Antarmuka Jaringan Seluler dalam Praktik Membangun IoT Middleware dengan Raspberry PI

    

Antarmuka berbasis Wi-Fi dalam Praktik Membangun IoT Middleware dengan Raspberry PI

 

Tahap Persiapan Praktik Membangun IoT Middleware dengan Raspberry PI

Pada bagian ini akan disajikan langkah-langkah dalam membangun sebuah IoT middleware menggunakan Raspberry Pi. Middleware yang akan dibahas dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Komponen pada IoT middleware terdiri dari berbagai antarmuka komunikasi, message broker, subscriber dan internet gateway. Antarmuka komunikasi pada middleware terbagi menjadi dua bagian yaitu sensor ke IoT middleware dan IoT middleware ke aplikasi berbasis cloud (komputasi awan). 

 

Adapun konfigurasi yang akan dilakukan adalah :

1. Konfigurasi antarmuka Raspberry Pi sebagai Hotspot / Access Point.

2. Konfigurasi antarmuka NB-IoT, LoRa, 6LoWPAN.

3. Konfigurasi MQTT broker Mosquito.

4. Konfigurasi espruinohub sebagai BLE gateway.

5. Konfigurasi CoAP broker dengan CoAPthon.

6. Konfigurasi subscriber.

7. Konfigurasi internet gateway.

 

Sebelumnya perlu disiapkan perangkat yang digunakan untuk praktik mengembangkan IoT middleware.

 

Kebutuhan Perangkat 

 

Perangkat yang dibutuhkan meliputi beberapa perangkat lunak, Raspberry Pi, modul antarmuka komunikasi dan perangkat pendukung praktik, berikut adalah kebutuhan detail tiap perangkat :

1. Raspberry Pi

Terdapat berbagai jenis Raspberry Pi, untuk memudahkan pada tahap konfigurasi dapat digunakan Raspberry Pi versi 2 atau 3. Hal ini karena dukungan port VGA, ethernet dan port USB yang tersedia pada board. Sedangkan jika menggunakan Raspberry Pi versi zero atau W diperlukan perangkat tambahan lainnya.

2. Micro SDcard

Tidak ada kriteria khusus, yang perlu disesuaikan adalah kapasitas dan kecepatan.

3. Raspbian

Sistem operasi untuk Raspberry Pi, pada contoh akan digunakan Raspbian Stretch Lite. Untuk mendapatkannya gunakan sebuah komputer dan unduh dari alamat website berikut :

https://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite_latest

4. Etcher

Perangkat lunak untuk menulis atau Flash Raspbian ke dalam SDcard. Perangkat lunak ini dapat diunduh pada halaman website berikut :

 

https://www.balenia.io.etcher/

 

5. Komponen pendukung lainnya

    • Converter HDMI ke VGA, jika layar monitor yang digunakan belum mendukung fitur HDMI.

    • Layar monitor.

    • Keyboard.

    • Laptop atau komputer desktop untuk remote login (ssh).

    • Akses jaringan internet untuk Raspberry Pi.

 

Instalasi Sistem Operasi pada Raspberry Pi

 

Tahap awal adalah proses pemasangan sistem operasi Raspbian ke SDcard dengan perangkat lunak Etcher. Setelah unduh dan instalasi Etcher kemudian jalankan. Sebelumnya jangan lupa masukkan SDcard pada card reader di komputer atau laptop. Berikutnya, pada Etcher tekan tombol select image dan pastikan image yang digunakan adalah Raspbian yang telah diunduh sebelumnya. Dalam contoh digunakan Raspbian versi lite. Berikutnya pastikan SDcard sudah tepat, dan tekan tombol Flash. Tunggu beberapa saat sampai proses flash telah selesai. Flash disini dapat diartikan sebagai proses untuk memindahkan sistem operasi untuk Raspberry Pi ke dalam SDcard.

 

 

 

 

Setelah proses flash selesai, lepaskan SDcard pada komputer. Kemudian tancapkan SDcard pada slot Raspberry Pi. Berikutnya sambungkan beberapa perangkat pendukung ke Raspberry Pi yang meliputi converter VGA, keyboard, akses internet dengan kabel LAN dan terakhir kabel power untuk menyalakan Raspberry Pi. Jika tidak ada masalah pada layar monitor akan muncul sistem operasi Raspbian dalam mode CLI, seperti gambar di bawah ini. Sebagai informasi untuk username : pi dan password : raspberry.

