Fakultas Ilmu Komputer
405
Implementasi Kura
Framework
pada Purwarupa Rumah Cerdas
Muhammad Iqbal1, Sabriansyah Rizqika Akbar2, Bayu Priyambadha3
ProgramStudi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email : 1iqbalmuhammad1906@gmail.com, 2sabrian@ub.ac.id, 3bayu_priyambadha@ub.ac.id
Abstrak
Salah satu tantangan ketika mengimplementasikan sebuah sistem rumah cerdas adalah interoperability
dengan keberagaman perangkat dan teknologi yang berpotensi digunakan dalam sebuah sistem rumah cerdas (Lakomiak, 2017). Tantangan tersebut dapat diatasi dengan menerapkan IoT gateway pada sebuah sistem rumah cerdas. Iot gateway bertugas untuk menjembatani antara perangkat-perangkat
endpoint seperti sensor dan aktuator dengan broker agar perangkat-perangkat tersebut dapat mengirimkan informasi ke broker dan dapat terkontrol oleh client dari jarak jauh. Dari permasalahan tersebut, Eclipse mengembangkan sebuah IoT framework yang bernama Kura. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengimplementasikan Kura pada purwarupa sistem rumah cerdas dan menguji performa yang diberikan. Untuk mengetahui kinerja dari purwarupa sistem rumah cerdas yang dibangun dilakukan pengujian validitas sistem dan perhitungan response time sistem. Dari hasil pengujian yang dilakukan, didapatkan bahwa dalam siklus otomasi publishing data dari perangkat client ke perangkat cerdas sampai data kembalian ditampilkan pada perangkat client dalam waktu 1 detik, sistem berhasil melakukan tugas dan menampilkan kembalian ke client sesuai dengan data yang di publish oleh client. Dengan rata-rata response time yang didapat yaitu 990,8 ms yang masih termasuk kurang dari 1 detik, kinerja purwarupa sistem rumah cerdas menggunakan framework Kura dapat dikategorikan baik dan masih daat diterima oleh client (Neil, 2009).
Kata kunci : Kura, rumah cerdas, gateway, framework, IoT
Abstract
One of the challenges when implementing a smart home system is the interoperability with the diversity of devices and technologies that are potentially used in an intelligent home system (Lakomiak, 2017). These challenges can be overcome by applying IoT gateways to a smart home system. IoT gateway is responsible for bridging between endpoint devices such as sensors and actuators with brokers so that these devices can send information to the broker and can be controlled by the client remotely. From that problem, Eclipse developed an IoT framework called Kura. The purpose of this study is to implement Kura on the prototype of a smart home systems and test the performance provided. To know the performance of the prototype of a smart home system built is done testing the validity of the system and calculation of the response time system. From the results of the tests conducted, it was found that in the automation cycle of publishing data from the client device to the smart device until the data returned displayed on the client device within 1 second, the system successfully perform the task and display the return to the client in accordance with the data published by the client. With the average response time in one cycle is 990.8 ms which is still less than 1 second, the performance of the intelligent home system prototype using the Kura framework can be categorized well and still accepted by the client (Neil, 2009).
Keyword : Kura, smarthome, gateway, framework, IoT
1. PENDAHULUAN
Internet of Things (IoT) merupakan sebuah konsep yang memanfaatkan konektifitas internet untuk menghubungkan perangkat elektronik agar dapat saling berkomunikasi satu sama lain. Dalam konsep IoT, perangkat-perangkat yang
bahwa rumah cerdas merupakan salah satu yang banyak dikembangkan atau menjadi isu diskusi seputar IoT)
Rumah cerdas merupakan salah satu perwujudan dari implementasi IoT dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat 6 aspek utama yang ada pada rumah cerdas yaitu Lingkungan (suhu/air, pencahayaan, pengelolaan energi, pengukuran), Keamanan (alarm, detektor gerakan, detektor lingkungan), Hiburan (audio visual, internet), Peralatan rumah tangga (memasak, membersihkan, peringatan pemeliharaan), informasi dan komunikasi (telepon dan internet) dan kesehatan (telecare dan asisten rumah) (King, 2003). Dalam membangun sebuah ekosistem rumah cerdas, salah satu permasalahan yang umum ditemukan adalah keberagaman dari setiap perangkat/sensor yang digunakan. Untuk dapat mengelola keseluruhan perangkat yang terlibat dalam sebuah sistem rumah cerdas, perlu adanya sebuah framework yang berperan menjembatani perbedaan yang dimiliki oleh tiap perangkat agar dapat dioperasikan dengan efektif.
