model infrastruktur perangkat lunak sensor cloud untuk sistem

MODEL INFRASTRUKTUR PERANGKAT LUNAK SENSOR CLOUD
UNTUK SISTEM MONITORING LINGKUNGAN
INFRASTRUCTURE MODEL OF CLOUD SENSOR SOFTWARE FOR
ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM
Rahman1, Zahir Zainuddin2, Salama Manjang2
1
2
Jurusan Elektro, Politeknik Negeri Ujung Pandang
Jurusan Elektro, Prodi Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin
Alamat Korespondensi:
Rahman, S.Kom
Jurusan Elektro
Politeknik Negeri Ujung Pandang
Makassar. Sulawesi Selatan.
HP: 087841146602
Email: [email protected]
ABSTRAK
Aktivitas monitoring lingkungan adalah operasi yang berkelanjutan dengan dukungan infrastruktur yang mahal.
Namun demikian, informasi sebagai luaran kegiatan ini, tidak mudah diakses masyarakat sehingga mengurangi
nilai kemanfaatan informasinya. Integrasi infrastruktur monitoring lingkungan dengan jaringan internet dalam
hal pengorganisasian dan penyediaan akses data sensor melalui model virtual sensor adalah solusi untuk
meningkatkan daya guna infrastruktur tersebut sekaligus membuka keluasan akses terhadap perangkat sistem.
Virtual sensor menjembatani interaksi pengguna dengan sensor fisik melalui jaringan internet. Sistem memiliki
3 (tiga) fungsi utama yaitu, Data Acquring Process, Database System, Dynamic User Interface. Penelitian ini
mengusulkan solusi socket programming yang mendukung two-way communication untuk penanganan akusisi
data. Sedangkan model managemen database dan antarmuka dinamis berturut-turut mengimplementasikan
object relational database model dan protocol SOAP dengan dukungan WSDL. Konstruksi ini memberi manfaat
lebih infrastruktur fisik monitoring lingkungan dalam menjamin ketersediaan informasi lingkungan setiap saat
setiap tempat melalui antarmuka familiar berbasis web dan layanan web (WSDL).
Kata kunci : Monitoring Lingkungan,Virtual Sensor, Acquiring Process, Interface.
ABSTRACT
Environmentalmonitoringactivitiesarecontinuing
operationssupported
byan
expensiveinfrastructure.
However,informationasoutcomesof thisactivity,is not easilyaccessible tothe public, thereby reducing
theusefulnessof information.Integration ofenvironmentalmonitoringinfrastructureto the Internet networkin terms
oforganizingandprovidingaccess tosensor dataviaa virtualmodel ofthe sensoris the solutiontoimprovethe
usabilityof the infrastructureas well as openingaccess tothebreadth ofthe system. Bridgingthe virtualsensorthe
user's interactionwiththe physicalsensorthrough the Internet.The systemhas 3 (three) mainfunctions, namely,
AcquringProcessData,
DatabaseSystem,DynamicUserInterface.
This
studyproposesa
socketsprogrammingsolutionthat supportstwo-waycommunicationforhandlingthe acquisition data. While
themodel ofdatabasemanagementanddynamicinterfaceimplementsa rowobjectrelationaldatabasemodel and
theprotocolSOAPwithWSDLsupport. Thisconstructiongivesmore benefitsin theenvironmentalmonitoringof
physicalinfrastructureto ensure the availabilityof environmental informationat any timeany placethrough
afamiliarinterfaceandweb-based webservices(WSDL).
Keywords : EnvironmentalMonitoring, Virtual Sensor, Acquiring Process, Interface.
PENDAHULUAN
Informasi lingkungan memiliki nilai yang strategis di berbagai bidang kehidupan
seperti bidang industri, pertanian, transportasi dan komunikasi. Informasi curah hujan,
temperatur, kelembaban udara dan informasi lain yang berkaitan dengan lingkungan, menjadi
parameter umum yang mempengaruhi pengambilan kebijakan dibidang-bidang tersebut. Nilai
strategis ini memicu produksi dan penggunaan sensor untuk pemantauan lingkungan.
Menurut penelitian, telah dan akan terjadi peningkatan penggunaan sensor fisik untuk
berbagai keperluan sekarang dan dimasa datang (Yuriyama dan Takayuki, 2010; Yuriyama et
al, 2011). Prediksi ini sejalan dengan kenyataan makin kompleksnya permasalahan
lingkungan sebagai habitat tinggal manusia seperti meningkatnya faktor kebisingan, gas
beracun, radiasi, gejala gunung berapi dan beragam lainnya yang membutuhkan pengawasan
(Arrosyid et all, 2012; Iwai and Aoyama, 2011; Satoh and Itakura, 2011).