 

 

Untuk konfigurasi pada praktik, bisa dilakukan menggunakan sebuah layar dan keyboard yang terhubung dengan Raspberry Pi. Untuk contoh digunakan mekanisme remote dengan SSH dari sebuah komputer, hal ini untuk mempermudah saat konfigurasi. Sistem operasi dari komputer yang digunakan bisa menggunakan Linux, MACOS X atau windows. Hal yang perlu diperhatikan adalah komputer dan Raspberry Pi terhubung ke dalam jaringan komputer. Untuk itu Raspberry Pi perlu mendapatkan sebuah IP address dari jaringan yang telah ada, dalam contoh praktik digunakan Raspberry Pi yang terhubung dengan sebuah akses jaringan LAN yang sama dengan komputer untuk remote. 

 

Konfigurasi SSH

 

1. Periksa antarmuka jaringan pada halaman awal login.

Dalam gambar sebelumnya IP address yang digunakan adalah 10.34.8.47. Cara lain adalah perintah ifconfig untuk melihat IP address yang digunakan Raspberry Pi setelah login.

 2. Menyalakan layanan SSH pada Raspberry Pi

Perintah yang digunakan adalah sudo raspi-config. Perintah tersebut akan memunculkan tampilan seperti gambar di bawah ini. Berikutnya pilih menu interfacing option dengan menekan anak panah ke bawah, lalu tekan tombol tab pada keyboard untuk masuk ke menu P2 SSH. Berikutnya tekan tombol tab pada keyboard untuk masuk ke menu pengaktifan layanan SSH. Pada gambar di bawah ini, terdapat pertanyaan "would you like the SSH server to be enabled". Tekan tombol tab pada keyboard untuk memilih "<yes>". Pada tahap ini Raspberry Pi sudah dapat di-remote dari komputer lain. Informasi untuk remote login adalah ssh userna@[ip]. Seperti yang tampak pada gambar di bawah ini, untuk pertama kalinya akses SSH ke sebuah mesin perlu ditambahkan SSH fingerprint. Selanjutnya jangan lupa untuk mengganti username atau password untuk keamanan perangkat yang digunakan.

 

 

 

Untuk melakukan ssh dapat dilakukan melalui terminal jika komputer yang digunakan berbasis Linux atau MAC OS X, pada sistem operasi Windows dapat digunakan putty. Unduh program putty dari halaman berikut :

 

https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/latest.html

 

Pada tahap ini persiapan untuk konfigurasi telah selesai dilakukan, berikutnya dapat dilanjutkan untuk konfigurasi antarmuka media komunikasi dan lainnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

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

 

Antarmuka Komunikasi dan Broker pada IoT Middleware

Antarmuka Komunikasi

 

Bagian ini disajikan antarmuka atau media komunikasi yang digunakan untuk IoT middleware.

 

1. WiFi

Media komunikasi ini disediakan untuk melayani interaksi dengan perangkat berbasis TCP / IP. Dengan adanya teknologi Wi-Fi pada IoT middleware, menjadikan perangkat ini dapat digunakan sebagai penyedia akses internet. Hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi perangkat WiFi agar bekerja dengan mode infrastruktur hotspot atau Access Point (AP). Sebagai penyedia infrastruktur AP, harus didefinisikan SSID, channel, layanan penyedia IP address dan routing.

2. BLE

Antarmuka ini disediakan untuk berinteraksi dengan node sensor berbasis antarmuka komunikasi Bluetooth Low Energy (BLE). Telah dibahas sebelumnya, internet bekerja dengan protokol berbasis TCP / IP sedangkan BLE tidak. Agar data dari node berbasis BLE dapat digunakan atau diolah pada aplikasi IoT maka perlu di ubah ke dalam format lain, contohnya MQTT. Terdapat sebuah perangkat lunak yang dapat digunakan sebagai BLE gateway yaitu EspruinoHub. EspruinoHub menyediakan generic attribute profile (GATT) BLE bridge ke MQTT broker yang ada di middleware. EspruinoHub bekerja dengan menerima data dari node sensor berbasis protokol BLE secara broadcast. Pesan yang diterima dapat disaring berdasarkan mac address perangkat pengirim, sehingga dapat dijadikan acuan kepemilikan pesan. Dari pesan yang di dapat EspruinoHub akan mengubah ke dalam format MQTT dan melakukan publish data ke broker MQTT (Gomez, Oller dan Paradells, 2012).

