Fakultas Ilmu Komputer
6788
Penerapan Komunikasi Berbasis 6LoWPAN(802.15.4) Antara Node Sensor
dengan IoT Middleware
Binariyanto Aji1, Eko Sakti Pramukantoro2, Mahendra data3
Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email: 1binariyantoaji@student.ub.ac.id, 2ekosakti@ub.ac.id, 3mahendra.data @ub.ac.id
Abstrak
IoT middleware adalah salah satu solusi dari Interoperability IoT. Pengembangan IoT middleware
masih perlu dikembangkan dan diperluas penggunaanya. 6LoWPAN merupakan teknologi berbasis Ipv6 yang memiliki banyak kelebihan, selain unggul dalam hal jangkauan, keamanan, dan skalabilitas, 6LoWPAN juga didesain untuk perangkat berdaya rendah. Tujuan dari penelitian ini adalah mewujudkan IoT Middleware yang mampu mendukung network layer Interoperability, kemudian menambahkan implementasi 6LoWPAN pada perangkat IoT middleware yang sebelumnya hanya ada perangkat WLAN. Node middleware dan node sensor akan diuji kemampuanya saat menggunakan teknologi 6LoWPAN serta untuk memastikan service yang sebelumnya berjalan pada IoT middleware dapat berjalan pada teknologi 6LoWPAN. Hasil yang didapat yaitu, IoT middleware dapat berkomunikasi dengan teknologi 6LoWPAN. Node middleware dan node sensor dapat menggunakan protokol CoAP dan MQTT yang berdiri di atas protokol 6LoWPAN. Perlu diperhatikan agar CoAP dan MQTT dapat bekerja pada tekonologi 6LoWPAN adalah memastikan node middleware sudah menyediakan TCP6 dan UDP6 dimana kedua protokol tersebut yang membuat CoAP dan MQTT dapat berkomunikasi berbasis Ipv6.
Kata kunci: 6LoWPAN, interoperability IoT, IoT middleware, CoAP, MQTT ,
Abstract
IoT middleware is one of the solutions of IOT Interoperability. The development of IoT middleware still needs to be developed and expanded. 6LoWPAN is an IPv6-based technology that has many advantages, beside superior on coverage, security, and scalability, 6LoWPAN is also designed for low-power devices. The purpose of this research is to realize IoT Middleware that is able to support network layer Interoperability, we want to add 6LoWPAN implementation on IoT middleware device which previously only have WLAN device. The middleware and sensor nodes will be tested for their ability to use 6LoWPAN technology, to ensure that previously running service on IoT middleware can run on 6LoWPAN technology. The results obtained are, IoT middleware can communicate with 6LoWPAN technology. Node middleware and sensor nodes can use the CoAP and MQTT protocols that stand on 6LoWPAN technology. It should be noted that CoAP and MQTT can work on the 6LoWPAN technology to ensure that the middleware node provides TCP6 and UDP6 where both protocols make CoAP and MQTT communicate based on Ipv6
Keywords: 6LoWPAN, interoperability IoT, IoT middleware, CoAP, MQTT.
1. PENDAHULUAN
internet of things (IoT) telah banyak mengubah kehidupan manusia. Manusia mendapat banyak kemudahan dari kemajuan IoT. Dalam pengembangannya, IoT dihadapkan sebuah permasalahan interoperabilitas. Disebabkan karena keberagaman perangkat dan protokol menyebabkan tidak adanya standart yang mengatur secara khusus, sehingga
membatasi komunikasi antar perangkat (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017).
(Desai, 2015) dalam penelitianya, menjelaskan Interoperability IoT dibagi menjadi tiga jenis, yaitu Network Layer Interoperability, Syntactical Interoperability,
dan Semantic Interoperability. Network Layer Interoperability. Dari permasalahan
dikembangkan oleh (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017). Pada penelitian tersebut, telah dilakukan pengembangan Interoperability IoT
pada jenis Syntactical Interoperability.
Penelitian itu menghasilkan perangkat IoT
yang mampu mengirimkan paket dalam beberapa data model yaitu model MQTT, CoAP, dan WEBSOCKET. Ketiga data model tersebut dikirimkan melalui jaringan wireless local area network (WLAN). Kemudian berdasarkan penelitian yang sama, (Pratama, Pramukantoro, & Basuki, 2018) melakukan pengembangan middleware tersebut dengan menambahkan jaringan komunikasi Bluetooth Low Energy (BLE). Dalam penelitian itu didapatkan hasil berupa perangkat BLE dapat ditambahkan dalam IoT middleware tersebut dan dapat berjalan dan diimplementasikan bebarengan bersama WLAN.