Diantara beberapa framework yang dikembangkan oleh projek IoT dari berbagai produsen untuk memudahkan implementasi ekosistem IoT, Eclipse mengembangkan sebuah
framework bernama Eclipse Kura. Eclipse kura merupakan sebuah framework yang berbasis Java-OSGi yang dikembangkan untuk aplikasi IoT. Kura dapat berfungsi sebagai wadah yang tepat untuk aplikasi Machine-to-Machine
(M2M) yang berjalan pada layanan gateway dan dapat memanfaatkan berbagai macam protokol jaringan untuk berkomunikasi dengan perangkat pada layer yang lebih rendah (Paolo, 2016). (menghubungkan bagaimana kura dapat menyelesaikan masalah yang terdapat pada rumah cerdas).
Pada penelitian ini akan mengimplementasikan framework Kura dengan membangun sebuah purwarupa sistem rumah cerdas. Framework Kura diimplementasikan pada setiap perangkat/node yang berperan sebagai pengirim data pada ekosistem rumah cerdas. Kemudian pada sisi client akan diimplementasikan sebuah tampilan website
pada browser untuk menampilkan data yang dikirimkan dari perangkat/node. Setelah implementasi sistem berjalan, kinerja dari sistem rumah cerdas diuji dengan menlakukan validasi pada setiap fungsi sistem baik pada perangkat Kura maupun pada perangkat client. Setelah validasi dilakukan, pengujian dilanjutkan
dengan menghitung response time sistem untuk dapat menerima, memproses, sampai menampilkan informasi yang diinginkan oleh
client pada antarmuka client. Setelah kedua pengujian tersebut, kemudian hasil dari kedua pengujian dianalisa untuk menentukan kualitas kinerja dari sistem rumah cerdas yang dibangun dengan memanfaatkan framework Kura. Pada akhir penelitian ini, terdapat kesimpulan dari keseluruhan penelitian yang dilakukan dan saran untuk pengembangan dari penelitian ini.
2. LANDASAN PUSTAKA
2.1 Framework Kura
Kura adalah sebuah framework untuk aplikasi IoT (Internet of Thing) yang juga menyediakan sebuah platform untuk membangun IoT gateway. Kura menawarkan sebuah wadah berbasis Java-OSGi (Open Service Gateway initiative) untuk aplikasi
Machine-to-Machine yang berjalan pada layanan gateway. Kura merupakan gambaran rancangan dan implementasi gateway dari kompleksitas skenario industri di dunia nyata yang terdiri dari hardware/perangkat jaringan yang berbeda. Untuk itu Kura mengumpulkan dan mengendalikan informasi perangkat dan mendukung penyederhanaan dari keseluruhan proses pengembangan dan penyebaran.
Gambar 1. Kura eclipse dalam topologi MQTT
Sumber : (Eurotech, 2014b)
terhubung dengan Kura.
2.2 Rumah Cerdas
Rumah cerdas atau smarthome merupakan rumah atau gedung yang dilengkapi dengan teknologi tinggi yang memungkinkan berbagai sistem dan perangkat di rumah dapat berkomunikasi satu sama lain. Pada rumah cerdas terdapat beragam perangkat seperti alarm, pengatur suhu, televisi dan lampu yang dapat saling berbagi informasi dan memberi perintah antar perangkat. Setiap perangkat yang menjadi komponen sistem rumah pintar terbagi menjadi dua kelompok besar yaitu perangkat yang terintegrasi dengan sensor dan perangkat yang tidak terintegrasi dengan sensor. Pada perangkat yang terintegrasi dengan sensor, otomasi kerja perangkat bergantung pada informasi yang diberikan oleh sensor kepada perangkat tersebut. Sedangkan untuk perangkat yang tidak terintegrasi, otomasi kerja dapat melalui waktu yang diprogram atau melalui remote jarak jauh.
