9304-29938-1-PB

6 pages
10 views

Please download to get full document.

View again

of 6
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Description
paper
Transcript
    – 87 –   copyright@ DTE FT USU STUDI PROTOKOL NIRKABEL ZIGBEE IEEE 802.15.4 Yetty Wiati Ningsih 1 , Soeharwinto 2   Konsentrasi Teknik Komputer, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: yettywiaty@gmail.com   ABSTRAK    Protokol IEEE 802.15.4 merupakan pengembangan dari komunikasi nirkabel Bluetooth, yang menangani keterbatasan jarak jangkau dan penerapan pada perangkat dengan spesifikasi data rate  rendah, konsumsi daya rendah, biaya rendah dan mampu menangani lebih dari 65000 perangkat, dibandingkan dengan Bluetooth yang  beroperasi dengan jarak maksimal 10 meter dan mampu menangani 8 perangkat. Tulisan ini membahas tentang konsep dasar dan mekanisme kerja  physical layer   dan medium access control sublayer   (MAC  sublayer  ) pada IEEE 802.15.4, dimana  phy layer   terdiri dari  physical radio transceiver dengan mekanisme low-level control  berfungsi untuk menyuplai informasi dan penyedia interface  antara MAC  sublayer dan kanal radio, sedangkan MAC  sublayer dilengkapi dengan mekanisme CSMA-CA berfungsi untuk mendeteksi keadaan kanal ( busy atau idle ) sebelum mengirimkan data agar dapat menghindari tabrakan.    Kata Kunci: protokol IEEE 802.15.4, physical layer, MAC sublayer. 1.   Pendahuluan   Perkembangan teknologi nirkabel ditandai dengan banyaknya permintaan masyarakat akan  perangkat yang dapat mengakses data dan terkoneksi dengan jaringan internet dimana pun  berada pada sebuah perangkat seperti Laptop dan ponsel. Protokol IEEE 802.15.4 mampu menangani kelemahan yang terdapat dalam teknologi nirkabel sebelumnya, yaitu Bluetooth yang memiliki keterbatasan pada jarak jangkau yang hanya 10 meter, sedangkan IEEE 802.15.4 mampu melewati jarak jangkau maksimal hingga 30 meter. Protokol IEEE 802.15.4 beroperasi pada 3  band frekuensi, yaitu 868 MHz untuk daerah Eropa, 915 MHz untuk daerah Amerika dan 2400 MHz untuk daerah lainnya diseluruh dunia. Semakin rendah frekuensi yang digunakan maka akan semakin baik karena sinyal yang dihasilkan mampu beroperasi pada ruangan yang memiliki penghalang seperti dinding atau benda padat lainnya. Oleh karena itu, protokol IEEE 802.15.4 sering dimanfaatkan  bersamaan dengan wireless sensor network (WSN) sebagai pemantau dan pengontrol lingkungan sekitar. 2.   Komunikasi Data Nirkabel   Lahirnya komunikasi nirkabel memiliki  beberapa keuntungan, diantaranya adalah selain menghemat biaya karena mengabaikan biaya  pemasangan dan perawatan kabel, komunikasi ini juga mampu menjangkau daerah yang sulit dijangkau oleh jaringan berkabel. Salah satu  perangkat komunikasi nirkabel adalah sistem seluler, dimana sistem komunikasi ini mampu menggantikan sistem jaringan telepon berkabel dengan ponsel. Sebuah jaringan seluler memiliki  banyak pelanggan nirkabel yang terdiri dari  penggunaan ponsel yang dapat digunakan dengan mudah dimana saja dan kapan saja tanpa harus terhubung dengan kabel atau perangkat  stasioner. 2.1   WLAN Wireless local area nework (WLAN) merupakan protokol IEEE 802.11 yang menyediakan akses data berkecepatan tinggi dalam suatu cakupan wilayah yang kecil dan mampu menggantikan jaringan berkabel dengan teknologi gelombang radio sebagai media transmisinya. WLAN biasa digunakan untuk komunikasi antar perangkat komputer, seperti memberi koneksi jaringan ke seluruh pengguna komputer dengan mengirimkan dan menerima data melalui media udara. WLAN bekerja pada frekuensi 2.4 GHz (untuk 802.11b dan 802.11g) atau 5 GHz (untuk 802.11a) dengan jarak  jangkau antara 30–100 meter. Yang termasuk dalam aplikasi WLAN adalah PC (  personal computer  ), Laptop, PDA, telepon seluler, dan lain sebagainya.  