DESAIN SISTEM TRANSLASI PROTOKOL KOMUNIKASI INDUSTRI KE PROTOKOL INTERNET (TCP/IP) Catur Wirawan Wijutomo 1

DESAIN SISTEM TRANSLASI PROTOKOL KOMUNIKASI INDUSTRI KE PROTOKOL INTERNET (TCP/IP)

Catur Wirawan Wijutomo1

1,3_{Prodi S1 Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Telkom} 1_{caturwijiutomo@telkomuniversity.ac.id,}

Abstrak

Protokol komunikasi industri (Industrial Communication Protokol) merupakan salah satu kebutuhan utama pada lingkungan industri manufaktur yang telah mengimplementasikan automasi. Implementasi roda berjalan membutuhkan konsep sistem terdistribusi diimplementasikan untuk setiap sistem dibagi beban pekerjaan dan begitu pula area kerjanya. Kebutuhan tersebut membutuhkan suatu protokol komunikasi industri yang dikembangkan oleh masing-masing vendor perangkat automasi.

Perkembangan Internet dan tren ubiquitous computing ikut mempengaruhi area automasi industri yang dampaknya adalah kemampuan monitoring dan control yang selama ini hanya dapat diakses di lingkungan pabrik dapat diakses di mana saja menggunakan internet. Persoalan ini tentunya tidak semudah mengganti protokol industri dengan protokol internet karena ada persoalan vendor locking terkait protokol perangkat sehingga perlu dibuat suatu strategi untuk dapat mengakses perangkat melalui protokol internet.

Protokol IP dibutuhkan untuk memungkinkan komunikasi perangkat automasi industri untuk dapat diakses melalui internet untuk dapat membentuk ekosistem perangkat yang disebut IoT (internet of things). Pada paper ini dibahas mengenai langkah-langkah desain sistem transalsi protokol menghubungkan perangkat-perangkat industri yang menggunakan protokol standar industri untuk dapat terhubung ke Internet.

Kata kunci : MODBUS, TCP/IP, IoT Pendahuluan

Area industri manufaktur khususnya pabrik yang terkait produksi produk dalam jumlah besar dari zaman revolusi industri hingga abad 20 merupakan ekosistem yang terbatas dan rigid dengan maksud memperoleh produktivitas yang tinggi. Walaupun sudah banyak yang berubah dalam industri tersebut khususnya terkait penggunaan teknologi pada area tersebut. Penggunaan bantuan robot atau bahkan robot secara total untuk meningkatkan produktivitas khususnya di produk yang membutuhkan presisi merupakan tren di abad 20 yang dampaknya telah kita rasakan di abad 21.

Perkembangan teknologi tidak berhenti di automasi industri, tren keterhubungan, pervasive dan ubiquitous computing juga mempengaruhi area ini. Di awali dengan telekomunikasi, perkembangan internet bahkan social media manusia mulai menuntut untuk informasi dapat diakses di mana saja. Interaksi saat ini tidak dibatasi oleh jarak dan waktu, tren tersebut tidak akan mundur dan yang pasti satu dekade terakhir kita dapat melihat tren perilaku seorang pekerja tidak perlu lagi hadir di kantor ada suatu sistem yang memungkinkan pekerja mengakses data pekerjaan dan dapat menyelesaikan pekerjaannya di mana saja. Salah satu data yang dibutuhkan adalah data lapangan yang dapat diperoleh dari pabrik yang telah memanfaatkan automasi.

IoT merupakan salah satu tren yang pada akhirnya akan memprediksi bahwa jumlah perangkat terhubung akan melebihi populasi manusia [2]. Dengan keterhubungan tersebut dapat meningkatkan kualitas hidup manusia yang lebih baik dengan diperolehnya data secara otomatis secara terus menerus.

Keterhubungan informasi di area manufaktur industri sendiri memiliki kelemahan terkait protokol komunikasi yang digunakan. Kelemahan dari protokol industri adalah proses penciptaan protokol ini tidak berdasarkan standar terbuka (open standard), protokol ini dibangun untuk memenuhi kebutuhan vendor perangkat. Fakta ini membuat area manufaktur menjadi silo-silo tersendiri yang membutuhakan mekanisme khusus yang tidak standar untuk dapat mengakses informasi.