3. Jaringan Seluler

Pada IoT middleware, jaringan seluler dapat digunakan untuk memberikan akses komunikasi ke internet. Dalam implementasinya, jaringan seluler digunakan untuk meneruskan data yang di publish oleh node sensor ke aplikasi yang berada pada lingkungan cloud computing. Terdapat keunggulan dari sisi mobilitas atas pemilihan jaringan seluler. Hal ini memungkinkan keleluasaan dalam penempatan IoT middleware, sehingga middleware dapat menjangkau beberapa node sensor pada jaringan intranet dan terhubung ke internet.

4. LoRa

Sama halnya dengan BLE, LoRa tidak bekerja berbasis protokol TCP / IP. Pada IoT middleware, antarmuka komunikasi ini digunakan untuk menerima pesan dan selanjutnya terdapat sebuah perangkat lunak LoRa gateway yang bertugas mengubah pesan ke dalam format MQTT.

5. 6LoWPAN

Telah dibahas sebelumnya, 6LoWPAN mampu bekerja dengan protokol TCP / IP, akan tetapi terdapat batasan dari ukuran pesan yang dapat dikirim. Pada IoT middleware antarmuka komunikasi ini dapat digunakan jika message broker yang digunakan mendukung pengalamatan berbasis IPv6.

Broker

 

Broker pada IoT middleware bertugas menyimpan atau menampung sementara data yang dikirim oleh node sensor (publisher). Terdapat berbagai jenis broker yang dapat digunakan atau disesuaikan dengan protokol komunikasi (MQTT atau CoAP). Untuk MQTT dapat digunakan mosquito (Eclipse, 2019), sedangkan CoAP terdapat CoAPthon (Tanganelli, Vallati dan Mingozzi, 2015). Selain kedua message broker tersebut, masih banyak yang lainnya. Pada buku ini dibahas dua message broker tersebut, karena keduanya dikembangkan dengan bahasa pemrograman Phyton.

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

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

 

Internet of Things Middleware

IoT middleware adalah salah satu layer penting pada IoT. Dengan keterbatasan sumber daya memungkinkan node sensor tidak memiliki fungsi atau akses untuk terhubung langsung ke internet. Selain itu, beberapa perangkat yang tidak bekerja di atas protokol TCP / IP otomatis tidak dapat berkomunikasi secara langsung dengan perangkat yang ada di internet. Hal ini bisa menjadi kendala dalam pengiriman data dari node sensor ke aplikasi IoT yang ada pada inernet. Selain keterbatasan sumber daya, keberagaman sensor dari segi teknologi komunikasi menjadikan tantangan tersendiri, yaitu interoperabilitas. Solusi dari permasalahan itu adalah dengan pendekatan middleware sebagai jembatan anatara infrastruktur IoT dan aplikasi berbasis IoT (Razzaque dkk., 2016).

Middleware didefinisikan menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Service based middleware

Sebuah middleware yang dikategorikan dengan fungsi utama untuk pengelolaan data dari sensor dengan dilengkapi fungsi pemrosesan data. Fungsi kedua yaitu melayani permintaan data atau hasil pemrosesan data dari aplikasi yang lain.

b. Cloud-based middleware

Middleware tipe ini memiliki kinerja yang tinggi dan tepat jika diterapkan pada infrastruktur cloud. Umumnya komunikasi yang digunakan adalah berbasis web services RESTfull dengan method POST untuk mengirim data dan method GET untuk meminta sebuah data.

c. Actor-based middleware

Middleware jenis ini dirancang agar lebih dekat dengan infrastruktur IoT, yaitu ke perangkat-perangkat sensor, dan bahkan ke pengguna aplikasi IoT. Konsep middleware ini dirancang untuk menjawab keterbatasan yang ada pada Things. Media dan protokol komunikasi pada middleware ini terdapat dua jenis, satu untuk berinteraksi dengan perangkat-perangkat sensor atau node sensor pada intranet, yang kedua untuk berinteraksi dengan perangkat IoT yang ada pada internet (TerraSwarm, 2017).

