasi bahwa telah sukses menerima data yang
barusan dikirimkan.
·
A MAC command frame,
digunakan untuk mengatur dan mengkonfigurasi cliennya.
1.4.Tipe Alat
Jaringan
dari ZigBee menggunakan 3 tipe alat yaitu:
·
The network
coordinator yaitu alat yang utama, dimana tugasnya adalah mengkoordinasi
semua bagian pada jaringan. Untuk itu pada bagian ini perlu digunakan device
yang canggih dibandingkan dengan 2 lainnya, dan juga perlu memilki memory yang
besar dan kemampuan menghitung yang cepat.
·
The full function
device (FFD), merupakan alat yang mendukung semua
fungsi yang ada pada 802.15.4 dan memiliki beberapa fitur yang spesifik.
Sehingga alat ini juga dapat dimanfaatkan sebagai coordinator. Selain itu
jumlah memory dan proses computing yang cepat sangat bagus dimanfaatkan sebagai
router, tapi juga dapat dimanfaatkan sebagai bagian ujung sebuah jaringan
dimana yang berhubung dengandunia luar.
·
The reduced function device (RFD) merupakan alat yang fiturnya terbatas atau
sesuai dengan standart yang ada, dan biasanya harganya lebih murah. Biasanya
digunakan pada ujung dari sebuah jaringan.
I.5. Keamanan
Integritas data dan keamanan merupakan salah
satu fitur yang menguntungkan dariTeknologi ZigBee. MAC sub layer yang
menyediakan keamanan tersebut, dimanamempunyai 4 hal yang digunakan untuk
mengamankan data, yaitu:
·
Accsess control, bahwa setiap device memilki list yang berisikan
device yang dipercaya pada jaringan sehingga tidak setiap device langsung dapat
dihubungkan.
·
Adanya enkripsi data dengan menggunakan kunci symmetric 128 bit.
·
Adanya frame sebuah data membuat tidak mudah memanipulasi data yang
ada tanpa kunci cryptographic.
·
Pengecekan data secara sekuensial dimana jika data yang diterima
ternyata samaatau belum di update dengan sebelumnya maka data tersebut akan
ditolak.
II.
MiWi
II.1. Pengertian
Miwi dan Miwi P2P adalah proprietary protokol
nirkabel yang dirancang oleh Microchip Technology yang menggunakandaya radio
digital yang kecildan rendah berdasarkan standar IEEE 802.15.4 untuk jaringan wilayah
pribadi nirkabel (WPANs).
Hal ini dirancang untuk tingkat transmisirendah data dan jarak yang pendek, biayajaringan terbatas, seperti
pemantauan industri dan kontrol, rumah dan otomatisasi bangunan, remote
control, sensor nirkabel berdaya rendah, kontrol pencahayaan dan pembacaan
meter otomatis.
Penjelasan
Microchip
Wireless Media Access Controller
Interface (MIMAC): Adalah antarmuka antara
Transceiver microchip RF dan Microchip nirkabel
protokol komunikasi.
Interface (MIMAC): Adalah antarmuka antara
Transceiver microchip RF dan Microchip nirkabel
protokol komunikasi.
Microchip
Application Programming Wireless
Interface (MiApp): Adalah antarmuka antara pengguna
aplikasi dan Microchip nirkabel
protokol komunikasi.
Interface (MiApp): Adalah antarmuka antara pengguna
aplikasi dan Microchip nirkabel
protokol komunikasi.
II.2. Protocol
Protokol Miwi didukung pada Microchip
PIC tertentu dan dsPIC mikrokontroler. Ketika mengembangkan platform ini, untuk
SDK proprietary dan alat-alat pengembangan perangkat keras, seperti ZENA
wireless packet sniffer dapat digunakan.
The Miwi P2P stack protokol mendukung
star dan topologi wireless-jaringan peer-to-peer, digunakan untukkomunikasi
nirkabelsecara sederhana, jarak yang pendekdan node-to-node. Selain
itu, protocol ini menyediakan modesleep-node yang secara aktif men-scan dan mendeteksi
fitur, serta mendukung
kebutuhanenergi daya rendah perangkat inidioperasikan
dengan baterai.