Perancangan

Untuk dapat menghubungkan protokol industri dengan sistem yang berstandar terbuka (open standard) seperti internet dibutuhkan beberapa pengetahuan terkait rancangan dan karakterisitk dari dua dunia

yaitu dari protokol industri dan protokol internet dan perlu diketahui di bagian mana dapat dihubungkan baik secara logic level maupun implementation level.

a. Karakteristik Protokol Industri

Protokol industri dirancang dengan maksud untuk dapat menghubungkan perangkat-perangkat menggunakan suatu media komunikasi. Salah satu protokol industri adalah MODBUS yang merupakan protokol yang menyediakan mekanisme komunikasi klien / server antara perangkat yang terhubung pada berbagai jenis bus atau jaringan. Seri de facto standar industri sejak tahun 1979, MODBUS terus memungkinkan jutaan perangkat otomatisasi untuk berkomunikasi [3].

Modbus merupakan standar komunikasi industri untuk automasi yang banyak diterapkan di PLC (Programmable Logic Controller). Modbus merupakan salah satu standar open pada protokol industri sehingga umumnya didukung oleh banyak PLC disamping protokol proprietary dari vendor PLC. Arsitektur dari Modbus sendiri dapat dilihat di gambar berikut

Gambar 40. Arsitektur Modbus [3]

b. Karakteristik protokol internet

Internet dibangun di atas protokol TCP/IP. TCP/IP sendiri adalah singkatan dari Transmission Control

Protokol/Internet Protokol . Protokol utama itnernet adalah gabungan dari protokol TCP (Transmission

Control Protokol) dan IP (Internet Protokol) sekelompok protokol ini yang mengatur komunikasi data dalam proses tukar-menukar data dari satu komputer ke komputer lain di dalam jaringan internet yang akan memastikan pengiriman data sampai ke alamat yang dituju.

Untuk dapat mengetahui arsitektur dari protokol tersebut digunakan salah satu model referensi OSI layer yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 2. OSI layer

c. Domain pada IoT

IoT (Internet of Things) adalah interkoneksi perangkat komputasi embedded diidentifikasi secara unik dalam infrastruktur internet yang ada. Biasanya, IOT diharapkan untuk menawarkan konektivitas canggih

perangkat, sistem, dan jasa yang melampaui mesin-ke-mesin komunikasi (M2M) dan mencakup berbagai protokol, domain, dan aplikasi[1]. Definisi ini perlu untuk lebih didetailkan lebih lanjut terutama bagaimana suatu perangkat yang diproduksi awalnya tidak mendukung protokol internet atau bahkan tidak mampu untuk mendukung protokol tersebut terkait processing power yang terbatas dapat terhubung ke internet. Untuk memahami hal tersebut perlu dipahami dalam suatu batasan domain-domain yang didefinisikan di IoT.

Device domain merupakan area yang berfokus pada perangkat, pada domain ini diihat bagaiman

karakterisitk dari perangkat. Yang menjadi focus utama adalah metode untuk berkomunikasi. Jika device ini tidak mampu untuk menggunakan protokol internet maka digunakan protokol yang lebih primitive atau mungkin jika ada kebutuhan khusus seperti hemat daya maka digunakan protokol yang hemat daya.Gateway domain meupakan area yang berfokus pada perangkat khusus berupa gateway yang merupakan translator untuk perangkat dengan protokol khusus ke protokol internet. Sedangkan

Application domain merupakan area yang berfokus pada interaksi antara user dengan platform yang

terhubung melalui internet untuk dapat berinteraksi dengan perangkat yang berada di device domain. 5. Desain sistem

Sistem yang dirancang bermaksud untuk dapat melakukan translasi dari protokol industri ke protokol internet menggunakan suatu perangkat berbasis computer baik menggunakan suatu sistem general

purpose seperti PC atau sistem embedded berbasis microcontroller. Perbedaan dari dua platform tersebut

tidak dibahas lebih detail dalam paper ini, namun pada analisisnya keduanya dimodelkan sebagai black box yang mempunyai interface komunikasi.

3.6. Analisis Per layer

Untuk kebutuhan translasi tentunya perlu dianalisis bagaiaman implementasi layer per layer. Protokol industri lebih dikhusukan untuk machine to machine communication sehingga layering protokolnya tidak akan sebanyak layer pada protokol internet. Untuk kebutuhan translasi cukup menganalisa layer 1 dan layer 2.