SINGUDA ENSIKOM VOL.10 NO.27/Februari 2015  – 88 –   copyright@ DTE FT USU 2.2   Bluetooth Bluetooth termasuk dalam komunikasi WPAN ( wireless personal area network  ) yang merupakan komunikasi nirkabel berdaya rendah, berbiaya murah dan memiliki daya  jangkau yang tidak terlalu jauh, yaitu 10 meter. Bluetooth beroperasi pada band frekuensi 2.4 GHz dengan data rate sebesar 1–3 Mbps. Spektrum penyebaran yang digunakan adalah FHSS (  frequency hopping spread spectrum ) yang membuat jaringan pada Bluetooth (  piconet  ) dapat beroperasi pada satu wilayah tanpa mengalami interferensi satu sama lain dan mengizinkan 8 perangkat untuk dapat  berkomunikasi secara bersamaan. Penerapannya meliputi perangkat elektronik seperti jaringan sensor,  smarthome, kontrol industri, dan lain-lain. Contoh penerapan Bluetooth pada  perangkat yang paling popular adalah headset nirkabel yang menghubungkan antara hands- free  dengan ponsel. 2.3   Protokol IEEE 802.15.4 Protokol IEEE 802.15.4 adalah komunikasi tingkat tinggi yang diterapkan pada perangkat  pribadi maupun bisnis yang dapat menangani hingga 65000 perangkat secara bersamaan dalam satu jaringan. Protokol ini beroperasi  pada 3 band frekuensi, yaitu 868 MHz di Eropa, 915 MHz di Amerika dan 2400 MHz untuk daerah diseluruh dunia. Contoh perangkat yang termasuk dalam  protokol IEEE 802.15.4 adalah Zigbee dengan spesifikasi data rate sebesar 250 kbps, jarak  jangkau 30 meter dan dapat disuplai dengan kekuatan baterai yang dapat bertahan lebih lama tanpa pengisian ulang sesuai spesifikasinya. Zigbee biasa diterapkan pada jaringan sensor nirkabel (WSN) dan termasuk dalam komunikasi berdaya rendah dan berbiaya murah. 3.   Metodologi Penelitian Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam studi ini adalah dengan mencari dan mengumpulkan data dari literatur seperti media cetak maupun elektronik sebagai sumber referensi, kemudian merumuskan data tersebut sehingga diketahui konsep dasar dan mekanisme kerja dari protokol IEEE 802.15.4. 3.1   Karakteristik Fisik Adapun karakteristik fisik dari protokol IEEE 802.15.4 yang didapatkan dari hasil studi  berdasarkan literatur dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Karakteristik Fisik [1] Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa chip rate tertinggi dihasilkan oleh perangkat yang  beroperasi pada band frekuensi 2400 MHz, yaitu sebesar 2 MChip/s dengan teknik modulasi OQPSK ( offset quadrature phase shift keying  ) dengan setengah gelombang sinus yang mampu mengkodekan 2 bıt/sımbol (simbol 00, 01, 11, 10) yang masıng-masıng dıposısıkan sejauh 90 o . Dalam modulası OQPSK ada pengelompokkan yang melıbatkan masing-masing 4 bıt data kedalam data sımbol dan kemudıan akan dıkelompokkan lagı menjadı urutan 32 chıp  pseudo-random noıse sequence (PN) yang mampu mengubah sinyal data rate sebesar 250 kbps menjadi ukuran chip rate sebesar 2 MChip/s (merupakan 32 kali  symbol rate  pada data simbol). Setelah pengelompokkan selesaı, maka chıp akan dıbagı menjadı 2 kanal, yaıtu kanal  In-phase untuk bıt genap dan kanal Q- phase untuk bıt ganjıl. Keduanya tidak akan  berubah dalam waktu yang bersamaan dan akan dimodulasikan secara terpisah. Untuk membentuk Offset diantara keduanya  , maka   kanal Q-phase akan mengalami penundaan oleh Tc