Paper Review: Data Visualization for Wireless Sensor Networks Using Things Board
Paper Review oleh Vicky Mahendra, Dian Anggraini, Diandra A. Firmansyah
Editor: Amalia Zahra, S.Kom., Ph.D.
Referensi:
Matthew, Xinzhou Wei, Xiaowen Zhang. Data Visualization for Wireless Sensor Networks Using ThingsBoard. 2020 29th Wireless and Optical Communications Conference (WOCC), DOI: 10.1109/WOCC48579.2020.9114929, 2020.
- Pendahuluan
Paradigma Internet of Things (IoT) yang kita kenal saat ini dikenal sebagai utilitas sehari-hari yang tak terhitung jumlahnya dimana ada koneksi ke Internet dari semua objek atau perangkat IoT. Objek atau perangkat ini kemudian dapat mengumpulkan data khusus dan membagikannya di Internet. Data ini dapat berupa apa saja seperti kelembaban, suhu, tekanan, kualitas udara, dan properti lainnya. Pengembangan Kota Cerdas adalah salah satu aplikasi praktis dari sistem IoT. Kota Cerdas dikenal sebagai kawasan perkotaan yang telah maju dalam perkembangannya dari pemanfaatan sistem IoT. Tujuan utama Kota Cerdas adalah meningkatkan kualitas hidup warganya, memanfaatkan sumber daya publik dengan lebih baik, dan mengurangi biaya operasional administrasi kota.
- Konfigurasi Sistem
- a) ZigBee dan XBee
Sistem yang diusulkan menggunakan teknologi ZigBee mampu menyediakan implementasi Wireless Sensor Network (WSN), ZigBee bekerja pada standar IEEE 802.15.4 yang digunakan dalam WSN. Serta WSN mampu menyediakan komunikasi nirkabel dengan biaya rendah, kecepatan data rendah, dan karakteristik konsumsi energi rendah yang berguna saat diimplementasikan.
Dalam makalah ini, jaringan yang digunakan dalam percobaan terdiri dari empat router XBee
yang terhubung satu sama lain dan satu koordinator XBee yang terhubung ke semua router.
- b) Thingsboard
ThingsBoard dikenal sebagai platform open source IoT yang dapat digunakan untuk mengumpulkan, mengolah, visualisasi/ pemodelan, serta manajemen perangkat. Untuk mendaftarkan perangkat yang akan digunakan pada ThingsBoard.
- c) Protokol MQTT
MQTT adalah protokol yang menggunakan metode Publisher/Subscriber, dan merupakan protokol umum yang digunakan untuk sistem IoT. Dalam model komunikasi Publisher/Subscriber, perangkat yang ingin mendapatkan data tertentu dapat mendaftarkan minat/ topik mereka. Ketika sebuah perangkat mencatat minat/ topik yang diinginkan, proses ini dapat dikategorikan sebagai metode Publisher/Subscriber.
- d) SQLite
Untuk tujuan logging dalam sistem visualisasi data telemetri yang dikirim dari perangkat IoT yang kemudian akan dimasukkan ke dalam tabel Database SQLite sebelum diteruskan ke Thingsboard. Database relasional lainnya seperti PostgreSQL dan MySQL tidak digunakan dalam makalah ini karena hanya satu tabel yang diperlukan untuk menyimpan data. SQLite merupakan sistem manajemen basis data yang ringan dalam pengaturan dan administrasi.
- Sistem Visualisasi/Pemodelan Data
Penulis menyampaikan setelah mempersiapkan komponen pada konfigurasi sistem, visualisasi data siap diimplementasikan dengan bahasa pemrograman Python. Python dipilih untuk makalah ini karena mendukung penerapan MQTT dengan paho-mqtt library dan Xbee dengan library nya sendiri. Untuk menginisialisasi ZigBee dalam program sistem, port serial dan baud rate yang digunakan untuk XCTU perlu diinisialisasi. Kredensial ini dapat ditemukan di bawah pada Gambar 2.
Gambar 2. Inisialisasi port, serial port, baud rate
Setelah diinisialisasi, data yang dikumpulkan dari XBee dapat dibaca dengan fungsi wait_read_frame yang ditunjukkan pada Gambar 3. Method ini juga digunakan untuk mendapatkan data seperti sumber pengiriman serta pengenalan dari pin yang berbeda dari tiap XBee.
Gambar 3. Inisialisasi response data
Pembacaan dari pin analog 0 digunakan untuk menghitung suhu dari sensor. Suhu dipublikasikan ke ThingsBoard dalam Fahrenheit. Namun, ada opsi dalam kode untuk mengonversi ke Celcius. Kode sumber untuk konversi suhu juga dapat ditemukan di bawah pada Gambar 4.
Gambar 4. baris kode perhitungan suhu serta konversi ke celcius
Setelah menghitung suhu dari tegangan perangkat Xbee, MQTT perlu diinisialisasi untuk membuat sambungan antara klien dan ThingsBoard. Karena ThingsBoard memerlukan pendaftaran untuk setiap perangkat untuk mendapatkan Token Akses, masing-masing dari empat router Xbee harus didaftarkan. Klien MQTT dapat diinisialisasi dengan fungsi konstruktor Klien MQTT. Fungsi username_pw_set yang ditemukan dalam potongan kode di bawah pada Gambar 5 digunakan untuk melakukan autentikasi Broker setelah koneksi berjalan.
Gambar 5. Autentikasi accessToken
- Hasil Simulasi
Penulis berhasil membangun sistem visualisasi data dengan jaringan sensor nirkabel XBee yang terdiri dari koordinator, empat router, mesin klien lokal untuk menyimpan data dalam jaringan dan platform IoT, serta ThingsBoard untuk visualisasi data. Penulis menguji kinerja sistem dengan mengumpulkan data suhu waktu secara berkala dalam rentang bangunan di tempat penelitian. Gambar dibawah ini menunjukkan data sensor waktu nyata yang ditampilkan pada dasbor ThingsBoard yang digunakan untuk percobaan.
Gambar 6. Tampilan dasbor pada ThingsBoard
Dan gambar dibawah ini menunjukkan email yang dihasilkan oleh ThingsBoard jika alarm dibuat untuk perangkat terdaftar di jaringan sensor nirkabel. Data pada email yang terkirim juga menunjukkan temperatur tinggi pada satu sensor.
Gambar 7. Email yang terkirim melalui ThingsBoard
- Kesimpulan
Makalah ini telah menyajikan sistem visualisasi data berbiaya rendah dan hemat energi untuk jaringan sensor nirkabel menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak open source. Implementasi praktis dari jaringan sensor nirkabel XBee yang dapat digunakan di banyak lokasi. Skema ini menetapkan kepraktisan dimana pengguna dapat menambahkan berbagai jenis sensor untuk mengumpulkan berbagai jenis data waktu secara berkala, bukan hanya suhu. Selain itu, pembaharuan telah dilakukan untuk meningkatkan kinerja sistem sehingga data yang diunggah ke ThingsBoard dilakukan secara bersamaan melalui multithreading dan tidak berurutan seperti sebelumnya.