Analisis Implementasi Sistem Komunikasi Wireless Berbasis Visible Light Communication (VLC) Menggunakan Teknologi Light Fidelity (Li-Fi)

(1)

Analisis Implementasi Sistem Komunikasi Wireless Berbasis Visible Light Communication (VLC) Menggunakan Teknologi Light Fidelity (Li-Fi)

Implementation Analysis Of Wireless Communication Systems Based On Visible Light Communication (VLC) Using Light Fidelity (Li-Fi) Technology

Sonnia Festi Yana ¹, Muntaqo Alfin Amanaf ², Fauza Khair El-Sahari ³

1 2 3 Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi, Institut Teknologi Telkom Purwokerto

1 2 3Jl. D.I. Panjaitan No. 128 Purwokerto, 53147

E-mail korespondensi: ¹[email protected], ²[email protected], ³[email protected]

Abstrak

Light Fidelity atau kerap disingkat Li-Fi tergolong sebagai teknologi komunikasi nirkabel dua arah dengan kecepatan lebih tinggi dari Wi-Fi yang memanfaatkan cahaya tampak untuk berkomunikasi. Li-Fi ini menggunakan sistem komunikasi cahaya tampak Visible Light Communication (VLC) karena dalam pengiriman atau penerimaan informasi/data menggunakan cahaya tampak pada spektrum antara 780 nm - 375 nm (400 dan 800 THz). Keunggulan dari Li-Fi ini antara lain dapat menjadi pilihan alternatif yang lebih sehat karena berfungsi pada spektrum cahaya sehingga tidak menimbulkan radiasi bagi tubuh manusia dan cahaya yang terlihat 10000 kali lebih luas dari frekuensi radio dengan kecepatan 224 gigabit per detik atau setara 18 film BlueRay. Li-Fi juga dinilai lebih efisien karena menggunakan LED dan biaya lebih terjangkau sebab tidak memerlukan banyak komponen dibandingkan dengan teknologi sinyal radio. Tak hanya itu, Li-Fi juga lebih menjamin keamanan dalam privasi data karena akan sulit mencari sinyal di luar area khusus dan tidak dapat menembus dinding kecuali kaca. Kelemahan Li-Fi dalam berkomunikasi dapat terjadi karena menggunakan transmisi cahaya sehingga tidak bisa menembus dinding atau dalam kata lain Li-Fi hanya dapat digunakan dalam suatu ruangan. Internet tidak dapat diakses bila tidak ada sumber cahaya sebagai penghantar sinyal, maka dari itu rentang sinyal dibatasi oleh penghalang (obstacle) serta tempat dimana Li-Fi dapat digunakan. Pada kasus ini teknologi Li-Fi digunakan dalam pengiriman data teks dengan mengubah data digital menjadi data analog berupa cahaya yang dipancarkan oleh LED dan akan diterima photodiode selanjutnya akan diubah menjadi data digital lagi oleh mikroprosessor Arduino Uno. Di sisi lain, photodiode dapat dengan mudah mengenali modulasi on-off yang cepat. Photodiode menghasilkan arus listrik yang sebanding dengan daya optik yang terjadi pada permukaan photodetector. Spektrum yang terlihat merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang dari sekitar 380 nm hingga 780 nm dan dalam hal frekuensi; ini sesuai dengan pita 385 - 789 THz.

Kata Kunci: LiFi, VLC, spectrum, LED, photodiode

I. PENDAHULUAN

Seiring berkembangnya teknologi informasi dan komunikasi yang pesat mampu memberi manfaat yang besar bagi kehidupan manusia. Terutama perkembangan teknologi untuk mendukung lalu lintas data dan generasi mendatang yang tumbuh di masa depan yaitu sistem komunikasi nirkabel berkecepatan tinggi. Light Fidelity (LiFi) merupakan pilihan

alternatif yang lebih sehat karena berfungsi pada spektrum cahaya yang terlihat. Sehingga penggunaannya tidak menimbulkan radiasi dan tidak terdapat paparan Electromagnetic Fields (EMF).

Penawaran LiFi memiliki keuntungan lebih besar dibandingkan dengan sistem frekuensi radio (RF).