II.3. Hardware
Pada
tahun 2008 , Microchip merilis 2,4 GHz modul transceiver nirkabel yang
kompatibel dengan beberapa Microchip PIC dan dsPIC mikrokontroler ( Microchip
MRF24J40MB ) , dan dapat digunakan dalam perangkat produksi . Menjadi ZigBee
compliant , dan mampu berkomunikasi menggunakan protokol nirkabel Miwi , itu
didasarkan pada standar IEEE 802.15.4 Wireless PAN . Dirancang hanya untuk
tingkat rendah - data dan menjadi murah dan
memiliki antena PCB terintegrasi
Board Miwi Demo inimencakupfitur-fiturkunci, seperti
yang ditunjukkandalamGambar 2-1 danGambar 2-2.
1. PIC18F46J50 8-bit mikrokontroler XLP
2. MRF24J40MA RF Transceiver Modul RF Transceiver atau MRF89XAM8A Modulatau MRF89XAM9A RF Transceiver Module
3. +3.3 V Meningkatkan Regulator (MCP1640)
4. Tiga LED indikator status (Merah, KuningdanHijau)
5. Dua switch push-button (SW1 dan SW2) untuk input pengguna
6. 2 X 16 LCD Character Tampilan
7. MCP9700 Suhu Sensor
8. 2K SPI EEPROM dengan MAC Address yang unik
9. 1 Mbit SPI Serial nyala
10. 32 KHz kristaluntuk modus sleep
2. MRF24J40MA RF Transceiver Modul RF Transceiver atau MRF89XAM8A Modulatau MRF89XAM9A RF Transceiver Module
3. +3.3 V Meningkatkan Regulator (MCP1640)
4. Tiga LED indikator status (Merah, KuningdanHijau)
5. Dua switch push-button (SW1 dan SW2) untuk input pengguna
6. 2 X 16 LCD Character Tampilan
7. MCP9700 Suhu Sensor
8. 2K SPI EEPROM dengan MAC Address yang unik
9. 1 Mbit SPI Serial nyala
10. 32 KHz kristaluntuk modus sleep
ContohLain
:
Microchip
ZENA ( atau sebelumnya , Zigbee Enhanced Network Analyzer ) merupakan paket
sniffer nirkabel dan jaringan analyzer mengikuti IEEE 802.15.4 spesifikasi pada
pita 2,4 GHz . ZENA analyzer mendukung ZigBee dan protokol Miwi . Microchip inidapatmenganalisis
lalu lintas jaringan dan menampilkan paket yang
diterjemahkandalambentukgrafis.
Hal ini juga dapat menampilkan topologi jaringan dan pesan saat mereka mengalir
melalui jaringan.
III.
Kesimpulan
Dengan fitur yang dimiliki oleh ZigBeedanMiWi sekarang, mungkin saja bahwa
kedepannyakomunikasi antara device secara wireless akan semakin berkembang.
Beberapa peralatanakan semakin minim menggunakan media kabel, seperti sensor
akan dapat di atur secarawireles. Dengan Konsumsi daya yang randah, biayajaringan yang
ringanmaka akan sangat
cocok ZigBeeataupunMiWi
digunakansebagai alat yang hanya perlu di install dan dapat di maintance hingga
berbulan-bukankemudian. ZigBee bedasarkan IEEE 802.15.4 didesain untuk aplikasi
yang hanyamembutuhkan transfer data yang rendah atau tidak selalu mengirimkan
data, dan jugamembutuhkan daya yang rendah dalam aplikasinya sehingga dapat
bertahan lama.Diantaranyadigunakanuntukpemantauan industri dan kontrol, rumah dan otomatisasi bangunan,
remote control, sensor nirkabel yang berdaya rendah
IV.
Daftar
Pustaka
[1]
Dr.S.S.Riaz Ahamed (2005), THE ROLE OF ZIGBEE TECHNOLOGY INFUTURE
DATACOMMUNICATION SYSTEM, Sathak Institute of Technology
[2]
Patrick Kinney (2003), ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works,
whitepaper
[3]
Neda Noorani, “Wireless Multi-Sensor Monitoring System Utilizing IEEE
802.15.4Communication Standards for Water Leakage Detection”, Department of
Electrical andComputer Engineering
[4]
ZigBee Alliance, ZigBee and Wireless Radio Frequency Coexistence, White
paperdatejune 2007.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar