Penerapan Komunikasi Berbasis 6LoWPAN(802.15.4) Antara Node Sensor dengan IoT Middleware

  

Vol. 2, No. 12, Desember 2018, hlm. 6788-6792 http://j-ptiik.ub.ac.id

Penerapan Komunikasi Berbasis 6LoWPAN(802.15.4) Antara Node Sensor

dengan IoT Middleware

_{1 2 3} Binariyanto Aji , Eko Sakti Pramukantoro , Mahendra data

  Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya _{1 2 3} Email: binariyantoaji@student.ub.ac.id, ekosakti@ub.ac.id, mahendra.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, IoT, IoT middleware, CoAP, MQTT , interoperability

  

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.

  membatasi komunikasi antar perangkat 1. (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017).

   PENDAHULUAN

  (Desai, 2015) dalam penelitianya,

  internet of things (IoT) telah banyak

  menjelaskan Interoperability IoT dibagi mengubah kehidupan manusia. Manusia menjadi tiga jenis, yaitu Network Layer mendapat banyak kemudahan dari kemajuan

  Interoperability , Syntactical Interoperability,

  IoT. Dalam pengembangannya, IoT dihadapkan dan Semantic Interoperability. Network Layer sebuah permasalahan interoperabilitas.

  Interoperability. Dari permasalahan

  Disebabkan karena keberagaman perangkat dan

  Interoperability tersebut mulai sedikit

  protokol menyebabkan tidak adanya standart terpecahkan melalui Penelitian yang yang mengatur secara khusus, sehingga

  Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya

6788 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

  Penelitian kedua (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017) melakukan penelitian terhadap pengembangan interoperability IoT pada jenis

  dikemas dan ditentukan protokol komunikasinya, kemudian paket dikirim melalui jaringan 6LoWPAN.

  middleware , disana dilihatkan setelah paket

  mana pada penelitian ini peneliti membuat perangkat IoT middleware tersebut dapat berjalan pada Wireless Personal Area Network (WPAN) melalui 6LoWPAN. Tantangan dalam penelitian ini di mana middleware sebelumnya berjalan pada Ipv4. Karena alasan tersebut perlu adanya penambahan pada gateway sensor, sehingga middleware dapat berkomunikasi dengan Ipv6. Pada Gambar 1 menunjukkan penambahan subsistem pada sensor gateway

  Technical/Network layer Interoperability . Di

  Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian dari (Anwari, Pramukantoro, & Hanafi, 2017) dengan menambahkan pengembangan interoperability dari sisi

  3. PERANCANGAN SISTEM

  XMPP, AMQP, RESTFUL Service. Dengan hasil, protokol CoAP, MQTT, dan WEB service memiliki hasil lebih baik dari protokol lainya.

  Beberapa protokol yang yang dilakukan analisis yaitu protokol CoAP, MQTT, Web socket,

  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.

  melakukan pengembangan IoT middleware yang dapat menangani banyak data model dalam satu alat.

  Local Area Network . Peneliti berhasil

  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

  Syntactical Interoperability yang diterapkan

  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).

  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.

  Penelitian (Han, Bahram, Cao, & Crespi, 2015) melakukan penelitian yang bertujuan untuk melakukan simulasi penggunaan

  6LoWPAN.

  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

  middleware dan menambahkan sensor sebagai

  6LoWPAN. Dengan cara menambahkan perangkat 6LoWPAN pada perangkat IoT

  teknologi jaringan berdaya rendah yaitu

  middleware yang kemudian ditanamkan

  Di dadasari pada penelitian tersebut. dilakukan pengembangan dari penelitian sebelumnya mengenai implementasi IoT

  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).

  6LoWPAN, BLE (bluetooth low energy), ANT, NFC dan IrDA. Penelitian tersebut menyimpulkan dan membuktikan jika

  aplikasi perawatan kesehatan. Perangkat WPAN yang di komparasikan berupa ZigBee,

  Persolan Area Network yang diterapkan pada

  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

2. KAJIAN PUSTAKA

  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

  Gambar 1 Penambahan 6LoWPAN pada protokol MQTT dan akan dilewatkan

  middleware melalui jaringan 6LoWPAN.