Begitu pesatnya pengembangan IoT, membuat IoT didesain efisien. Ada begitu banyak jenis perangkat yang didesain untuk kosumsi daya rendah, telah dilakukannya sebuah penelitian tentang analisis dan komparasi terhadap perangkat berbasis Wireless Persolan Area Network yang diterapkan pada aplikasi perawatan kesehatan. Perangkat WPAN yang di komparasikan berupa ZigBee, 6LoWPAN, BLE (bluetooth low energy), ANT, NFC dan IrDA. Penelitian tersebut menyimpulkan dan membuktikan jika 6LoWPAN dan BLE lebih efisien dari perangkat lain yang di komparasi, selain berdaya rendah 6LoWPAN memiliki kelebihan dalam melakukan hubungan dengan perangkat lain yang berbasis IP (Tabish & Mnaouer, 2013).
Di dadasari pada penelitian tersebut. dilakukan pengembangan dari penelitian sebelumnya mengenai implementasi IoT middleware yang kemudian ditanamkan teknologi jaringan berdaya rendah yaitu 6LoWPAN. Dengan cara menambahkan perangkat 6LoWPAN pada perangkat IoT
middleware dan menambahkan sensor sebagai sumber data, kemudian akan diuji pada protokol pengiriman data yang sudah ada yaitu CoAP dan MQTT untuk memastikan kedua protokol tersebut dapat berjalan diatas teknologi 6LoWPAN.
2. KAJIAN PUSTAKA
Penelitian (Han, Bahram, Cao, & Crespi, 2015) melakukan penelitian yang bertujuan
untuk melakukan simulasi penggunaan 6LoWPAN pada sensor node yang diterapkan pada smart home atau smart building. Peneliti membahas mulai dari desain implementasi jaringan 6LoWPAN, cara melakukan integrasi internet, hingga analisis performa (konsumsi power, performa jaringan dan performa layanan).
Penelitian kedua (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017) melakukan penelitian terhadap pengembangan interoperability IoT pada jenis
Syntactical Interoperability yang diterapkan pada middleware. Mereka berhasil membentuk suatu perangkat IoT yang dapat mengirimkan paket dengan menggunakan banyak data model. Data model yang digunakan yaitu MQTT, QoAP, dan WEBSOCKET. Ketiga model data tersebut dikirim melalui jaringan Wireless Local Area Network. Peneliti berhasil melakukan pengembangan IoT middleware
yang dapat menangani banyak data model dalam satu alat.
Dan penelitian (Karagiannis, Chatzimisios, Gallego, & Zarate, 2015) melakukan survey terhadap aplikasi layer protokol yang cocok untuk digunakan untuk internet of things.
Mereka menganalisis dari segi reliability, security, dan energy consumption aspects. Beberapa protokol yang yang dilakukan analisis yaitu protokol CoAP, MQTT, Web socket, XMPP, AMQP, RESTFUL Service. Dengan hasil, protokol CoAP, MQTT, dan WEB service memiliki hasil lebih baik dari protokol lainya.
3. PERANCANGAN SISTEM
Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian dari (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017) dengan menambahkan pengembangan interoperability dari sisi
Technical/Network layer Interoperability. Di mana pada penelitian ini peneliti membuat perangkat IoT middleware tersebut dapat berjalan pada Wireless Personal Area Network
Gambar 1 Penambahan 6LoWPAN pada
middleware
3.1 Kebutuhan Fungsional
Kebutuhan fungsional dijelaskan pada tabel 1.
Tabel 1 Kebutuhan Fungsional
No Kebutuhan Fungsional
1 Setiap node dapat terhubung dengan node
middleware melalui jaringan 6LoWPAN. 2 Node sensor A dapat melakukan pengiriman
paket menggunakan protokol MQTT.
3 Node sensor B dapat melakukan pengiriman paket menggunakan protokol CoAP.
4
Node middleware dapat memonitor data yang di kirim dari node sensor A yang di kirim melalui protokol MQTT.
5
Node middleware dapat memonitor data yang di kirim dari node sensor B yang di kirim melalui protokol CoAP.
3.2 Desain Alur Sistem
Pada penelitian ini terdapat tiga perangkat yang terhubung dalam sistem. Pertama sensor dht11, kemudian raspberry sebagai sensor
gateway , dan raspberry sebagai middleware. Sensor DHT11 berfungsi sebagai sumber data yang akan menangkap nilai suhu dan kelembapan ruangan. Raspberry sebagai sensor
gateway berfungsi untuk mengolah data yang didapat dari sensor DHT11 kemudian menyusunya dalam sebuah payload dan mengirimnya ke middleware dalam format JSON. Dan yang terakhir raspberry sebagai
middleware berfungsi untuk menerima dan melakukan monitor terhadap paket yang dikirim oleh perangkat sensor gateway. Data yang masuk ke middleware akan siap didistribusikan ke layer berikutnya yang tidak masuk dalam lingkup penelitian ini. Yang perlu diperhatikan pengiriman data dari sensor ke perangkat sensor
gateway dikirim melalui kabel jumper, sedangkan pengiriman data dari sensor gateway ke perangkat middleware akan dilewatkan melalui 6LoWPAN. Pada Gambar 2 menunjukkan alur sistem yang akan di bangun.
Berikut penjelasan Gambar 2 :
1 Node A bertindak sebagai perangkat sensor
gateway akan melakukan get_temp dan get_hum ke sensor untuk mendapatkan nilai suhu dan kelembapan ruangan.