Penggunaan sensor sebagai alat fisik pemantauan lingkungan adalah hal yang ideal
saat ini. Meskipun demikian, tidak setiap orang maupun organisasi mampu menyediakan
peralatan fisik monitoring lingkungan. Faktor biaya mahal adalah faktor dominan
ketidakmampuan tersebut disamping faktor operasional yang juga tidak mudah dikerjakan.
Akibatnya pemantauan lingkungan dan data-data primer yang berkaitan dengan lingkungan
adalah hal yang mahal dan tidak lazim menjadi konsumsi publik. padahal informasi
lingkungan adalah kebutuhan setiap orang dan seyogyanya bersifat terbuka dan bebas akses.
Infrastruktur cloud sensor, adalah model yang dapat menjembatani kesenjangan
realitas dan kebutuhan tersebut. Sensor cloud adalah arsitektur yang mengorganisasikan
sensor-sensor secara fisik yang tersebar berjauhan secara geografis namun menyatu dari sisi
akses dan pengelolahan data monitoring. Cloud sensor mendukung pemantauan lingkungan
melalui sensor fisik yang terletak disuatu area oleh banyak pengguna sistem yang terpisah
secara fisik melalui mekanisme virtual sensor. Demikian pula beberapa sensor fisik yang
terpisah secara geografis dapat diamati seorang pengguna di lokasi yang sama (Ahmed and
Gregory, 2011; Melchor and Fukuda, 2011; Panchard, 2008; Velte et al, 2010).
Virtual sensor adalah arsitektur yang menjadi hasil integrasi jaringan sensor fisik
dengan infrastruktur internet.
Penelitian menunjukan bahwa
integrasi mendorong
pemanfaatan secara maksimun jaringan sensor, mendukung ketersediaan data sensor setiap
saat, serta memungkinkan perluasan penggunaan data-data sensor untuk keperluan lain
(Rajesh et al,2010). Salah satu bukti yang menunjukan hal tersebut adalah integrasi jaringan
sensor pemantau kondisi pasien setiap saat dan setiap tempat tanpa melibatkan peranan
petugas medis selama 24 jam penuh(Doukas and Maglogiannis, 2011).
Virtual sensor adalah solusi yang visibel dalam meningkatkan daya guna informasi
luaran dan infrastruktur monitoring lingkungan. Sebuah infrastruktur besar dan mahal yang
telah dibangun dapat dipakai bersama melalui mode virtual. Cloud sensor bertanggung jawab
dalam mengorganisasikan konektivitas pengguna dengan perangkat pengawasan lingkungan,
menyembunyikan kerumitan sistem serta menghasilkan sistem yang user friendly namun
handal.
Tujuan penelitian ini adalah membangun infrastruktur sensor cloud yang
menyediakan antarmuka integrasi sensor lingkungan dan antarmuka akses pengguna sistem.
Melalui sistem ini, pengguna dapat mengambil rekaman pembacaan sensor secara dinamis
berdasarkan pilihan rentang waktu perekaman data tersebut. Fungsi lainnya, sistem
menyediakan akses pembacaan langsung pengukuran sensor melalui mode akses virtual
sensor.
METODE PENELITIAN
Akuisisi Data Sensor
Beberapa alternatif teknologi dan protokol komunikasi dapat dijadikan acuan dalam
implementasi teknik akuisisi data. Hal yang paling pokok menjadi acuan bahwa proses
akuisisi data harus mendukung mode real-time dan proses normal akuisisi data. Pada mode
monitoring waktu-nyata (realtime), pengguna seolah-olah mengakses sensor fisik secara
langsung. Namun kenyataannya proses ini melalui perantaraan virtual sensor dalam
berkomunikasi dengan sensor fisik. Mode ini mengharuskan pengiriman pesan perintah ke
sensor . Sedangkan data dari sensor dapat diteruskan ke database sistem melalui mekanisme
push-data, data tersebut harus dapat diinterpretasikan oleh sistem secara tepat.
Selain itu teknik request-response dapat menjadi alternatif lain dalam proses
penyampaian data ke server cloud. Keseluruhan model implementasi pengumpulan data
sensor maupun komunikasi antara perangkat lunak sistem sebagai server sistem, dengan
peralatan fisik sensor lingkungan dan pendukungnnya, dapat ditangani dengan mode twoway-communication. Model komunikasi 2 (dua) arah memungkinkan penerapan sistem
pooling dan sistem push-data ataupun teknik request-response,dalam proses permintaan dan
penyimpanan data sensor ke server data terpusat pada cloud.