LiFi menyediakan bandwidth yang lebih besar dari WiFi dan dalam spektrum cahaya tampak 10.000 kali

(2)

lebih luas dari frekuensi radio, efisiensi energi tinggi dan penyebaran yang mudah dengan lampu yang tidak terpasang perangkat dioda (LED) dan fotodioda (PD) di perangkat ujung pemancar dan penerima masing- masing, meningkatkan keamanan karena cahaya tidak menembus benda buram. Satu lagi faktor pendukung bahwa LiFi memilki kecepatan 224 gigabit per detik atau setara 18 film berkualitas BlueRay dalam satu detik. Selain itu, LiFi juga dapat mengontrol frekuensi Dead-Spots (kegagalan internet yang meningkat [1].

LiFi adalah teknologi komunikasi nirkabel dua arah, berkecepatan tinggi dan sepenuhnya jaringan yang mirip dengan WiFi. Visible light communications (VLC) bekerja dengan mengalihkan dan mematikan arus ke LED pada tingkat yang sangat tinggi, terlalu cepat untuk diperhatikan oleh mata manusia, untuk menghasilkan komunikasi jaringan, seluler, kecepatan tinggi. Teknologi akses komunikasi LiFi dapat memenuhi tujuan Service Providers (SP) dan Internet Infrastructure Providers (IIPs) dengan memutar apapun bola lampu ke titik akses nirkabel Access Point (AP) untuk memungkinkan bagi pengguna untuk terkomunikasi dan mengirimkan data dengan kecepatan optik (cahaya) [2].

Dengan adanya teknologi LiFi mampu memberi manfaat diantaranya, peningkatan efisiensi karena LiFi beroperasi menggunakan teknologi cahaya tampak. Misal pada kantor dan rumah sudah menggunakan bola lampu LED, sumber cahaya yang sama dapat digunakan untuk mengirimkan data secara nirkabel. Biaya LiFi lebih murah, lebih cepat dari WiFi. Ketersediaan jaringan sehingga tidak ada Dead spot. Dengan teknologi LiFi, di mana pun ada cahaya, maka ada koneksi. Keamanan teknologi LiFi tidak dapat ditembus atau diterobos. Bandwidth dengan spektrum cahaya juga 10.000 kali lebih luas dari

spektrum radio, menyediakan bandwidth lebih besar dari WiFi [3].

II. METODE PENELITIAN

Dalam pengujian implementasi LiFi untuk mengirim data teks ini dibutuhkan beberapa alat, komponen serta beberapa bahan yang terdiri atas perangkat keras dan perangkat lunak seperti pada tabel berikut.

Tabel 2.1 Alat dan Bahan

A. Alur Penelitian

Dalam pembuatan alat untuk implementasi komunikasi wireless menggunakan teknologi LiFi, dilakukan alur penelitian sesuai pemaparan seperti pada gambar flowchart penelitian berikut.

No Alat dan Bahan Jumlah

1 Laptop 2

2 Arduino Uno 2

3 Solar cell 1

4 Kabel Jumper secukupnya

5 LED 1

6 Resistor 2kΩ 3

7 Breadboard 2

(3)

Mulai

Studi Literatur

Perencanaan Hardware

Pembuatan Design

Pengumpulan Alat

& Bahan

Pengecekan Kesesuaian?

A Ya

Tidak

A

Perancangan Transmitter LiFi

Perancangan Receiver LiFi

Pengukuran QoS

Pengukuran Jarak Jangkau Maksimal

Analisis Pengukuran QoS dan Jarak Jangkau Maksimal

Selesai

Gambar 2.1 Flowchart Alur Penelitian Alur penelitian dimulai dengan studi literatur dengan mencari referensi penelitian yang berkaitan dengan pengukuran performansi LiFi yang akan dibuat, performansi LiFi yang akan dibuat, informasi tentang spesifikasi, cara kerja serta modulasi yang digunakan pada LiFi. Kemudian perencanaan hardware dengan membuat rencana gambaran awal seperti apa rangkaian LiFi yang aan dibuat. Setelah itu membuat design perangkat hardware, dilanjutkan menyiapkan alat serta bahan yang dibutuhkan. Lalu melakukan tinjauan ulang atau cek kelengkapan dan kesesuaian alat bahan untuk membuat rangkaian transmisi LiFi. Selanjutnya perancangan hardware yang mana terdapat dua rangkaian yaitu transceiver atau pengirim dan receiver atau penerima. Kemudian melakukan pengujian alat dan pengukuran parameter QoS pada LiFi sebagai transmisi data tersebut.