Salah satu permasalahan yang ada pada IoT adalah interoperabilitas. Interoperabilitas muncul akibat keberagaman entitas yang ada pada IoT. Contohnya beragam jenis sensor dengan format data yang berbeda pula, antarmuka komunikasi yang berbeda dan protokol komunikasi yang tersedia. Hal ini wajar karena setiap node sensor atau Things mempunyai fungsi yang beragam. Solusi dari masalah ini adalah sebuah middleware yang mampu mengatasi interoperabilitas dengan menyediakan antarmuka, protokol komunikasi yang beragam dan mampu mengolah data dengan data yang beragam.

 

    

Pada penelitian sebelumnya, penulis mengusulkan sebuah IoT middleware yang dilengkapi dengan berbagai jenis media komunikasi dan protokol komunikasi (Pramukantoro dan Anwari, 2018) (Pramukantoro et al., 2018). Sebagai gambaran dari IoT middleware tampak pada gambar 1.1 middleware tersebut terdiri dari beberapa network interface, sensor gateway, service unit, application gateway dan internet gateway.  

a. Network Interface

Pada bagian network interface, middleware tidak hanya mampu berkomunikasi dengan satu antarmuka atau media komunikasi, terdapat Wi-Fi, BLE, 6LoWPAN dan LoRa. Antarmuka BLE, 6LoWPAN dan LoRa memiliki keunggulan dari segi konsumsi energi yang rendah. Akan tetapi BLE dan LoRa tidak bekerja di atas TCP / IP, oleh karena itu diperlukan sebuah gateway untuk mengubah data yang diterima dari BLE dan LoRa ke dalam format publish / subscribe. Tujuannya adalah agar mempunyai standar yang sama setelah sampai pada IoT middleware.

b. Sensor Gateway

Sensor gateway bertugas untuk menerima data sebelum diteruskan ke message broker. Message broker pada umumnya bekerja di atas protokol TCP / IP, hal ini menyebabkan node sensor yang tidak punya fitur TCP / IP tidak dapat bekerja dengan mekanisme publish-subscribe. Protokol perpesanan yang umum digunakan adalah MQTT dan CoAP. Pola komunikasi CoAP adalah client-server, berbeda dengan MQTT yang menggunakan publish-subscribe, sebagai gantinya perlu menempatkan topik pada URL CoAP. Contohnya /topik/sensor, sehingga dalam pengiriman pesana dari node sensor ke IoT middleware menggunakan parameter :

Pada gambar di atas terdapat dua jenis node sensor yang melakukan publish data dengan protokol CoAP dan MQTT ke IoT middleware. Data diterima oleh sensor gateway yang bekerja dengan mekanisme publish-subscribe. Dalam contoh praktik nantinya terdapat BLE gateway dan LoRa gateway yang bertugas mengubah data yang dikirim dari node sensor yang tidak berbasis TCP / IP ke protokol MQTT, sehingga data yang dikirim dapat diterima oleh message broker. Data yang diterima oleh message broker kemudian didistribusikan ke subscriber sesuai topik yang dilanggan (Pramukantoro, Kusyanti dan Yazid, 2018).

c. Service Unit

Service unit adalah sebuah message broker yang bertugas menampung data sementara. Data yang tersimpan dalam broker bersifat volatile. Pada umumnya message broker yang dipilih menyimpan dan bekerja pada lingkungan memory dengan alasan kecepatan. Contoh dari message broker adalah redis, mosquito dan MongoDB. Data yang dikirim ke message broker redis dan mosquito bersifat volatile. Akan tetapi sangat memungkinkan jika dibuat non-volatile yaitu menggunakan message broker dari mongoDB.

d. Application Gateway

Pada application gateway bertugas menyediakan layanan bagi subscriber. Subscriber disini adalah pelanggan atau penerima data yang telah dipublish oleh node sensor. Subscriber akan menerima data sesuai dengan topik yang telah dilanggan.

e. Internet Gateway

Fitur ini disediakan sebagai implementasi salah satu tugas dari IoT middleware, yaitu menghubungkan things dengan aplikasi yang ada pada internet. Internet gateway berisi sebuah fungsi untuk berlangganan ke message broker dan meneruskan ke aplikasi dengan protokol RESTfull web services, yang mana membutuhkan sebuah koneksi internet. Untuk itu dapat digunakan antarmuka jaringan seluler GSM atau NB-IoT, agar node ini dapat mengakses perangkat-perangkat yang ada pada internet.

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

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