Terdapat 6 aspek utama yang dicakup dalam sebuah sistem rumah cerdas diataranya adalah Lingkungan, Keamanan, Hiburan, Peralatan rumah tangga, Informasi dan Komunikasi serta Kesehatan. Pada penelitian ini melakukan simulasi rumah cerdas pada aspek lingkungan yang berarti perangkat yang disimulasikan mengirimkan data berupa nilai kondisi seperti suhu dan cahaya. Perangkat yang dipilih untuk disimulasikan merupakan perangkat yang teritegrasi dengan sensor sehingga data dan informasi yang dikirimkan antar perangkat dalam hal otomasi kerja dapat dikirimkan kepada perangkat client sehungga dapat dimonitor. Perangkat yang disimulasikan adalah perangkat lampu, pintu dan pengatur suhu.
2.3 Message Queue Telemetry Transport (MQTT)
Message Queuing Telemetry Transport
(MQTT) merupakan sebuah protokol transport
ringan yang efisien dalam menggunakan
bandwith jaringan yang hanya menggunakan
header dengan ukuran tetap yaitu 2 byte (Kodali & Soratkal, 2016). MQTT berjalan diatas TCP dan menjamin keberhasilan pengiriman pesan dari node kepada server/broker. MQTT sangat cocok digunakan pada sistem yang menggunakan sumber daya dan kapabilitas yang terbatas.
MQTT merupakan protokol yang
menggunakan model komunikasi
publish/subscribe. Pada penerapannya, MQTT melibatkan dua buah agen yaitu MQTT client
dan MQTT broker atau MQTT server. MQTT
client merupakan perangkat yang terhubung ke jaringan dan melakukan pertukaran pesan menggunakan protokol MQTT. MQTT client
dapat melakukan publish pesan yang disebut
publisher, dan juga dapat melakukan subscribe
pesan yang disebut subscriber. MQTT broker
merupakan perangkat yang menghubungkan beberapa MQTT client. MQTT broker
menerima dan mentransmisikan pesan antar
client yang terhubung dengannya. Ketika sebuah
client ingin menyebarkan pesan maka client
akan mengirimkan (publish) pesan tersebut kepada MQTT broker. Selanjutnya, pesan yang diterima akan diteruskan kepada MQTT client
yang melakukan subscribe pesan tersebut.
Publisher dan subscriber terisolasi yang berarti kedua pihak tidak mengetahui satu sama lain.
2.4 Websocket
Websocket merupakan sebuah protokol yang dirancang untuk dapat bekerja pada infrastuktur web saat ini. Protokol ini digunakan untuk dapat menampilkan data yang di subscribe
oleh client pada halaman web client sehingga data yang di-publish oleh dapat langsung tertampil pada halaman web client secara real-time.
Penggunaan Websocket pada implementasi rumah pintar yang menggunakan protokol MQTT dikarenakan Websocket memiliki sangat sedikit overhead dalam hal bandwith dan latency
dibandingkan dengan request HTTP klasik yang masih dibutuhkan ketika menggunakan (long) polling (HiveMQ, 2015). Konsep Websocket yang hanya menggunakan sedikit overhead
sangat cocok dengan protokol mwtt sehingga performa yang dihasilkan akan lebih optimal. Dengan menggunakan Websocket pada komunikasi MQTT memungkinkan web browser menjadi publisher juga sehingga komunikasi dua arah dapat dilakukan.
2.5 Response Time
Response time merupakan banyaknya waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk mulai dari mengambil data masukkan, memproses data, sampai mendapatkan hasil yang diharapkan. Pada service HTTP, nilai utama yang memiliki dampak pada user experience
server (Stusek, et al., 2015). Berdasar pada artiket yang ditulis oleh Neilsen bahwa batas
response time yang dapat diterima oleh pengguna ketika berinteraksi dengan komputer adalah dibawah 1 detik. Dengan waktu tunggu dibawah 1 detik pengguna akan menganggap waktu yang wajar dan berfikir bahwa komputer sedang memproses data untuk ditampilkan (Neilsen, 2009).