Selanjutnya mengukur seberapa jauh jarak jangkau receiver dapat menerima informasi dari transceiver dan sejauh mana cahaya dapat dipancarkan. Setelah melakukan pengujian dan pengukuran, kemudian

melakukan analisis data dari pegujian alat itu sehingga dapat diambil kesimpulan diakhir.

B. Perancangan Sistem

Pada proses perancangan sistem dilakukan beberapa tahap yang harus dilakukan oleh penulis dalam membuat sistem yang akan dibuat yang mencakup cara kerja sistem, proses persiapan untuk membuat sistem, proses perakitan hingga proses pengujian sistem sehingga sistem yang dibuat dapat berjalan sesuai dengan rencana yang diharapkan.

Sebelum mempersiapkan sistem yang akan dibuat, penulis membuat diagram blok serta flowchart yang memaparkan alur kerja sistem yang akan dibuat.

PC USB TO UART

MODULE LED DRIVER CIRCUIT LED SOLAR CELL INVERTING

AMPLIFIER UART TO USB

MODULE Serial Monitor

Gambar 2.2 Alur Kerja Sistem

Alur kerja sistem dari alat yang dibuat yaitu membuat program berisi pesan dengan aplikasi Arduino IDE. Kemudian pemancar menerima sinyal dari PC menggunakan kabel USB dari pin GPIO pada Arduino, sinyal ini mengontrol transistor yang membuka dan menutup catu daya ke LED. Level tegangan LED yang digunakan 5v untuk operasi berdaya rendah. LED mengubah sinyal listrik menjadi energi optik yang memberikan penerangan juga komunikasi. Informasi dikodekan secara garis dan dimodulasi oleh DAC, kemudian disampaikan pada sinyal optik dengan memodulasi amplitudo dari LED.

Pada sisi penerima, panel surya menerima cahaya dari LED dan mengkonversi daya optik yang diterima menjadi sinyal listrik dan memasukkannya ke mikrokontroler. Penerima menyaring dan memperkuat sinyal. Setelah amplifikasi, sinyal dalam bentuk analog, karena operasi yang dilakukan ADC sebelum diberikan ke Arduino.

C. Perancangan Hardware

(4)

Pada perancangan perangkat hardware atau perangkat keras pada sistem ini terdiri dari keseluruhan gambar skematik perancangan End Device. Dimana End Device berfungsi sebagai perangkat antarmuka atau interface antara pengguna dan jaringan komunikasi dasar.

Mulai

Inisiasi Karakter

Proses Data ADC

Ada pengiriman data menggunakan VLC?

Data Terkirim Yes

No

Gambar 2.3 Flowchart Pengiriman Data Pada sisi sender mempunyai alur dengan memulai membaca inisiasi karakter kemudian akan terjadi pemrosesan data ADC. Selanjutnya apabila ada pengiriman data menggunakan VLC maka data akan mengirim ke receiver. Bila tidak maka akan kembali melakukan inisiasi karakter. Pada sisi receiver dengan mulai lalu menunggu adanya data masuk, apabila ada kiriman data maka data diterima, bila tidak ada akan menunggu kembali. Data yang diterima tersebut akan ditampilkan pada serial monitor berupa pesan karakter. Adapun penempatan pin Arduino dengan LED dan resistor sebagai berikut.

D. Skenario Pengujian

Untuk mengetahui apakah perangkat yang dirancang sudah sesuai yang diperlukan untuk pengujian sistem keseluruhan. Pengujian dilakukan dengan cara melakukan proses pengiriman paket data dengan program pada Arduino IDE yang terhubung dengan Arduino Uno kemudian dihubungkan LED sehingga data dikonversi menjadi energi cahaya yang dipancarkan oleh LED kemudian akan diterima oleh panel surya. Sinyal cahaya yang diterima oleh panel surya tersebut ditransmisikan dan diubah menjadi sinyal listrik untuk memulihkan pesan menjadi kode bit, kemudian paket data yang diterima tersebut akan ditampilkan dalam layar serial monitor.