Database Management System
Kadangkala data yang dibutuhkan pengguna adalah data real-time. Namum rekaman
data pemantauan adalah data yang akan paling banyak diakses. Ini mengharuskan sistem
didukung dokumentasi informasi monitoring kedalam database sistem yang tepat.
Selain itu, sistem kompleks seperti monitoring parameter-parameter lingkungan yang
beragam akan melibatkan banyak dan beragam pula sensor yang ditempatkan pada lokasi
yang berbeda-beda. Sistem harus mampu menorganisasikan sensor-sensor tersebut dengan
memberikan rincian informasi tidak saja tentang hasil pemantauan, namun juga informasi
detil tentang sensor dan lokasi sensor serta karakteristiknya. Untuk itu, model database
dinamis diperlukan untuk mendukung perkembangan sistem yang meliputi penambahan atau
pengurangan sensor kedalam sistem. Demikian juga database sistem harus memiliki
performansi yang baik. Selain diperlukan dari faktor perangkat lunak DBMS yang handal,
juga mesti didukung oleh desain database yang memungkinkan pengaksesan parallel terhadap
tabel-tabel data lingkungan secara besar-besaran.
User Interface
Idealnya sebuah nilai pengukuran parameter lingkungan dapat dengan mudah
dimengerti oleh pengamat tanpa memerlukan interpretasi lebih jauh terhadap data tersebut.
Untuk kebutuhan ini data pengukuran yang ditampilkan dalam model grafis akan sangat
membanntu pihak yang berkepentingan.
Namun demikian, tidak setiap pihak yang terlibat dengan data-data lingkungan cukup
dengan data-data sederhana. Kalangan peneliti sebagai pengguna lanjut, adalah pihak yang
membutuhkan data-data mentah parameter lingkungan untuk keperluan proses pengolahan
atau analisa lingkungan. Pihak peneliti umumnya membutukan kumpulan data-data
pemantauan lingkungan menurut rentang waktu tertentu dengan satu atau beberapa parameter
yang mereka inginkan.
Kedua tipe kebutuhan tersebut mensyaratkan sistem memiliki antarmuka (interface)
yang berbasis grafik GUI dan API (Application Interface) untuk penggunaan sistem lebih
jauh oleh pemakai ahli. API harus dapat menghadirkan antarmuka dinamis yang dapat
memberikan layanan customized-request.
User and Session Management
Virtual sensor memungkinkan pengaksesan kolektif oleh beberapa pengguna datadata sensor fisik secara realtime. Filtur ini mengharuskan ketersediaan pengaturan pengguna
sistem. Setiap pengguna yang sedang berinteraksi dengan sistem perlu diidentifikasi untuk
menghindari kesalahan proses komunikasi. Selain itu sistem harus mampu mengidentifikasi
proses interupsi yang terjadi selama proses komunikasi yang mengakibatkan koneksi
pengguna terputus secara tidak normal. Semua pengaturan ini memerlukan pengaturan lebih
lanjut pengguna dengan mekanisme session untuk mengidentifikasi pengguna aktif terhadap
sistem. Fitur ini sekaligus dapat memberi batasan interaksi-interaksi yang dapat dikerjakan
pengguna terhadap sistem.
HASIL
XML Message Content
Setiap pesan komunikasi dilewatkan sebagai pesan teks berbasis format XML.
Gambar 4 memperlihatkan contoh pesan pembawa informasi temperature dan nilai beserta
unit satuan yang dijadikan ukuran. Informasi diatur dalam tag-tag markup XML. Setiap
permintaan pengguna terhadap data pemantauan, baik dalam mode real-time maupun
permintaan historical data akan dikomunikasikan oleh sistem dalam format pesan yang
serupa. Setiap struktur informasi dinyatakan sebagai pasangan open tag dan close tag XML
yang akan diinterpretasi oleh logika client dan ditampilkan dalam bentuk informasi berbasis
teks atau grafik.
Real-Time Monitoring display
Pada sisi pengguna pesan-pesan XML sebagai format komunikasi akan diterjemahkan
oleh web browser dan ditampilkan dalam bentuk yang mudah dipahami pengguna. Gambar
5 menampilkan data pengukuran berlangsung (current measured value) dari sensor yang
memantau perubahan temperatur lingkungan, kelembaban relatif dan kecepatan angin. Pesan
XML ditampilkan melalui XML parser yang menghasilkan parameter, nilai dan unit satuan
yang berkesesuaian.