3. PERANCANGAN DAN
IMPLEMENTASI
3.1 Perancangan
Gambar 2. Diagram blok sistem rumah cerdas
Pada gambar 2, memperlihatkan bahwa pada penelitian ini sistem yang dibangun dirancang dengan rincian sebagai berikut :
1. Perangkat cerdas (lampu, suhu, dan pintu) yang merupakan sebuah virtual machine
melakukan publish dan subscribe kepada
broker melalui internet dengan port 1883, MQTT.
2. Perangkat client dapat melakukan publish
dan subscribe kepada broker melalui internet dengan port 9001, Websocket. 3. Broker dapat meneruskan dan menerima
paket kepada perangkat cerdas dan perangkat client melalui internet menggunakan port 1883 (MQTT) dan 9001 (Websocket).
3.1.1 Perancangan Antarmuka Perangkat Cerdas
Antarmuka perangkat rumah cerdas dibangun menggunakan metatype pada bahasa xml. Pada gambar 3 berikut memperlihatkan rancangan antarmuka pada perangkat cerdas Kura.
Gambar 3. Rancangan antarmuka perangkat cerdas
Kura
3.1.2 Perancangan Antarmuka Perangkat Client
Antarmuka client pada sistem rumah cerdas dibangun menggunakan bahasa html, css dan javascript. Pada gambar 4 berikut memperlihatkan rancangan antarmuka dari perangkat lunak client.
Gambar 4. Rancangan antarmuka perangkat client
3.2 Implementasi
3.2.1 Implementasi Framework Kura
Untuk dapat menggunakan framework
Kura, terlebih dahulu menginstall beberapa paket dependensi library yang dibutuhkan oleh Kura dan perangkat lunak yang digunakan untuk pengembangan Kura. Beberapa perangkat lunak utama yang digunakan untuk pengembangan dan implementasi framework Kura yaitu Java Virtual Machine, Eclipse JEE IDE, paket intalasi Kura
Framework, dan Kura workspace-archive-2.1.0.
Framework Kura yang digunakan pada penelitian ini adalah Kura versi 2.1.0 versi no network admin dan untuk pengembangannya menggunakan kombinasi Eclipse IDE, Java VM dan dengan memasukkan paket workspace-archive pada Eclipse IDE.
Services
http ://[broker-IP-Address]
3.2.1 Implementasi Mosquitto broker
Implementasi broker pada purwarupa sistem rumah cerdas ini dibangun menggunakan Mosquitto broker versi 1.4.9 yang sudah mendukung penggunaan Websocket yang berjalan pada sistem operasi Linux Mint. Karena secara default Mosquitto pada versi ini menonaktifkan penggunaan Websocket, maka sebelum instalasi dilakukan terlebih dahulu dilakukan konfigurasi untuk mengaktifkan penggunaan Websocket pada file config.mk pada folder Mosquitto broker. Untuk mengaktifkan websocket pada file config.mk dilakukan dengan mengganti kode
WITH_WEBSOCKET:=no menjadi
WITH_WEBSOCKET:=yes . Setelah itu dilanjutkan dengan menjalankan instalasi Mosquitto.
3.2.2 Implementasi Antarmuka Perangkat Cerdas
Implementasi antarmuka pada perangkat cerdas dibangun menggunakan bahasa xml. Pada penelitian ini implementasi hanya dengan menambahkan forminput ketika paket perangkat cerdas diinstal pada Kura web UI. Pada gambar 5 berikut merupakan implementasi antarmuka perangkat cerdas Kura :
Gambar 5. Implementasi Antarmuka Perangkat
Cerdas Kura
3.2.3 Implementasi Antarmuka Perangkat Client
Antarmuka client dibangun menggunakan bahasa html dan css yang dipadukan dengan fungsi html sehingga dapat menjadi tampilan yang interaktif dan mudah untuk dioperasikan oleh pengguna. Berikut gambar 6 memperlihatkan hasil dari implementasi antarmuka client :
Gambar 6. Implementasi Antarmuka Perangkat
Cerdas
4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1 Pengujian Validasi
Pengujian ini dimaksudkan untuk menguji apakah setiap fungsi yang telah dirancang pada rekayasa kebutuhan serta perangcangan sistem yang dibuat sesuai dengan maksud dan tujuan dari penelitian ini.