01101010

USB TTL USB TTL

LAPTOP Arduino Arduino LAPTOP

E. Skema Pengujian Jarak Jangkauan Maksimal Pengukuran jarak jangkauan maksimal bertujuan untuk mengetahui seberapa jauh teknologi LiFi dapat mengirim data secara optimal dengan cara mengirim data dari transmitter secara terus menerus sampai jarak maksimal receiver dapat menerima data. Ketika paket data tidak dapat diterima lagi, maka jarak terjauh jangkauan yang diambil merupakan jarak terakhir transmitter dapat mengirim data sebelum receiver tidak dapat menerima data. Untuk alur pengukuran jarak jangkauan maksimal dapat di lihat pada gambar.

(5)

Transmitter

Pengiriman pada jarak n

Receiver

Apakah data masih

bisa diterima? Tambah jarak

Selesai

Ya

Tidak

Gambar 2.4 Flowchart pengukuran jarak jangkauan maksimal

Pada tahap pengujian pengiriman pesan berupa teks yang akan diterima oleh laptop sebagai receiver.

Teks yang dikirimkan oleh laptop atau transmitter harus diinputkan terlebih dahulu di serial monitor kemudian dikirimkan kepada receiver. Teks yang dikirimkan berupa kalimat yang memiliki jumlah karakter bervariasi dan dengan jarak pengiriman sampai laptop atau receiver tidak dapat menerima teks yang dikirim. Jarak yang dikirimkan dari transmitter ke receiver dengan rentang jarak 5cm, 10cm, 15cm, dan 20cm serta teks yang dikirim dengan ukuran 8 karakter, 16, 32 dan 64 karakter.

F. Skema Pengujian Throughput

Tujuan dari pengukuran throughput ini untuk mengetahui seberapa besarnya data yang masuk pada satu waktu. Pada pengukuran throughput data yang dikirimkan bervariasi ukurannya. Data yang

dikirimkan berasal dari transmitter yang kemudian akan diteruskan ke receiver.

Teks yang dikirimkan berupa kalimat yang memiliki jumlah karakter bervariasi dan dengan jarak pengiriman sampai laptop atau receiver tidak dapat menerima teks yang dikirim. Jarak yang dikirimkan dari transmitter ke receiver dengan rentang jarak 5cm, 10cm, 15cm, dan 20cm serta teks yang dikirim dengan ukuran 8 karakter, 16, 32 dan 64 karakter.

Persamaan untuk mengetahui Troughput yang di dapat dapat dilihat pada Persamaan 1.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Perancangan Sistem

Hasil pengujian dan pembahasan analisis pada bab ini merupakan tahap lanjutan setelah proses setelah metodologi penelitian. Pengujian dilakukan dilakukan secara bertahap seperti yang sudah dijelaskan pada bab 3. Hasil dari pengujian sistem akan menghasilkan analisis dari pengujian sistem, terutama jarak jangkau pengiriman data.

Gambar 3.1 Pengujian Pengiriman Teks dari Laptop Tx Laptop Rx

Pada implementasi jaringan komunikasi VLC dibutuhkan beberapa komponen yang dirangkai sesuai

(6)

jenis spesifikasinya masing masing. Terdapat Arduino Uno yang befungsi sebagi microcontroller pada sistem komunikasi VLC bertugas untuk menentukan data yang hendak dikirim serta memfilter data paket yang diterima. Kemudian terdapat adanya LED sebagai pemancar cahaya yang bertugas mengirim data dalam bentuk cahaya secara wireless.dan yang terakhir terdapatnya komputer/laptop yang berguna untuk mengirim data atau pesan hasil dari program yang telah dibuat menggunakan software Arduino IDE.

