Prototipe Arduino Untuk Sistem Identifik

69

Prototipe Arduino Untuk Sistem Identifikasi Lokasi Berbasis GPRS

Edi Sukriansyah

1)

, Rahmad Dawood

2)

, Nasaruddin

3) 1-3)

Jurusan Teknik Elektro, Universitas Syiah Kuala

1,3)

Magister Teknik Elektro, Universitas Syiah Kuala

Jl. Syech Abdur Rauf 7, Darussalam 23111 Indonesia

email : edisukriansyah@gmail.com, rahmad.dawood@ elektro.unsyiah.ac.id, nasaruddin@elektro.unsyiah.ac.id

ABSTRAK

Perkembangan teknologi dan aplikasi mobile berkembang dengan sangat pesat, khususnya aplikasi berbasis informasi lokasi. Saat ini, hampir semua kendaraan modern dan smartphone sudah dilengkapi dengan global positioning system (GPS) yang dapat menyediakan informasi lokasi berupa titik koordinat dari suatu lokasi. Namun demikian, GPS memiliki kekurangan dalam hal lock satelit yang lama pada saat perangkat mulai dinyalakan dan tidak dapat lock satelit saat berada dalam suatu ruangan ataupun berada pada daerah yang memiliki rintangan udara. Untuk itu, paper ini mengusulkan suatu prototipe yang bisa identifikasi lokasi dengan menggunakan arduino GPRS shield. Metode penelitian yang digunakan berbasis eksperimental yaitu perancangan, pembuatan dan pengujian. Identifikasi lokasi didasarkan pada cell id dari base station terdekat. Pengujian awal dilakukan untuk mendeteksi lokasi pengguna dan base tranceiver station (BTS). Hasil pengujian menunjukkan bahwa hanya lokasi BTS yang bisa dideteksi oleh prototipe, yang seharusnya lokasi pengguna juga harus teridentifikasi. Hal ini disebabkan belum terimplementasi metode triangulation base station untuk meningkatkan tingkat akurasi dari prototipe yang dibangun.

Kata Kunci: prototipe, informasi lokasi, cell id, arduino GPRS shield.

1. Pendahuluan

Aplikasi informasi lokasi berbasis mobile merupakan layanan yang dapat dimanfaat untuk mengetahui lokasi dan pemantauan posisi secara langsung. Aplikasi ini akan terus berkembang dimasa mendatang, dimana saat ini hampir semua kendaraan moderen dan smartphone telah dilengkapi dengan global positioning system (GPS). GPS dapat menyediakan informasi lokasi berupa titik koordinat dari suatu lokasi. Dengan tersedianya teknologi GPS pada smartphone telah mendorong berbagai operator selular untuk menyediakan layanan informasi berbasis lokasi atau location based services (LBS) melalui base station (BS).

Namun demikian, platform lokalisasi dan data lokasi yang dapat diberikan oleh BS masih perlu dikembangkan lebih lanjut.

Teknik lokalisasi saat ini dapat diklasifikasikan kedalam 2 (dua) kategori yaitu berbasis terminal dan berbasis jaringan. Teknik berbasis terminal mencapai akurasi yang baik untuk menentukan lokasi, namun mempunyai keterbatasan dalam hal lock satelit yang lama pada saat perangkat mulai dinyalakan dan pengaruh obstacles. Sedangkan teknik lokasi berbasis jaringan memiliki latency waktu yang cepat [1]. Ada beberapa teknologi lokasi berbasis jaringan yaitu cell id, angle of arrival (AOA), time of arrival (TOA), dan time difference of arrival (TDOA). Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan sistem penentu lokasi berdasarkan cell id yang dapat mendeteksi lokasi dengan cepat. Komponen yang paling penting untuk mendeteksi lokasi dengan menggunakan jaringan seluler adalah received signal strength indication (RSSI), timing advance (TA), cell id dan location area code (LAC). Cell id merupakan nomor unik yang digunakan untuk mengidentifikasi setiap base tranceiver station (BTS) pada jaringan global system for mobile communication (GSM) dalam LAC. Cell id melakukan pencarian lokasi dengan melacak menara terdekat yang terhubung dengan lokasi dan nomor ponsel dari masing-masing sektor BTS. Cell id bekerja dengan cara mencari lokasi perangkat bergerak dengan melacak menara terdekat dengan perangkat bergerak tersebut. Operator perangkat bergerak bisa menggunakan database untuk mengidentifikasi lokasi dan nomor perangkat bergerak yang digunakan, dari masing-masing sektor dan BTS. Dalam hal ini dibutuhkan minimal tiga buah base station tetangga untuk dapat menentukan posisi yang lebih akurat [2].