4.1.1 Pengujian Validasi Koneksi ke Broker
Gambar 7. Koneksi dari client ke broker berhasil
dibuat
Pada gambar 7, koneksi berhasil dilakukan dari client dengan alamat IP public 139.192.204.16 dengan Id client yaitu 08:00:27:10:0D:78 selanjutnya broker
mengirimkan CONNACK sebagai balasan bahwa koneksi berhasil dibuat kepada perangkat lampu cerdas.
4.1.2 Pengujian Validasi Publish Perangkat Cerdas
Gambar 8. Log Publish data dari client ke broker
Pada gambar 8, pengujian pubilish dilakukan dengan mengirimkan data ke broker.
“Received PUBLISH” pada log berarti broker
telah menerima pesan dari 08:00:27:10:0D:78 (ID dari perangkat lampu cerdas Kura) dengan
QoS 1, topik “lampucerdas”, dan besaran paket
4.1.3 Pengujian Validasi Subscribe Perangkat Client
Gambar 9. Subscribe data oleh perangkat client
Pada gambar 9, subscribe dilakukan dengan memasukkan topik yang ingin di subscribe dan QoS yang ingin digunakan. Pada gambar 10 menampilkan hasil subscribe data lampu cerdas oleh client terlihat bahwa intensitas nyala lampu dan status dari lampu berubah mengikuti data sensor cahaya yang kedua data tersebut ditampilkan pada halaman web client lampu cerdas.
Gambar 10. Hasil Subscribe data pada perangkat
client
4.1.4 Pengujian Validasi Pop-up Notifikasi
Gambar 11. Pop-up notifikasi pada perangkat lunak
client
Pengujian pup-up dilakukan ketika suatu kondisi terpenuhi sehingga sistem menampilkan
pop-up pesan untuk memberitahu client bahwa suatu event terjadi. Pada gambar 11, pop-up
notifikasi muncul ketika suhu pada perangkat cerdas pengukur suhu menagkap suhu diatas 39 derajat Celcius, yang kemudian perngkat suhu
mengirimkan pesan “DANGER” yang kemudian
ditampilkan pada antarmuka perangkat client.
4.2 Pengujian Response Time
Pengujian respons time digunakan untuk melihat seberapa banyak waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk menerima input data dan memproses dan mengirimkannya melalui broker
sampai dengan sistem menghasilkan output
sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian
response time ini merupakan pengujian untuk kebutuhan non-fungsional pada rekayasa kebutuhan yaitu pengujian response time publish
data perintah dari perangkat client dan response
time publish data dari perangkat cerdas.
Pengujian dilakukan dengan menambahkan kode untuk mengambil timestamp perangkat lunak untuk menghitung processing time pada perangkat client dan perangkat cerdas dan
transmission time paket antara perangkat client,
broker, dan perangkat cerdas. Kemudian, response time didapatkan dengan melakukan kalkulasi processing time dari publisher data,
transmission time data dari publisher ke broker,
transmission time data dari broker ke subscriber
data, dan processing time data sampai mendapatkan hasil yang diinginkan.
4.3 Analisis Pengujian Validasi
Dari hasil pengujian validasi terhadap kebutuhan fungsional pada entitas perangkat lampu cerdas, pintu cerdas, suhu cerdas, dan perangkat client dapat disimpulkan bahwa seluruh kebutuhan fungsional yang telah dijabarkan pada rekayasa kebutuhan bernilai valid yang berarti seluruh kebutuhan fungsional berhasil dilakukan oleh sistem rumah cerdas kura. Pada setiap pengujian dibuktikan melalui
source code, tampilan UI dan log pada Mosquitto broker. Hal ini dilakukan sebagai pendukung keberhasilan dari pengujian validasi kebutuhan fungsional yang dilakukan pada sistem rumah cerdas kura.
Source code program memperlihatkan variabel dan algoritma yang digunakan untuk melakukan aksi sesuai dengan kebutuhan fungsional. Kemudian untuk interaksi dengan
client maupun admin perangkat cerdas kepada sistem digunakan web client UI Kura web UI. Dan pada bagian terakhir dari setiap kasus uji pengujian validasi yaitu menampilkan log pada Mosquitto broker yang membuktikan bahwa komunikasi antara perangkat cerdas, broker, dan perangkat client di dalam sistem rumah cerdas berhasil dilakukan.