2 Sensor akan menangkap suhu dan kelembapan dan mengirimkan data kembali ke node A.
3 Node A akan mengolah data sensor dalam sebuah payload dan siap melakukan publish dengan topik rooms/A15 ke perangkat
middleware. Paket akan dikirim dengan protokol MQTT dan akan dilewatkan melalui jaringan 6LoWPAN.
4 Node B bertindak sebagai perangkat sensor
gateway akan melakukan get_temp dan get_hum ke sensor untuk mendapatkan nilai suhu dan kelembapan ruangan.
5 Sensor akan menangkap suhu dan kelembapan dan mengirimkan data kembali ke node B.
6 Node B akan mengolah data sensor dalam sebuah payload dan siap melakukan publish dengan topik rooms/A16 ke perangkat
middleware. Paket akan dikirim dengan protokol CoAP dan akan dilewatkan melalui jaringan 6LoWPAN.
Gambar 2 Desain Alur Sistem
4. IMPLEMENTASI
4.1 Hardware
Gambar 3 perangkat keras : Raspberry pi, MRF24J40MA/RM dan sensor dht11
4.2 6LoWPAN
Pertama membuat middleware dapat berkomunikasi dengan menggunakan 6LoWPAN. Caranya dengan membuat sensor
gateway pada CoAP dan MQTT dapat menangkap ipv6. Kemudian melakukan pemasangan modul MRF24J40MA/RM, modul ini menjembatani perangkat dapat berkomunikasi pada jaringan WPAN.
Pada Gambar 4 menunjukkan penambahan code untuk ditambahkan pada server.js pada
middleware untuk protokol CoAP. Protokol CoAP yang berjalan di atas udp perlu ditambahkan udp6 agar dapat berkomunikasi dengan ipv6. Sama halnya dengan protokol MQTT yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Yang perlu diperhatikan saat konfigurasi jaringan 6LoWPAN adalah menetapkan channel , pan id dan ip network yang sama. Perhatikan Konfigurasi jaringan yang akan dilakukan pada node, tergambar pada Tabel 3.
Gambar 4 penambahan kode untuk CoAP pada
Middleware
Gambar 5 penambahan kode untuk MQTT pada
Middleware
Tabel 2 Konfigurasi Jaringan 6LoWPAN
Parameter Node A Node B Middleware
IP Address fe80::c030 :955d:d2b 7:aae1
fe80::c030: 955d:d2b7:
aae5
fe80::c030:95 5d:d2b7:aae9
Prefix /64 /64 /64
Channel 11 11 11
Pan_Id 0x24 0x24 0x24
4.3 Sensor Node
Pada penelitian ini kami memiliki 2 node
sensor. Node A untuk protokol MQTT dan
node B untuk protokol CoAP. Setiap node akan terpasang sensor dht 11. Selain itu setiap node
juga terpasang modul MRF24J40MA/RM agar bisa berinteraksi melalui 6LoWPAN.
payload akan berisikan informasi tentang nama protokol yang digunakan, timestamp, topik, nama sensor, ip address, jenis sensor, nilai kelembapan dan nilai daritemperatur.
5. PENGUJIAN DAN ANALISIS
5.1 Pengujian Fungsional
1. Pengujian pertama adalah melakukan pengujian pada jaringan, memastikan setiap
node telah terhubung. Gambar 6 dan 7 menunjukkan node A dan B telah terhubung ke middleware.
2. Pengujian service protokol MQTT pada
node A. Ditunjukkan pada Gambar 8
3. Pengujian service protokol CoAP pada
node B. Ditunjukkan pada Gambar 9.
4.
Pengujian middleware mampu menerima paket dari node A dan node B. Gambar 10 menunjukkan middleware menerima paket MQTT dari node A dan Gambar 11 menunjukkan middleware menerima paket CoAP dari node B.Gambar 6 Tes ICMP dari Middeware ke Node A
Gambar 7 Tes ICMP dari Middeware ke Node B
Gambar 8 Tes Service MQTT
Gambar 9 Tes Service CoAP
Gambar 10 Middleware Monitor MQTT paket
6. Kesimpulan dan Saran
Penerapan komunikasi 6LoWPAN antara sensor node dengan IoT middleware berhasil diterapkan. IoT middleware dapat berkomunikasi dengan teknologi 6LoWPAN. Pada sisi sensor node dapat melakukan pengiriman menggunakan layanan protokol CoAP dan MQTT melalui tekonologi 6LoWPAN. Pada sisi node middleware dapat dipastikan bahwa middleware dapat menerima dan memonitoring paket yang menggunakan protokol CoAP dan MQTT yang berjalan diatas 6LoWPAN. Perlu diperhatikan agar CoAP dan MQTT dapat bekerja pada tekonologi 6LoWPAN adalah memastikan node
middleware sudah menyediakan TCP6 dan UDP6 dimana kedua protokol tersebut yang membuat CoAP dan MQTT dapat berkomunikasi berbasis Ipv6.