selama 0.5 ms seperti pada Gambar 1. Gambar 1 OQPSK Chip Stream  [2] Berbeda dengan modulasi BPSK ( bınary  phase shıft keyıng  ) yang digunakan oleh  perangkat yang beroperasi pada band frekuensi 868–912 MHz, dımana modulası ını merupakan modulası yang menumpangkan sınyal ınforması ke sınyal carrıer dengan membawa dua bıt informasi (0 dan 1) dalam pentransmısıannya yang diposisikan pada sebuah lingkaran dengan  jarak sejauh 180 o (biner 1 diposisikan pada fasa 0 o  dan biner 0 diposisikan pada pasa 180 o )  SINGUDA ENSIKOM VOL.10 NO.27/Februari 2015  – 89 –   copyright@ DTE FT USU sehinggan simbol-simbol tersebut dapat ditransmisikan dengan energi yang sama. 3.2   Arsitektur Protokol Arsitektur protokol IEEE 802.15.4 didefenisikan dalam bentuk layer   atau lapisan yang digunakan untuk menyederhanakan standar yang dipakai berdasarkan model referensi OSI yang bertanggung jawab dan menawarkan layanan untuk lapisan yang lebih tinggi. Protokol IEEE 802.15.4 mendefenisikan dua lapisan terbawah, yaitu lapisan fisik dan sublapisan MAC yang digunakan untuk mendefinisikan pengaturan daya, pengalamatan, format pesan dan komunikasi radio. Sedangkan  pada lapisan teratas yang terdiri dari lapisan  jaringan berfungsi untuk menyediakan konfigurasi jaringan, manipulasi dan routing  pesan, dan lapisan aplikasi yang menyediakan fungsi yang ditujukan perangkat,   didefenisikan oleh Zigbee Alliance yang merpakan sebuah  perusahaan pencipta perangkat teknologi  berdaya rendah dan berbiaya murah, seperti  pada Gambar 2. Gambar 2 Arsitektur Protokol IEEE 802.15.4 [1] Dari Gambar 2, terlihat bahwa arsitektur dari protokol IEEE 802.15.4 mendefenisikan dua lapisan terbawah, yaitu lapisan fisik yang terdiri dari radio    frequency transceiver dengan mekanisme low-level control  , yang dapat mensuplai informasi untuk lapisan di atasnya dan menyediakan antarmuka antara sublapisan MAC dan kanal radio melalui  firmware dan  perangkat keras RF. Fitur-fitur dari lapisan fisik adalah aktivasi dan deaktivasi transceiver radio, energy detection (ED),  Link Quality Indication  (LQI), Clear Channel Assessment (CCA), dan  pemilihan kanal. Sedangkan sublapisan MAC menjaga dan mengatur komunikasi antara  beberapa  station yang berfungsi sebagai  pengatur akses protokol ke media fisik jaringan dan mengkoordinasi akses dalam menggunakan kanal radio untuk mempermudah komunikasi melalui media nirkabel. Sublapisan MAC juga menyediakan antarmuka untuk satu lapisan dibahwahnya dan satu lapisan diatasnya (antara lapisan fisik dan lapisan transport  ) dengan mekanisme protokol CSMA-CA yang merupakan protokol pengatur transmisi paket  pada perangkat berdasarkan pada keadaan kanal, sibuk atau idle . Adapun fitur-fitur yang dimiliki sublapisan MAC adalah mendukung asosiasi dan disasosiasi PAN, manajemen beacon , menggunakan protokol CSMA–CA untuk akses kanal, manajemen GTS (  guaranteed time slots ), validasi  frame  dan pengiriman  frame acknowledgement   (ACK). 3.3   Topologi Protokol IEEE 802.15.4 mendukung dua  jenis topologi, yaitu topologi  star dan toplogi mesh seperti pada Gambar 3 . Gambar 3 Jenis Topologi [3] Dari Gambar 3, diketahui bahwa dalam topologi  star  , komunikasi dibangun oleh  beberapa perangkat dan sebuah koordinator PAN dengan posisi membentuk lingkaran sempurna dengan besar sudut yang sama sesuai dengan jumlah perangkat. Sedangkan topologi mesh  memiliki formasi jaringan yang lebih lengkap untuk diimplementasikan, yaitu dengan menempatkan perangkat, koordinator dan koordinator PAN dengan jarak secara bebas. 