4.4 Analisis Pengujian Response Time
4.4.1 Analisis Pengujian Response Time Publish Data Perintah dari Perangkat Client
berada dalam kategori responsif karena memiliki nilai kurang dari 1 detik (1000 ms) (Neilsen, 2014).
Gambar 12. Analisis pengujian response time
publish data perintah dari perangkat client
4.4.2 Analisis Pengujian Response Time Publish Data dari Perangkat Cerdas
Gambar 13. Analisis response timepublish data
dari perangkat cerdas
Pada gambar 13, terlihat bahwa response time publish data dari perangkat client berada di rentang waktu paling rendah pada percobaan ke-4 yaitu 1ke-42 ms dan paling tinggi pada percobaan ke-8 yaitu 381 ms dengan nilai rata-rata yaitu 238,2 ms. Berdasarkan data rentang dan rata-rata
response time dapat disimpulkan bahwa
response time publish dari perangkat client
berada dalam kategori sangat responsif karena berada kurang dari 1 detik (1000 ms) (Neilsen, 2014).
5. KESIMPULAN
Untuk membangun sebuah purwarupa sistem rumah cerdas dibutuhkan analisis kebutuhan dari sistem, perancangan alur kerja sistem, dan implementasi setiap perangkat yang digunakan untuk membangun sistem. Analisis kebutuhan mencakup segala kebutuhan fungsional dan non-fungsional yang dibutuhkan sistem. Perancangan sistem mencakup perancangan alur kerja sistem dan arsitektur
sistem. Setelah sistem dibangun dan dapat berjalan sesuai dengan perancangan, maka dilakukan pengujian untuk mengetahui kinerja dari sistem yang dibangun. Pengujian yang dilakukan pada purwarupa sistem rumah cerdas berupa pengujian validasi pada fungsional sistem dan pengujian response time pada sistem. Dari hasil yang didapatkan pada pengujian validasi diketahui bahwa purwarupa sistem rumah cerdas yang dibangun dengan menggunakan Kura framework dapat memenuhi semua kebutuhan fungsional sistem. Dan dari hasil pengujian response time yang dilakukan didapatkan bahwa dalam pengujian dengan percobaan sebanyak 10 kali dengan setiap percobaan diatur dengan perulangan setiap 1 detik, didapatkan bahwa rata-rata response time
yang didapatkan dari client mengirimkan perintah sampai client mendapatkan kembali informasi perbaruan status dari perangkat cerdas adalah 990,9 ms yang masih berada dibawah 1 detik. Nilai tersebut menunjukkan bahwa
response time purwarupa sistem rumah cerdas yang dibangun dengan menggunakan Kura
framework masuk dalam kategori baik, karena dengan response time kurang dari 1 detik pengguna masih menerima dan menganggap bahwa sistem sedang memproses data untuk ditampilkan kepada pengguna (Neilsen, 2009).
DAFTAR PUSTAKA
Eurotech, 2014. Kura - A Java Gateway for the Internet of Things. [Online] Available at : https://www.eurotech.com/en/press+roo m/news/?672 [Diakses 11 Juni 2017]
HiveMQ, 2015. MQTT over Websockets with HiveMQ. [Online] Available at: http://www.hivemq.com/blog/mqtt-websockets-with-hivemq [Diakses 15 Mei 2017].
King, N., 2003. Smart Home – A Definiton. Milton Keynes : Intertek Research & Testing Centre
Kodali, R. K. & Soratkal, S., 2016. MQTT based Home Automation System Using ESP8266, Warangal: National Institute of Technology.
816 714 828 850 657614829
603832 784 Response time publish data dari
perangkat client Response time publish data dari
12 Juli 2017].
Neilsen, J., 2009. Powers of 10 : Time Scales in User Experience. [Online] Available at: http://www.nngroup.com/articles/powers -of-10-time-scales-in-ux/[Diakses 11 June 2017].
Paolo, B. & Zanni, A., 2016. Towards Better Scalability for IoT-Cloud Interactions via Combined Exploitation of MQTT and CoAP, Italy: University of Bologna.
Perunal, T., 2015. IoT Device Management Framework for Smart Home, Malaysia: Universiti Putra Malaysia.