70 dibangun untuk menentukan koordinat lokasi berdasarkan cell id base station terdekat. Namun demikian, prototipe awal ini hanya difokuskan untuk memperoleh koordinat lokasi prototipe arduino dengan menggunakan teknologi lokasi berbasis cell id. Prototipe awal ini juga belum berhasil dilakukan triangulation BS untuk meningkatkan akurasi posisi. Untuk melakukan metode triangulation dibutuhkan minimal tiga buah base station beserta komponennya, tetapi hasil pengujian baru diperoleh dua BS yang dapat ditampilkan pada saat perintah at commands dijalankan.

2. Landasan Teori

2.1 Teknologi LBS

Location based service (LBS) merupakan layanan informasi yang memiliki kemampuan mencari lokasi geografis dari perangkat mobile dan menyediakan layanan berdasarkan lokasi yang diperolehnya. Layanan berbasis lokasi memberikan kemungkinan komunikasi dan interaksi dua arah. Oleh karena itu pengguna meminta penyedia layanan untuk mendapatkan informasi yang dibutuhkan, dengan referensi posisi pengguna tersebut. Gagasan yang melatarbelakangi munculnya LBS adalah dapat menjawab pertanyaan berikut:

- Dimanakah saya?

- Apa dan siapa disekitar saya?

Layanan berbasis lokasi dapat digambarkan sebagai suatu layanan yang berada pada pertemuan tiga teknologi yaitu : geographic information system (GIS), internet service, dan mobile devices [3]. Adapun irisan ketiga teknologi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1 [4]. Sehingga teknologi LBS dapat digunakan untuk berbagai aplikasi praktis dalam menentukan posisi geografis.

Gambar 1. LBS sebagai irisan tiga teknologi [4]

2.2 Arduino GPRS shield

Arduino adalah kit mikrokontroler yang serba bisa dan sangat mudah penggunaannya. Arduino GPRS shield merupakan mikrokontroler yang bersifat open-source yang dirancang layaknya sebuah ponsel. Perangkat kerasnya memiliki chipset sim900 sebagai modul GSM dan perangkat lunaknya menggunakan

bahasa C [5]. Untuk berkomunikasi dan mengendalikan shield ini digunakan at commands. Gambar 2 menunjukkan konfigurasi sistem hardware arduino GPRS shield v2.0 yang berkomunikasi melalui at commands.

AT COMMAND

Gambar 2. komunikasi dengan at commands

2.3 Time of Arrival (TOA)

TOA merupakan metode penentuan lokasi dengan menghitung lama waktu perjalanan sinyal antara mobile device dan BTS dan membandingkannya dengan waktu kedatangan sinyal dari BTS tetangganya.