B. Hasil Pengujian

Pengujian teks ini dilakukan dengan mengirimkan pesan atau data dari laptop sebagai transmitter kepada laptop sebagai receiver dengan cara memberi input pesan di serial monitor. Pesan teks yang dikirim berupa huruf atau karakter yang mana pengujian ini dilakukan dalam berbagai jarak berbeda sampai receiver tidak lagi dapat mengirimkan pesan dari transmitter.

Gambar 3.2 Tampilan Serial Monitor pada Transmitter (Tx)

Gambar 3.3 Tampilan Serial Monitor pada Receiver (Rx)

1. Hasil Pengujian Jarak Berdasarkan Warna LED

Hasil dari skenario pengujian jarak berdasarkan warna LED ini dilakukan menggunakan 2 warna LED yaitu, LED putih dan LED hijau sebagai perbandingan kecepatan pengiriman data dan jarak jangkau maksimal yang dapat dikirim dari transmitter ke receiver. Proses pengiriman pesan ini menggunakan penghubung antara LED dengan solar cell agar tidak terjadi interferensi cahaya dari lampu atau cahaya lain di lokasi sekitar.

a. Hasil Pengujian LED Putih

Tabel 3.1 Pengujian Pengiriman Teks 8 karakter

Tabel 3.2 Pengujian Pengiriman Teks 16 karakter No Jarak Karakter Teks Yang

Dikirim

Teks Yang Diterima 1 5 cm 16

karakter

SOCIALDIS TANCING

SOCIALDIS TANCING 2 10 cm 16

karakter

SOCIALDIS TANCING

karakter

SOCIALDIS TANCING

karakter

SOCIALDIS TANCING

- No Jarak Karakter Teks Yang

Dikirim

Teks Yang Diterima 1 5 cm 8 karakter ITTELKOM ITTELKOM 2 10 cm 8 karakter ITTELKOM ITTELKOM 3 15 cm 8 karakter ITTELKOM ITTELKOM 4 20 cm 8 karakter ITTELKOM -

(7)

Dikirim

karakter

DIPLOMA TEKNIK TELEKOMU

NIKASI BE

DIPLOMA TEKNIK TELEKOM

UNIKASI BE 2 10 cm 32

karakter

NIKASI BE

UNIKASI BE

3 15 cm 32 karakter

NIKASI BE

karakter

NIKASI BE

-

Tabel 3.4 Pengujian Pengiriman Teks 64 karakter No Jarak Karakter Teks Yang

Dikirim

karakter

INSTITUT TEKNOLOG

I TELKOM PURWOKER TO PATUHI PROTOKOL NORMAL

BARU

INSTITUT TEKNOLOG

I TELKOM PURWOKE

RTO PATUHI PROTOKOL

NORMAL BARU

2 10 cm 64 karakter

INSTITUT TEKNOLOG I TELKOM PURWOKER TO PATUHI PROTOKOL NORMAL

BARU

INSTITUT TEKNOLOG

I TELKOM PURWOKE

RTO PATUHI PROTOKOL

NORMAL BARU 3 15 cm 64

karakter

BARU

INSTITUT TEKNOLOG

I TELKOM PURWOKE

RTO PATUHI PROTOKOL

NORMAL BARU 4 20 cm 64

karakter

BARU

-

b. Hasil Pengujian LED Hijau

Tabel 3.5 Pengujian Pengiriman Teks 8 karakter

(8)

Dikirim

karakter

SOCIALDIS TANCING

karakter

SOCIALDIS TANCING

karakter

SOCIALDIS TANCING

-

4 20 cm 16 karakter

SOCIALDIS TANCING

-

Dikirim

karakter

NIKASI BE

karakter

NIKASI BE

UNIKASI BE

3 15 cm 32 karakter

NIKASI BE

-

4 20 cm 32 karakter

NIKASI BE

-

Tabel 3.8 Pengujian Pengiriman Teks 64 karakter No Jarak Karakter Teks Yang

Dikirim

karakter

INSTITUT TEKNOLOG

BARU

INSTITUT TEKNOLOGI

TELKOM PURWOKER

TO PATUHI PROTOKOL NORMAL

BARU 2 10 cm 64

karakter

INSTITUT TEKNOLOG

BARU

INSTITUT TEKNOLOGI

TELKOM PURWOKER

BARU 3 15 cm 64

karakter

INSTITUT TEKNOLOG

BARU

- No Jarak Karakter Teks Yang

Dikirim

Teks Yang Diterima 1 5 cm 8 karakter ITTELKOM ITTELKOM 2 10 cm 8 karakter ITTELKOM ITTELKOM 3 15 cm 8 karakter ITTELKOM - 4 20 cm 8 karakter ITTELKOM -

