Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016 (SENTIKA 2016) Yogyakarta, 18-19 Maret 2016
ISSN: 2089-9815
PERANCANGAN CONTEXT-AWARE SMART HOME DENGAN MENGGUNAKAN INTERNET OF THINGS Arif Setiawan, I Wayan Mustika, Teguh Bharata Adji Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No 2 Yogyakarta -55281 E-mail:
[email protected] ,
[email protected],
[email protected]
ABSTRAKS Context Aware Smart Home merupakan istilah bagi smart home yang memiliki kecerdasan untuk melakukan otomatisasi perangkat rumah berdasar konteks dari penghuni rumah tersebut. Paper ini bertujuan menggabungkan 2 fungsi smart home yaitu sebagai remote access dan home automation untuk menunjang context aware smart home. Desain arsitektur dan desain skenario diusulkan sebagai pedoman bagi penelitian selanjutnya Kata Kunci: Smart Home, Context-Aware, Internet Of Things Definisi pertama dari smart home dijelaskan oleh Lutolf (1992:277-278). Smart home merupakan sebuah konsep integrasi dari beberapa service didalam rumah menggunakan sistem komunikasi yang sama. Dan tetap menjamin keamanaan dan kenyamanan dengan fungsi kecerdasan yang tinggi. Berlo dkk (1999) menjelaskan bahwa smart home merupakan sebuah rumah atau tempat kerja, yang memiliki teknologi untuk menjalankan perangkat dan sistem secara otomatis. Definisi terbaru dan yang telah disepakati bersama dipublikasikan oleh Intertek (2014), yaitu Smart Home adalah perpaduan dari jaringan komunikasi yang terhubung ke perangkat rumah dan memungkinan untuk dikontrol, dimonitoring dan diakses secara jarak jauh Secara umum smart home memerlukan 3 syarat agar bisa disebut smart, yaitu 1. Internal Network : berupa kabel, wireless 2. Intelligent Control : berupa gateway untuk mengelola sistem 3. Home Automation : mengatur dan mengelola alat-alat untuk menunjang fungsi rumah pintar Menurut Anbasari (2013), kategori dari smart home dibedakan menjadi 3 berdasar fokus penelitian dan requirement dari peneliti. 3 kategori tersebut dapat dilihat pada Gambar 1
1.
PENDAHULUAN Smart Home merupakan salah satu cabang dari ubiquitos and pervasive computing. Smart Home erat kaitannya dengan kecerdasan buatan yang digunakan untuk meningkatkan faktor kenyamanan, keamanaan dan penghematan energi dalam suatu rumah. Smart Home menawarkan kualitas hidup yang lebih mudah dengan mengenalkan otomatisasi peralatan rumah tangga dan asistan rumah tangga. Otomatisasi ini berdasarkan context aware yang didapatkan dari memonitoring lingkungan rumah itu sendiri. Seorang user dapat mengontrol peralatan rumahnya dari jarak jauh, misalkan ketika user tersebut masih dalam perjalanan pulang, dia mampu menghidupkan AC untuk mendinginkan ruangan, mengontrol pemanas air untuk mandi dan lain-lain. Pada tahun 2050, 20% dari penduduk dunia akan berusia 60 tahun (Kemenkes, 2013). Pada usia ini problem-problem akan mulai muncul seperti hidup sendiri dan penyakit usia lanjut. Kemudian berdasar dari World Health Organization (2014), 650 juta orang hidup dengan disabilitas. Penyebab utama dikarenakan penyakit seperti diabetes, kanker, karena kecelakaan, perang, cacat dari lahir dan sebagainya. Pasien-pasien ini akan membutuhkan perawatan seumur hidupnya namun tidak memungkinkan untuk selalu dirawat di rumah sakit. Untuk itu smart home menawarkan salah satu solusi sebagai perawatan kesehatan dan asistan rumah tangga bagi para pasien tersebut
2. DASAR TEORI 2.1 Smart Home Smart home merupakan salah satu penerapan dari cabang ilmu pervasive computing. Beberapa istilah yang merujuk ke smart home antara lain smart house, home automation, domotique, intelligent home, adaptive home dan aware home
Gambar 1. Kategori Smart Home
455
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016 (SENTIKA 2016) Yogyakarta, 18-19 Maret 2016
3 kategori smart home yaitu comfort, healthcare dan security. Comfort dan Healthcare dapat berjalan secara remote maupun secara lokal di dalam rumah. Sedang Security lebih menitikberatkan pada User Authentication dan Device Authentication.