Gambar 3. Triangulation sinyal BTS [6]

(1)

dimana:

TA adalah timing of advance c adalah kecepatan cahaya

Metode kuat sinyal adalah metode yang digunakan untuk meningkatkan akurasi cell id berbasis lokasi. Untuk mendapatkan posisi yang tepat dari mobile device, pertama jarak mobile device ke berbagai BTS diukur dengan menggunakan rumus jarak yang disebutkan dalam bagian sebelumnya. Ketiga lokasi yang tepat dari mobile device dapat dihitung dengan menggunakan jarak ini. Hal ini membutuhkan setidaknya tiga jarak ke tiga BTS. Dengan Pendekatan matematik, maka dapat dihitung posisi mobile device dengan persamaan [7] :

₍₂₎

₍₃₎

71 dimana, (x, y) adalah lokasi mobile, (x1, y1), (x2, y2) dan (x3,

y3) adalah masing-masing koordinat BTS 1, BTS 2 dan

BTS 3. d1, d2 dan d3 adalah jarak dari BTS 1, 2 dan BTS 3

ke masing-masing mobile device. Dua kemungkinan penentuan lokasi dari mobile device dapat dihitung dengan memecahkan persamaan dua dan tiga atau memecahkan persamaan dua dan empat.

2.4 AT commnand

AT Command merupakan perintah-perintah yang digunakan dalam komunikasi dengan serial port. AT adalah singkatan dari attention. Setiap baris perintah dimulai dengan "AT" atau "at". At command juga berfungsi sebagai perintah untuk mengontrol modem. Dengan AT Command kita dapat mengetahui vendor dari perangkatn mobile yang digunakan, kekuatan sinyal, membaca pesan yang ada pada SIM Card, mengirim pesan, mendeteksi pesan SMS baru yang masuk secara otomatis, menghapus pesan pada SIM Card dan masih banyak lagi yang lainnya.

2.5 Cell Global Information (CGI)

CGI adalah sebuah identititas (ID) yang unik dari cell-cell dalam suatu jaringan seluler. CGI terdiri dari [8]:

 Mobile Country Code (MCC) adalah identifikasi suatu negara dengan menggunakan 3 digit . 3 digit MCC ini merupakan bagian dari format penomoran IMSI, dimana secara total IMSI terdiri dari 15 digit.  LAC adalah identifikasi yang digunakan untuk

menunjukan kumpulan beberapa cell. Sebuah LAC dapat digunakan dalam 2 (atau lebih) BSC yang berbeda, asalkan masih dalam 1 MSC yang sama. Informasi lokasi LAC terakhir dimana sebuah MS berada akan disimpan di VLR dan akan diupdate apabila MS tersebut bergerak dan memasuki area dengan LAC yang berbeda.

 Cell Id adalah identifikasi sebuah cell dalam jaringan seluler. Cell-ID beroperasi di sebagian besar jenis jaringan seluler, termasuk GSM, GPRS, dan UMTS / HSDPA. Cell id adalah nomor unik untuk mengidentifikasi BS dan merupakan cara paling sederhana untuk menggambarkan lokasi umum handset.

3. Metode Penelitian

Metode penelitian dimulai dengan mempelajari konsep dan teori terkait dengan penentuan lokasi dengan menggunakan mikrokontroler. Dalam hal ini coba dibangun prototipe identifikasi lokasi berbasis arduino shield gprs. Tahapan awal yang dilakukan untuk menentukan lokasi dengan prototipe ini adalah melakukan upgrade firmware arduino gprs shield ke versi terbarunya agar nantinya dapat menjalankan perintah at command untuk mendapatkan koordinat lokasi. Kemudian

dilanjutkan dengan pengujian prototipe menggunakan at command lokasi sehingga nantinya didapatkan longitude dan latitude prototipe. Hasil posisi yang didapat kemudian dipetakan ke google maps untuk dilihat lokasi keberadaan prototipe. Selanjutnya dilakukan analisa terhadap pengukuran selisih jarak antara hasil yang ditunjukkan oleh prototipe dengan koordinat sebenarnya. Adapun proses pengerjaan penelitian digambarkan dalam diagram blok sebagai berikut.