  3.1 Kebutuhan Fungsional

  4 Node B bertindak sebagai perangkat sensor Kebutuhan fungsional dijelaskan pada

  gateway akan melakukan get_temp dan tabel 1.

  get_hum ke sensor untuk mendapatkan nilai

  Tabel 1 Kebutuhan Fungsional suhu dan kelembapan ruangan.

  No Kebutuhan Fungsional

  5 Sensor akan menangkap suhu dan

  kelembapan dan mengirimkan data kembali

  Setiap node dapat terhubung dengan node

  1 middleware melalui jaringan 6LoWPAN. ke node B.

  Node sensor A dapat melakukan pengiriman

  2 paket menggunakan protokol MQTT.

  6 Node B akan mengolah data sensor dalam

  sebuah payload dan siap melakukan publish

  Node sensor B dapat melakukan pengiriman

  3

  dengan topik rooms/A16 ke perangkat paket menggunakan protokol CoAP.

  middleware . Paket akan dikirim dengan Node middleware dapat memonitor data yang 4 di kirim dari node sensor A yang di kirim

  protokol CoAP dan akan dilewatkan melalui protokol MQTT. melalui jaringan 6LoWPAN.

  Node middleware dapat memonitor data yang 5 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

  Gambar 2 Desain Alur Sistem

  gateway berfungsi untuk mengolah data yang

  didapat dari sensor DHT11 kemudian 4.

   IMPLEMENTASI

  menyusunya dalam sebuah payload dan

  4.1 Hardware

  mengirimnya ke middleware dalam format Dalam penelitan ini terdapat 3 node, di

  JSON. Dan yang terakhir raspberry sebagai mana ada 2 node sensor dan satu node

  middleware berfungsi untuk menerima dan middleware . kami menggunakan raspberry pi 2

  melakukan monitor terhadap paket yang dikirim B untuk setiap node. Sensor yang digunakan oleh perangkat sensor gateway. Data yang kami memilih menggunakan dht 11 atau dht 22 masuk ke middleware akan siap didistribusikan yang digunakan untuk mengukur temperatur ke layer berikutnya yang tidak masuk dalam dan kelembapan suhu. Untuk 6LoWPAN modul lingkup penelitian ini. Yang perlu diperhatikan kami menggunakan MRF24J40MA/RM, pengiriman data dari sensor ke perangkat sensor pemilihan menggunakan modul ini karena

  gateway dikirim melalui kabel jumper,

  selain sudah mendukung 6LoWPAN modul ini sedangkan pengiriman data dari sensor gateway juga paling ekonomis. Gambar 3 menunjukkan ke perangkat middleware akan dilewatkan prototipe dari node, disana telah terpasang melalui

  6LoWPAN. Pada Gambar

  2 modul MRF24J40MA/RM dan sensor dht 11. menunjukkan alur sistem yang akan di bangun.

  Berikut penjelasan Gambar 2 :

1 Node A bertindak sebagai perangkat sensor

  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.

  Gambar 3 perangkat keras : Raspberry pi, 5.

PENGUJIAN DAN ANALISIS

  MRF24J40MA/RM dan sensor dht11

  4.2

  6LoWPAN

  5.1 Pengujian Fungsional

  Pertama membuat middleware dapat 1.

  Pengujian pertama adalah melakukan berkomunikasi dengan menggunakan pengujian pada jaringan, memastikan setiap

  6LoWPAN. Caranya dengan membuat sensor node telah terhubung. Gambar 6 dan 7

  

gateway pada CoAP dan MQTT dapat menunjukkan node A dan B telah

menangkap ipv6. Kemudian melakukan terhubung ke middleware.

  pemasangan modul MRF24J40MA/RM, modul 2.