(9)

4 20 cm 64 karakter

INSTITUT TEKNOLOG

I TELKOM PURWOKER

BARU

-

2. Hasil Pengujian Troughput

Berikut ini merupakan hasil pengujian troughput untuk mengetahui seberapa banyak paket yang dapat dikirim ke panel surya dari cahaya LED pada interval waktu tertentu dengan cara mengirim pesan dari Arduino IDE yag terhubung Arduino Uno yang mana pesan tersebut diubah menjadi data analog berupa cahaya.

3.4 Gambar tampilan pengiriman paket data 8 karakter dengan LED putih Throughput = ∑ 𝑃𝑎𝑘𝑒𝑡 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎(𝐵𝑖𝑡)

𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑖𝑟𝑖𝑚𝑎𝑛(𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑)

Throughput = 64 bit 63 second = 1,016 bps

3.5 Gambar tampilan pengiriman paket data 16 karakter dengan LED putih Throughput = 128 bit

127 second = 1,008 bps

3.6 Gambar tampilan pengiriman paket data 32 karakter dengan LED putih

(10)

3.7 Gambar tampilan pengiriman paket data 64 karakter dengan LED putih

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil implementasi dan pengujian pada penelitian ini, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Jarak pengiriman maksimal data dari Tx ke Rx, berada pada jarak 20 cm pada kondisi lurus dengan posisi 90 derajat tanpa penghalang dan cahaya

terfokus karena tidak ada interferensi cahaya dari luar. Semakin besar interferensi cahaya dari luar maka semakin kecil kemungkinan data terkirim ke penerima karena cahaya tidak terfokus.

2. Pengaruh warna LED terhadap jarak maksimal pengiriman pesan yaitu semakin panjang gelombang cahaya maka sinarnya semakin terang dan semakin jauh daya pancarnya.

3. Pada penelitian ini LED putih dapat mengirim pesan dengan jarak lebih jauh dari LED hijau dikarenakan LED merah memiliki panjang gelombang cahaya senilai 450 nm.

4. Nilai throughput yang paling optimal didapatkan pada kondisi tanpa interferensi cahaya dari luar saat pengiriman data 8 byte senilai 1,016 bps dan nilai terendah pada pengiriman data 64 byte senilai 1,002 bps.

5. Nilai rata-rata troughput yang didapat dari 4 kali pengukuran senilai 1,0075 bps.

V. SARAN

Dalam upaya memperbaiki kekurangan yang masih ada maka hal-hal berikut ini dapat dilaksanakan di masa mendatang:

1. Di harapkan dilakukan pengukuran berdasarkan kondisi di ruang yang lebih luas atau mengganti jenis LED lain dengan gelombang cahaya yang lebih panjang.

2. Di harapkan dapat melakukan lebih banyak sampel dari pengaruh gelombang cahaya terhadap jarak pengiriman maksimal supaya hasil yang didapatkan lebih akurat.

3. Dapat penambahan teknologi agar dalam pengiriman paket data lebih efisien.

(11)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Stallings W., Komunikasi & Jaringan Nirkabel, 2^nd ed. Jakarta: ERLANGGA, 2007.

[2] Rahul R. Sharma, LiFi Technology Transmission of data through light, Vol 5 (1), 150-154. Navi Mumbai, India: Fr. CRIT, 2014.

[3] M. Thanigavel, LiFi Technology in Wireless Communication, Vol 2 Issue 10. India: M Tech CSE DEPT, 2013.

[4] Harald Haas, What is LiFi?, Journal of Lightwave Technology, Vol. 34, No. 6, March 15, 2016.

[5] Andi Eryawan A.R, Implementasi Visible Light communication for IP TV Video Streaming, e- Proceeding of Engineering: Vol. 5, No.3 Desember 2018.