Gambar 4. Diagram blok penelitian

3.1 Rancangan Prototipe

Gambar 5. Konfigurasi prototipe

Perancangan prototipe identifikasi lokasi merupakan tahap awal dari perancangan perangkat keras. Perancangan ini menggunakan mikrokontroler arduino duemilanove dan GPRS shield arduino v2.0. Kedua shield ini dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat berinteraksi satu sama lainnya. Shield GPRS ini dilengkapi dengan adapter simcard yang digunakan untuk identifikasi cell id yang sedang melayani dan cell id BS yang berdekatan lainnya. Langkah pertama yang dilakukan untuk mengontrol shield GPRS agar dapat berinteraksi dengan melakukan perintah at commands melalui serial port. Adapun konfigurasi sistem untuk berinteraksi dengan arduino GPRS seperti pada Gambar 5 [8].

72 menggunakan sscom3.2. Komunikasi dibangun melalui pin digital D7 dan D8 mikrokontroler untuk mengubungkan port serial perangkat lunak dengan port serial perangkat kers yang kemudian diteruskan ke GPRS shield. Setelah koneksi dapat dibangun maka dapat dilakukan pengiriman data melalui perintah at command.

Salah satu at commands yang digunakan untuk mendapatkan informasi lokasi adalah AT+CENG. Command ini dapat menampilkan layanan informasi suatu base station yang sedang dilayani dan informasi base station berdekatan lainnya. Dikarenakan command ini tidak dikenali pada shield GPRS ini yang masih menggunakan tipe firmware yang versi lama yaitu tipe 1137B08SIM900M64_ST, maka dilakukan upgrade firmware ke tipe 1137B04V01SIM900M64_ST_EAT. Format penulisan command di software serial tools adalah AT+CENG=<mode>[,<Ncell>],

dimana:

- Nilai <mode> dapat diisi 1 atau 2 jika ingin menggunakan engineering mode dan 0 jika ingin menonaktifkan engineering mode. Engineering mode digunakan untuk mengijinkan pengguna melihat dan menguji informasi jaringan yang diterima oleh GPRS shield

- Nilai <Ncell> dapat disi 1 jika ingin ditampilkan parameter cell base station yang sedang dilayani, dan 0 jika tidak ingin ditampilkan parameter cell yang berdekatan.

Output yang diperoleh dari perintah ini adalah: [+CENG:

<arfcn> Absolute radio frequency

channel number <rxl> Receive level

<rxq> Receive quality

<mcc> Mobile country code

<mnc> Mobile network code

<bsic> Base station identity code <cellid> Cell id

<lac> Location area code

<rla> Receive level access minimum <txp> Transmit power maximum CCCH <TA> Timing Advance

Informasi parameter cell bisa ditampilkan secara bersamaan setiap detiknya. Berdasarkan dokumen at command sim900, maksimum komponen informasi cell yang bisa ditampilkan sebanyak 6 buah cell. Informasi lain yang bisa ditampilkan ketika dilakukan penambahan baris command AT+CIPGSMLOC. Command ini dapat menampilkan latitude , longitude , date dan time. Adapun Format perintah dan tahapan yang digunakan untuk mendapatkan koordinat posisi prototipe adalah :

AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS"

Hasil yang didapatkan dari identifikasi lokasi berdasarkan cell id dengan menggunakan simcard telkomsel dapat dilihat menggunakan IDE serial tool sebagai berikut:

Gambar 6. Identifikasi lokasi dengan at commands

Pada gambar diatas didapat hasil identifikasi lokasi :

Kode Lokasi = 0,95 Longitude = 95.305265 Latitude = 5.550888 Date = 2013/06/07 Time = 08:24:17

73 Gambar 7. Koordinat lokasi hasil pengujian

Identifikasi dilakukan juga ditempat lain dengan menggunakan simcard telkomsel daerah darussalam dengan didapat koordinat lokasi pengguna seperti peta dibawah ini.

Gambar 8. Lokasi pengujian daerah darussalam

Pengujian juga dilakukan menggunakan simcard PT Hutchison 3 yang dilakukan didaerah punge . Berikut identifikasi lokasi dengan simcard 3.