Pada layer 1 yang merupakan physical layer, Detail protokol industri pada layer ini biasanya cukup kompleks karena terdapat persoalan dari robustness dan keamanan yang lebih dibandingkan untuk kebutuhan end-user. Namun untuk kebutuhan translasi ini perlu diketahui beberapa informasi yang ditunjukkan pada tabel berikut :

Tabel 20Informasi layer 1

Konektor Standar Konektor apakah berbasis pin

atau menggunakan interface seperti DB-9 atau DB-25

Kabel Media fisik yang digunakan apakah

fiber atau copper

Logic Level Voltase yang digunakan untuk standar

logic 0 dan 1

Duplex level Apakah mendukung simplex atau Full

duple

Setelah diketahui property dari layer 1 suatu protokol selanjutnya perlu dirancang sebua perangkat untuk dapat mengkonversi ke standar serial RS-232 yang dapatditerima oleh platform yang kita gunakan, karena menggunakan standar PC maka standar ini yang kita gunakan. Contohnya jika logic levelnya berbeda maka dibutuhkan serial converter seperti chip MAX232 yang akan mengubah logic level yang dapat dipahami oleh PC.

Pada layer 2 perlu dipahami bagaimana frame data disusun. Untuk kebutuhan ini tentunya diperlukan suatu dokumen standar dari pembuat protokolnya. Jika tidak ditemukan maka perlu digunakan suatu level analyzer untuk melihat bagaimana behavior dari frame yang dikirim dan diterima. Adapun informasi

Tabel 2 Informasi layer 2

Sinkronus atau asinkronus Perilaku ini akan sangat signifikan

Clock Terkait sistem tersebut sinkronus

Data Bagaimana data dikirimkan dalam

media kabel yang diimplemtasikan dalam susunan 0 dan 1

3.7. Strategi translasi

Pada sistem perlu dikembangkan suatu subrutin program yang memperoleh frame data dari protokol industri untuk kemudian dapat dibungkus ke dalam frame Ethernet. Ada dua pendekatan yang dapat digunakan yaitu secara murni pada transport layer atau menambahkan application layer.

Jika menggunakan transport layer maka frame data dari protokol tersebut secara natural disusun sesuai yang diterima lalu dibungkus dalam frame untuk kemudian dikirimkan menggunakan UDP atau TCP. UDP digunakan jika membutuhkan response waktu dan kinerja tinggi sedangkan TCP digunakan jika lebih mementingkan reliabilitas dan keutuhan data.

Jika menambahkan application layer maka digunakan suatu aplikasi perantara dapat menggunakan pooling dengan periodie waktu mengirim atau menggunakan event loop yaitu saat data diterima langsung diproses. Translator app Polling Translator app Event loop data data

Gambar 3. Strategi translasi

3.8. Penggunaan Domain IoT

Domain IoT digunakan sebagai model referensi untuk mengetahui bagaimana interaksi tiap komponen untuk kemudian dapat diakses oleh penggunan di application domain. Untuk kebutuhan sistem translator ini perangkat yang menggunakan protokol industri ditaruh di device domain lalu translator ditaruh di

gateway domain yang bertanggung jawab untuk melakukan translasi sekaligus menyediakan interface

untuk akses user di application domain menggunakan protokol internet. 6. Kesimpulan

Kesimpulan dari paper ini adalah translasi protokol dapat dirancang dengan menggunakan strategi di layer 1 dan 2 untuk kemudian di translasikan di layer aplikasi dan menggunakan pembagian domain IoT sebagai model analisis untuk bagaiman data dialirkan dan diakses. Dengan menggunakan analisis pembahasan tersebut maka model yang dihasilkan untuk kebutuhan protokol industri ke internet ditunjukkan pada gambar berikut

PC translator RS232 PLC Modbus Sensor Actuator Kabel Pin IO Kabel Pin IO Gateway

domain Device Domain

PC/laptop

untuk akses Ethernet

Application domain

Gambar 4. Desain sistem translator Daftar Pustaka:

[1] J. Höller, V. Tsiatsis, C. Mulligan, S. Karnouskos, S. Avesand, D. Boyle 2014. From Machine to

machine to the internet of things : introduction to a new age of intellegence : Elsevier.

[2] Gartner. 2003. Gartner says the internet of things installed base will grow to 16 billion units by 2020 [online] available at http://www.gartner.com/newsroom/id/2636073 .[accesed 17 December 2014]