Cara Membuat Sistem IoT yang Hemat Energi dengan Edge Computing

Pada era industri 4.0, teknologi Internet of Things (IoT) telah menjadi pilar utama untuk berbagai sektor, mulai dari manufaktur hingga rumah pintar. Namun, seiring dengan meningkatnya jumlah perangkat IoT, kebutuhan akan pengelolaan daya yang efisien juga semakin besar. Salah satu solusi yang menjanjikan adalah penerapan Edge Computing yang memungkinkan pemrosesan data dilakukan di dekat perangkat IoT, sehingga mengurangi ketergantungan pada pengiriman data ke cloud.

 

 

Apa Itu Internet of Things (IoT)?

Internet of Things (IoT) adalah jaringan perangkat fisik yang saling terhubung dan mampu mengumpulkan serta berbagi data melalui internet. Setiap perangkat IoT memiliki sensor, aktuator atau perangkat elektronik lainnya yang memungkinkan interaksi dengan lingkungan atau perangkat lain.

Apa Itu Edge Computing?

Edge Computing adalah metode pemrosesan data yang dilakukan di "tepi" jaringan, dekat dengan tempat data dihasilkan. Hal ini memungkinkan perangkat untuk mengolah data secara lokal, sehingga mengurangi jumlah data yang perlu dikirim ke pusat data atau cloud yang memungkinkan untuk menghemat bandwidth dan energi.

 

Manfaat Utama Memilih Edge Computing untuk Sistem IoT yang Hemat Energi

 

- Data tidak perlu melakukan perjalanan jauh ke server pusat. Hal ini dapat mengurangi latensi dan memungkinkan respons yang lebih cepat.

- Mengurangi jumlah data yang dikirim ke cloud membantu menghemat bandwidth, yang artinya juga menghemat energi.

- Penggunaan pemrosesan lokal, memungkinkan data sensitif tidak perlu selalu dikirim ke server cloud untuk mengurangi risiko keamanan.

 

Perangkat Keras untuk Sistem IoT dengan Edge Computing

 

- Mikrokontroler atau Mikroprosesor

Mikrokontroler yang dapat Anda gunakan seperti Raspberry Pi, ESP32 atau Arduino. Raspberry Pi cocok untuk aplikasi yang memerlukan daya komputasi lebih besar, sedangkan ESP32 lebih hemat energi untuk perangkat berdaya rendah.

- Sensor

Sensor seperti sensor suhu, kelembaban atau sensor gerak tergantung pada kebutuhan aplikasi.

- Gateway IoT

Gateway IoT adalah perangkat yang memungkinkan komunikasi antara perangkat edge dan jaringan utama. Contoh perangkat gateway IoT seperti gateway LoRa, Zigbee, atau perangkat yang mendukung protokol MQTT.

- Baterai dan Panel Surya

Jika proyek Anda memerlukan otonomi yang lebih besar, penggunaan baterai dan panel surya untuk pengisian daya dapat menjadi solusi hemat energi.

 

Memilih Protokol Komunikasi yang Hemat Energi

 

Pemilihan protokol komunikasi sangat berpengaruh terhadap efisiensi energi sistem IoT. Berikut ini beberapa protokol komunikasi yang sering digunakan dalam Edge Computing:

- MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

Protokol yang ringan dan hemat energi, cocok untuk perangkat dengan keterbatasan daya.

- LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)

Protokol yang memungkinkan transmisi data jarak jauh dengan konsumsi energi rendah, cocok untuk perangkat IoT di lokasi terpencil.

- Zigbee

Cocok untuk aplikasi yang membutuhkan jaringan mesh dan daya rendah, seperti otomatisasi rumah.

 

Merancang Sistem IoT yang Hemat Energi dengan Edge Computing

 

a. Menentukan Tujuan dan Kebutuhan Sistem

Pahami tujuan dari sistem IoT Anda. Apakah bertujuan untuk memantau lingkungan, mengontrol peralatan, atau mengumpulkan data untuk analisis? Penentuan tujuan akan memandu Anda dalam pemilihan perangkat keras, sensor serta jenis pemrosesan yang akan dilakukan di edge.

b. Memilih Perangkat Edge yang Tepat

Pilih perangkat edge yang sesuai dengan kebutuhan komputasi dan daya. Raspberry Pi cocok untuk pemrosesan yang lebih kompleks, namun ESP32 dapat menjadi pilihan yang lebih hemat daya untuk aplikasi sederhana.

c. Implementasi Algoritma Pemrosesan Data Lokal

Untuk mengurangi kebutuhan pengiriman data ke cloud, terapkan algoritma pemrosesan data lokal. Sebagai contoh, Anda dapat menggunakan teknik pemrosesan data awal seperti data filtering atau data aggregation untuk mengurangi volume data.

d. Pengoptimalan Konsumsi Energi Perangkat

Optimalkan konsumsi energi perangkat dengan menggunakan mode hemat daya (seperti mode sleep pada ESP32). Selain itu, perhatikan manajemen daya pada sensor, karena sensor yang terus-menerus aktif dapat menguras daya dengan cepat.

e. Mengintegrasikan Sistem Pengisian Daya Alternatif

Solusi untuk perangkat yang diletakkan di lokasi terpencil dapat menggunakan panel surya sebagai sumber daya alternatif. Perangkat dapat tetap beroperasi tanpa harus sering mengganti baterai dengan sistem pengisian daya yang tepat.