Gambar 9. Lokasi pengujian daerah punge

Dari data hasil pengujian yang diperoleh dapat direpresentasikan dalam tabel berikut:

Percobaan Koordinat Selisih

Akurasi Pembacaan

perangkat

Seharusnya

Pengujian 1 50_{33’03.12” N}

950_{18’19.20 E}

50_{33’00,28” N}

950_{18’24,59” E} 188 m

Pengujian 2 50_{34’13.29” N}

95021’54,40” E

50_{34’00.04” N}

95022’04,09” E

503 m

Pengujian 3 50_{33’04.54” N}

950_{18’36,77” E}

50_{32’59.22” N}

950_{18’26,15” E} 361 m

Tabel 1. Data hasil pengujian prototipe

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan didapat selisih koordinat lokasi melalui aplikasi dengan koordinat sebenarnya sekitar 100 meter sampai 500 m. Jarak ini diambil berdasarkan posisi base station terhadap prototipe arduino yang digunakan. Ini juga menunjukkan semakin dekat lokasi pengujian terhadap cell tower yang melayani maka semakin akurat hasil yang didapatkan.

5. Kesimpulan

Paper ini telah mengusulkan sebuah prototipe sistem identifikasi lokasi berbasis mikrokontroler GPRS shield Arduino. Pemilihan mikrokontroler GPRS shield Arduino pada penelitian ini karena merupakan perangkat open source yang mudah dioperasikan dan kompatibel dengan jaringan selular. Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksprimental yang terdiri dari perancangan, pembuatan dan pengujian. Kemudian, prototipe tersebut telah dirancang dan dibangun serta dibuat konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak dari sistem untuk dapat dikomunikasikan melalui at commands. Identifikasi lokasi menggunakan cell id yang memiliki kecepatan lebih cepat dalam menentukan koordinat lokasi dibandingkan menggunakan GPS yang membutuhkan waktu awal yang lama untuk menentukan lokasi. Pengujian awal terhadap prototipe telah dilakukan untuk penentuan lokasi dan koordinat untuk 3 titik posisi pengguna dengan 3 BTS. Hasil pengujian prototipe menunjukkan bahwa prototipe hanya mampu mendeteksi koordinat lokasi BTS, yang seharusnya juga mendeteksi lokasi pengguna. Hal ini disebabkan karena prototipe belum bisa menggunakan metode triangulation untuk meningkatkan keakuratan dalam mengindentifikasi lokasi. Untuk kedepan, prototipe akan dikembangkan lagi ke arah pendeteksian triangulation dan aplikasi yang terintegrasi dalam perangkat Arduino untuk sistem automasi pendeteksian lokasi pengguna secara real-time.

Referensi

[1] Eneh Joy Nnenna, Orah Harris Onyekachi. 2012. Mobile Positioning Techniques in GSM Cellular Networks: A Comparative Performance Analysis. Nigeria. IJCTEE.

[2] DanKenneth JonssonJørgen. 2002. Olavesen. Estimated accuracy of location in mobile networks using E-OTD. Grimstad. Agder University College.

[3] Juwita Imaniar,Arifin,Ahmad Subhan Khalilullah. 2011. Aplikasi Location Based Service untuk Sistem Informasi Publikasi Acara pada Platform Android. Surabaya. ITS

74 “End-User Attitudes towards Location Based Services and Future Mobile Wireless Devices: The Students’ Perspective”, Open Access, 2011.

[5] Margelis, Michael. 2011. Arduino Cookbook. USA : O’Reilly Media, Inc.

[6] M. A.Landolsi, A. H. Muqaibel, A. S. Al-Ahmari, H.-R. Khan and R. A. Al-Nimnim.2010. Performance Analysis of Time-of-Arrival Mobile Positioning in Wireless Cellular CDMA Networks. Croatia. Intech [7] Syed Asad Hussain, Muhammad Emran, Muhammad

Salman, Usman Shakeel, Muhammad Naeem, Sharjeel Ahmed, Muhammad Azeem. 2007. Positioning a Mobile Subscriber in a Cellular Network. Pakistan. IAENG International Journal of Computer Science System based on Signal Strength.