Gambar 6 memperlihatkan tampilan interaksi pengguna dalam menyajikan historical
data dari proses monitoring lingkungan. Antarmuka pemakai memiliki alternatif untuk
menampilkan data berdasarkan harian, mingguan ataupun bulanan sebagai satu kesatuan
button menu dari user interfacer (UI).
Grafic Display
Alternatif
lain output pemantauan lingkungan dapat dalam bentuk grafik seperti pada
gambar 7. Tampilan memperlihatkan grafik pemantauan temperatur lingkungan harian
selama 24 jam. Perekaman dilakukan setiap satu jam yang direpresentasikan dalam grafik
sebagai sumbu axis. Sedangkan nilai pengukuran dalam derajat Celcius berkisar antara 37
hingga 41 0 C.
PEMBAHASAN
Socket Programming
Pemrograman soket menyediakan alternatif yang beragam baik berbasis aplikasi
desktop (desktop application) hingga soket berbasis web browser (websocket). Soket
beroperasi pada layer protokol standar yaitu protocol TCP/IP sehingga penggunaannya umum
dan sesuai untuk mendukung komunikasi multiplatform. Selain itu manfaat paling relevan
dari teknologi ini bahwa Soket mendukung komunikasi 2 (dua) arah (two-way
communication) sehingga menjadi alternatif yang baik sebagai saluran pertukaran data dan
komunikasi sensor fisik dan sistem cloud sensor melalui perantaraan komputer gateway.
SOAP Protocol
Simple Object Access Protocol atau SOAP adalah protocol pertukaran informasi dan
komunikasi yang mendukung komunikasi multi-platform.
SOAP berbasis format pesan
XML yang memungkinkan programmer merumuskan format dasar pesan yang digunakan.
XML adalah bahasa markup yang fleksibel dan dapat didefiniskan ulang. Sifat dasar ini
menjadi keuntungan dalam membangun arsitektur sistem yang dinamis (Koftikian, 2010).
Object Relational Model
Konsep obyek memungkinkan pemodelan komposisi informasi yang handal dengan
memisahkan secara logik informasi-informasi yang berbeda sebagai satu kesatuan lain yang
tunggal, mandiri dan terpisah. Cara ini memberi keuntungan dalam memisahkan data-data
setiap sensor sehingga perubahan atau kekacauan relasi database suatu sensor tidak berakibat
pada data lain. Model obyek akan memberi keleluasaan penambahan tambel-tabel baru
melalui pembentukan
entitas-entitas
obyek
baru
kedalam
sistem
database
yang
merepresentasikan sensor-sensor fisik.
Konsep keterpisahan dan kesatuan ini juga memberi peluang model database yang
dinamis. Selain itu protocol SOAP sebagai pendukung sistem mendukung kontruksi pesan
komunikasi yang sangat fleksibel dan mendukung tipe data kompleks berbasis model entitasentitas kelas.
WSDL
Web Service Description Language (WSDL) adalah bahasa deksriptif yang
menjelaskan fungsi-fungsi yang tersedia sebagai interface atau antarmuka suatu program
aplikasi. WSDL ditujukan untuk komunikasi antara perangkat lunak dan tidak diperuntukan
untuk pengguna (manusia). WSDL berisi penjelasan cara dalam mengontak, mengirim pesan,
mengeksekusi perintah dari suatu program. WSDL juga mendaftar fungsi dan output fungsi
yang tersedia pada suatu layanan. WSDL ditulis sedemikian rupa sehingga dapat
diinterpretasi oleh program aplikasi client.
WSDL dirancang mendukung kinerja lintas
platform. Bahasa deskripsi ini berperan sebagai penjelasan antar muka sistem. Sedangkan
protocol komunikasi yang digunakan dalam mengeksekusi adalah berbasis protocol SOAP.
System Model
Sistem mengorganisasikan data pemantauan lingkungan melalui bagian logik virtual
sensor. Sedangkan representasi sensor fisik diatur dalam grup manajemen sensor pada server
cloud yang dapat diakses melalui internet. sensor fisik terhubung ke sistem melalui computer
gateway. Sedangkan sisi pengguna mengakses virtual sensor melalui mekanisme sesi
pengguna yang dibangkitkan secara dinamis saat pengguna aktif melalui request layanan ke
sistem. Gambar 1 memperlihatkan gambaran utuh sistem cloud sensor.