 

Baca juga : Keamanan Data dalam Edge Computing untuk IoT dan AI dengan Arduino

 

Studi Kasus Implementasi Sistem IoT Hemat Energi dengan Edge Computing

 

Sebagai contoh, Anda akan melihat studi kasus penerapan IoT untuk pemantauan lingkungan menggunakan sensor suhu dan kelembaban. Pada kasus ini, Anda akan menggunakan ESP32 sebagai perangkat edge dan sensor DHT11 untuk memantau suhu dan kelembaban.

Langkah-langkah Implementasi 

1. Koneksi ESP32 dengan sensor DHT11 untuk membaca data suhu dan kelembaban.

2. ESP32 melakukan pemrosesan sederhana seperti menghitung rata-rata suhu dan kelembaban sebelum mengirimkan data ke cloud.

3. ESP32 diatur untuk masuk ke mode sleep saat tidak melakukan pengukuran.

4. ESP32 mengirim data secara periodik ke server melalui protokol MQTT, hanya saat terjadi perubahan signifikan.

 

Manajemen Data dan Analisis untuk Sistem IoT dengan Edge Computing

 

Pada sistem IoT yang menggunakan Edge Computing, hanya data penting yang dikirim ke cloud untuk analisis lebih lanjut, sedangkan data yang kurang relevan dapat disaring atau diproses secara lokal. Berikut ini beberapa metode pengelolaan data di edge:

- Data Filtering

Menyaring data yang dianggap tidak relevan atau redundant, sehingga hanya data penting yang dikirim ke cloud.

- Data Aggregation

Menggabungkan beberapa titik data menjadi satu, seperti rata-rata suhu dalam satu jam untuk mengurangi frekuensi pengiriman.

- Anomaly Detection

Sistem di edge dapat di desain untuk mendeteksi anomali, seperti perubahan suhu ekstrem, yang kemudian dapat dilaporkan segera ke cloud.

 

Strategi Optimasi Sistem IoT yang Hemat Energi

 

- Memanfaatkan Fungsi Sleep pada Perangkat

Pada perangkat seperti ESP32, aktifkan mode sleep untuk menghemat daya ketika perangkat tidak digunakan.

- Menggunakan Sensor Hemat Energi

Pilih sensor yang memiliki konsumsi daya rendah atau yang mendukung mode hemat daya.

- Menggunakan Baterai yang Tahan Lama

Jika sistem IoT dioperasikan dengan baterai, gunakan baterai dengan kapasitas tinggi dan pastikan untuk memonitor kapasitasnya.

- Mengelola Interval Pengambilan Data

Atur interval pengambilan data sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Interval yang terlalu sering dapat menyebabkan pemborosan daya.

Tantangan dan Solusi dalam Pengembangan Sistem IoT Berbasis Edge Computing

 

- Perangkat edge umumnya memiliki kapasitas pemrosesan yang terbatas dibandingkan dengan server cloud. Oleh karena itu, pengembang perlu memastikan bahwa algoritma yang diterapkan efisien.

- Sistem IoT dengan Edge Computing tetap memerlukan keamanan data yang ketat. Penggunaan enkripsi data dan otentikasi yang kuat sangat penting.

- Pada perangkat di lokasi terpencil, konektivitas jaringan yang tidak stabil dapat menjadi tantangan. Oleh karena itu, Anda dapat menggunakan protokol komunikasi yang andal dan ringan seperti MQTT.

 

Masa Depan Edge Computing untuk Sistem IoT yang Hemat Energi

 

Teknologi IoT dan Edge Computing akan terus berkembang. Edge Computing akan menjadi bagian penting dalam pengembangan IoT yang hemat energi di masa depan dengan inovasi dalam perangkat keras yang lebih hemat daya dan algoritma pemrosesan yang semakin efisien. Teknologi ini menawarkan peluang bagi perusahaan untuk mengurangi biaya operasional, meningkatkan efisiensi dan menciptakan solusi yang ramah lingkungan.

 

Baca juga : Bagaimana Edge Computing Mendukung Pemrosesan Data IoT Secara Efisien

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!