   Pengujian service protokol MQTT pada

  ini menjembatani perangkat dapat node

  A. Ditunjukkan pada Gambar 8 berkomunikasi pada jaringan WPAN.

  3. Pengujian service protokol CoAP pada Pada Gambar 4 menunjukkan penambahan node B. Ditunjukkan pada Gambar 9. code untuk ditambahkan pada server.js pada

  4. Pengujian middleware mampu menerima middleware untuk protokol CoAP. Protokol

  paket dari node A dan node B. Gambar 10 CoAP yang berjalan di atas udp perlu menunjukkan middleware menerima paket ditambahkan udp6 agar dapat berkomunikasi

  MQTT dari node A dan Gambar 11 dengan ipv6. Sama halnya dengan protokol menunjukkan middleware menerima paket MQTT yang ditunjukkan pada Gambar 5. CoAP dari node B. Yang perlu diperhatikan saat konfigurasi jaringan

  6LoWPAN adalah menetapkan channel , pan id dan ip network yang sama. Perhatikan Konfigurasi jaringan yang akan

  Gambar 6 Tes ICMP dari Middeware ke Node A dilakukan pada node, tergambar pada Tabel 3. Gambar 4 penambahan kode untuk CoAP pada

  Middleware Gambar 7 Tes ICMP dari Middeware ke Node B Gambar 5 penambahan kode untuk MQTT pada

  Middleware Gambar 8 Tes Service MQTT Tabel 2 Konfigurasi Jaringan 6LoWPAN

  Parameter Node A Node B Middleware

  IP Address fe80::c030 fe80::c030: fe80::c030:95 Gambar 9 Tes Service CoAP

  :955d:d2b 955d:d2b7: 5d:d2b7:aae9 7:aae1 aae5 Prefix /64 /64 /64 Channel

  11

  11

  11 Gambar 10 Middleware Monitor MQTT paket Pan_Id 0x24 0x24 0x24

4.3 Sensor Node

  Gambar 11 Middleware Monitor CoAP paket

  Pada penelitian ini kami memiliki 2 node

6. Kesimpulan dan Saran

  IEEE International Conference on Mobile Services (hal. 313-319). Wright State University Dayton, OH : IEEE. Han, S. N., Bahram, A., Cao, Q. H., & Crespi, N. (2015). Design,

  IEEE GCC Conference and exhibition (hal. 17- 20). Doha, Qatar: IEEE.

  6LoWPAN For U-HealthCare Applications .

  Tabish, R., & Mnaouer, A. B. (2013). A Comparative Analysis of BLE and

  Pratama, R. C., Pramukantoro, E. S., & Basuki, A. (2018). Bluetooth Low Energy (BLE) Pada IoT Middleware Untuk Mendukung Network Interoperability. jptiik.

  ICAS PUBLISHING .

  F. V., & Zarate, J. A. (2015). A Survey on Application Layer Protocols for the Internet of Things.

  6LoWPAN for Home and Building Automation in the Internet of Things. Research Gate. Karagiannis, V., Chatzimisios, P., Gallego,

  Implementation, and Evaluation of

  Penerapan komunikasi 6LoWPAN antara sensor node dengan IoT middleware berhasil diterapkan. IoT

  middleware

  Middleware Berbasis Event-Based dengan Protokol Komunikasi CoAP, MQTT dan Websocket. Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer , 1560-1567.

  Daftar Pustaka Anwari, H., Pramukantoro, E. S., & Hanafi, M. H. (2017). Pengembangan Iot

  UDP6 dimana kedua protokol tersebut yang membuat CoAP dan MQTT dapat berkomunikasi berbasis Ipv6.

  middleware sudah menyediakan TCP6 dan

  6LoWPAN adalah memastikan node

  6LoWPAN. Perlu diperhatikan agar CoAP dan MQTT dapat bekerja pada tekonologi

  6LoWPAN. Pada sisi node middleware dapat dipastikan bahwa middleware dapat menerima dan memonitoring paket yang menggunakan protokol CoAP dan MQTT yang berjalan diatas

  dapat berkomunikasi dengan teknologi 6LoWPAN. Pada sisi sensor node dapat melakukan pengiriman menggunakan layanan protokol CoAP dan MQTT melalui tekonologi

  Desai, P. (2015). Semantic Gateway as a Service architecture for IoT Interoperability. 2015