Real-Time Monitoring Flow
Real-Time mode terjadi saat pengguna menampilkan data pengukuran sensor saat
berlangsung dengan delay toleran. Aliran permintaan pengguna terjadi secara langsung
menuju sensor fisik dengan melalui perantaraan virtual sensor melalui mekanisme requestresponse pada gambar 2.
Historical Data Request
Pengguna
dapat
memilih
menampilkan data-data
pengukuran
waktu-waktu
sebelumnya. Sistem akan menggunakan database penyimpanan data pengukuran untuk
melayani permintaan pengguna. Proses ini tidak melibatkan sensor fisik untuk merespon
permintaan pengguna sebagaimana ditunjukan gambar 3.
KESIMPULAN DAN SARAN
Infrastruktur cloud sensor yang diimplementasikan dengan dukungan teknologi yang
tepat dapat menambah daya guna sensor-sensor fisik dalam aktivitas monitoring lingkungan.
Secara fiisik sensor dapat ditempatkan terpisah secara geografis dengan pengguna, namun
dapat diakses tanpa kendala berarti. Demikian pula halnya sensor fisik yang tunggal dapat
dimanfaatkan bersamaan oleh beberapa pengguna sistem dengan menajemen session
pengguna.
Cloud sensor dapat menurunkan biaya proses monitoring lingkungan. Model
infrastruktur cloud sensor dengan antarmuka berbasis web memberi kemudahan bagi
pengguna sistem layaknya mereka mengakses halaman web biasa pada saat memantau
parameter-parameter lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, K. and Gregory, M. (2011). Integrating Wireless Sensor Networks with Cloud
Computing. Seventh International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor
Networks.
Arrosyid, M. H., Tjahjono, A., dan Sunarno, E. (2012).Implementasi Wireless Sensor
Network Untuk Monitoring Parameter Energi Listrik Sebagai Peningkatan Layanan
Bagi Penyedia Energi Listrik.
Doukas, C. and Maglogiannis, I. (2011). Managing Wearable Sensor Data through Cloud
Computing. Third IEEE International Conference on Coud Computing Technology
and Science.
Iwai, A. and Aoyama, M. (2011). Automotive Cloud Service Systems Based on ServiceOriented Architecture and Its Evaluation. IEEE 4th International Conference on
Cloud Computing.
Koftikian, J. (2010). Simple Object Access Protocol (SOAP). Technical University HamburgHarburg.
Melchor, J. and Fukuda, M. (2011). A Design of Flexible Data Channels for Sensor-Cloud
Integration. 21st International Conference on Systems Engineering.
Panchard, J. (2008). Wireless Sensor Networks For Marginal Farming In India.
Rajesh, V., Gnanasekar, J.M., Ponmagal, R.S., and Anbalagan, P. (2010). Integration of
Wireless Sensor Network with Cloud. International Conference on Recent Trends in
Information, Telecommunication and Computing.
Satoh, F., and Itakura, M. (2011). Cloud-based Infrastructure for Managing and Analyzing
Environmental Resources. Annual SRII Global Conference.
Velte, A. T., Velte, T. J., and Elsenpeter, R. (2010). Cloud Computing: A Practical
Approach. The McGraw-Hill Companies.
Yuriyama, M., and Takayuki, K. (2010). Sensor-Cloud Infrastructure Physical Sensor
Management with Virtualized Sensors on Cloud Computing. 13th International
Conference on Network-Based Information Systems.
Yuriyama, M., Takayuki, K. and Mayumi, I. (2011). A New Model of Accelerating Service
Innovation with Sensor-Cloud Infrastructure. Annual SRII Global Conference.
Gambar 1. Model sisteminfrastruktur cloud sensor denganbagian sensor
manajemen, virtual sensor,
manajemensesipenggunadandukunganmanajemenpengguna.
Gambar 2. Real-time monitoring flow.Penggunamenampilkan data
pengukuransesuaikondisinyatapadasisi sensor.Sistemmenangani proses
denganteknikmeneruskanpermintaanpenggunamelalui virtual sensor.
Gambar 3. Proses permintaan data-data pengukuran waktu-waktu sebelumnya. Proses
berujung pada virtual sensor yang melibatkan database sistem.
Gambar 4. Proses permintaan data-data pengukuranwaktu-waktusebelumnya. Proses
berujungpada virtual sensor yang melibatkan database sistem.
Gambar 5. Tampilangrafisbeberapa parameter pengukuran sensor yang
ditampilkandalam mode real-time.
Gambar 6. Tampilangrafisbeberapa parameter pengukuran sensor yang
ditampilkandalam mode real-time.
Gambar 7. Tampilangrafikpemantauanharian parameter temperature lingkungan.