3.4   Carrier Sense Multiple Accsess Collision with Collicion Avoidance (CSMA-CA)   Dari Gambar 4, terlihat bahwa protokol CSMA-CA bekerja dalam 2 mode, yaitu mode  SINGUDA ENSIKOM VOL.10 NO.27/Februari 2015  – 90 –   copyright@ DTE FT USU  slotted dan  unslotted. Pada mode  slotted CSMA–CA yang biasa digunakan dalam  jaringan beacon-enabled,  perangkat   akan mengirimkan data selama periode CAP ( contention access period  ) dan harus menentukan batas-batas periode backoff agar sesuai dengan batas-batas slot  superframe, yakni awal dimulainya periode backoff harus sejalan dengan awal dimulainya transmisi beacon  pada  superframe. Jika kanal dalam keadaan sibuk, maka perangkat harus menunggu sejumlah slot random backoff lainnya sebelum mencoba mengakses kanal kembali. Tapi jika kanal dalam keadaan idle, maka perangkat dapat langsung mengirimkan paket data pada slot backoff  berikutnya yang tersedia. Gambar 4 Diagram Alir Protokol CSMA-CA [4]   Sedangkan mode unslotted CSMA–CA digunakan pada jaringan beaconless-enabled,  terlihat pada setiap perangkat yang ingin mengirimkan data harus melihat keadaan kanal terlebih dahulu, jika kanal dalam keadaan sibuk, maka simpul harus menunggu nomor acak slot backoff,  yaitu antara 0 dan 2 BE-1 sebelum memutuskan untuk mengirimkan data. Standar minimum nilai BE ( macMinBE ) adalah 3. Kemudian sebelum mengakses kanal, BE akan dinaikkan satu persatu dengan syarat jika nilai BE ≥ macMaxBE  (nilai maksimum BE adalah 5) maka pengiriman akan gagal [5]. Namun jika ditemukan kanal dalam keadaan idle, maka simpul dapat langsung mengirimkan datanya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya tabrakan data.   4.   Hasil dan Analisa Analisa dari studi ini dilakukan dengan cara membandingkan beberapa parameter antara 3  perangkat komunikasi nirkabel, yaitu WLAN (802.11b), Bluetooth (802.15.1) dan WPAN (802.15.4) yang dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Perbandingan WLAN, Bluetooth dan IEEE 802.15.4 Parameter WLAN (802.11b) Bluetooth (802.15.1) WPAN (802.15.4) Band frekuensi 2.4– 2.486 GHz 2.4 GHz 868 MHz, 915 MHz dan 2.4 GHz  Data rate 1–11 Mbps 1–3 Mbps 250 kbps Jarak jangkau 30–100 meter 10 meter 10–100 meter Spread  spectrum DSSS FHSS DSSS dan FHSS Aplikasi Wireless internet connection Wireless mouse Wireless  sensor network Dari Tabel 2, dapat dijelaskan perbedaan dari masing-masing protokol, yaitu: a.   802.11b (WLAN) yang merupakan bentuk komunikasi nirkabel berkecepatan tinggi dengan daya jangkau yang kecil beroperasi  pada band frekuensi 2.4–2.486 GHz dengan mode operasi Infrastruktur dan Ad-hoc, dimana dalam mode infrastruktur, AP ( accsess point  ) memegang peranan penting untuk melayani komunikasi utama dalam  jaringan nirkabel. Sedangkan mode Ad-hoc (  peer-to-peer  ) keberadaan AP tidak mempengaruhi komunikasi nirkabel karena  perangkat dapat saling terkoneksi satu sama lain selama perangkat tersebut berada dalam lingkup radio yang sama. Spektrum  penyebaran yang digunakan adalah DSSS yang merupakan penyebaran secara langsung dimana setiap data yang dikirim akan melewati setiap kanal secara berurutan tanpa melewatkan satu kanal pun. Fitur ketahanan yang terdapat dalam standar 802.11b adalah CRC checksum  ( cyclic redundancy check
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks
SAVE OUR EARTH

We need your sign to support Project to invent "SMART AND CONTROLLABLE REFLECTIVE BALLOONS" to cover the Sun and Save Our Earth.

More details...

Sign Now!

We are very appreciated for your Prompt Action!

x