ISSN: 2089-9815
Perception Layer bertanggung jawab untuk mengkonversi data menjadi sinyal yang dikirim melalui network agar dapat dibaca oleh layer aplikasi. Sebagai contoh, penggunaan barcode oleh minimarket. Didalam barcode tersebut terdapat data seperti nama, harga dan stok barang. Ketika informasi telah didapatkan, maka layer network akan bertanggung jawab untuk pengiriman data dari satu host ke host yang lain. Ada berbagai macam teknik yang digunakan seperti ZigBee, Wifi, 6LoWPAN dll. Sedangkan layer aplikasi berfungsi untuk memproses informasi yang telah didapatkan untuk digunakan sesuai keperluannya
1. Comfort Salah satu fungsi utama smart home ialah mampu memberikan kenyaman yang lebih kepada penghuninya. Terdapat 2 metode yang digunakan, metode pertama, smart home akan berfungsi dengan mengenali kegiatan penghuni kemudian melakukan fungsi otomatisasi terhadap alat-alat di rumah. Metode kedua, dengan melakukan remote alat-alat rumah tangga dari jarak yang jauh. 2. Healthcare Smart home mampu menggantikan fungsi perawat dan asisten rumah tangga kepada pasien, orang tua, ataupun kepada orang sehat sekalipun. Fungsi healthcare dapat berupa report monitoring kesehatan penghuni yang dapat diakses oleh dokter ataupun monitoring keaadaan penghuni yang secara langsung terhubung ke UGD rumah sakit terdekat 3. Security Rumah yang terdapat teknologi didalamnya tentu akan rentan terhadap serangan security. Permasalahan security yang paling sering terjadi dikarenakan kelemahan dari penghuni itu sendiri dan metode autentikasi yang mudah diterobos.
3.
TINJAUAN PUSTAKA Smart home memiliki fungsi sebagai remote acces dan kontrol terhadap peralatan maupun sensor yang berada di dalam rumah. Internet menjadi teknologi yang paling banyak digunakan sebagai sarana penghubung antara smart home dengan user. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memudahkan user dalam memonitoring dan mengontrol peralatan di rumahnya. Perumal dkk (2008) dari Institute of Advanced Technology, Universitas Putra Malaysia. Mengenalkan desain dan implementasi dari Simple Object Access Protocol (SOAP) berbasis smart home. Mereka merancang modul berbasis SOAP untuk mengoperasikan peralatan rumah tangga di lingkungan smart home. Penggunaan web server menjadi otak manajemen sistem smart home ini. Jika server mati, sistem masih dapat dikontrol menggunakan SMS. Sebagai kontrol di sisi smart home, digunakan switch relay. Sayangnya penggunaan relay mengakibatkan sistem ini tidak mendukung standard komunikasi yang lain. Penelitian yang telah dilakukan ini menunjukkan fungsi smart home sebagai real time remote accses dan monitoring sistem. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Wang dkk (2009), Wang mendesain sebuah smart home yang berfungsi sebagai monitoring dan kontrol sistem. Sistem ini dapat dikontrol secara remote menggunakan sebuah kontroller. Sistem kontroller yang digunakan dapat diakses melalui perangkat bergerak dan juga PC. Setiap kontroller yang digunakan akan memliki alamat yang unik. Walaupun protokol komunikasi yang digunakan antara smart home dan kontroller bukan merupakan hal baru, Penelitian ini mengusulkan penggunan sistem perintah yang baru untuk mengontrol perangkat di lingkungan smart home. Penggunaan protokol komunikasi yang baru diperkenalkan oleh Yongping dkk (2009), penelitian ini membuat web server yang berfungsi untuk mengontrol peralatan rumah tangga berdasarkan protokol Zigbee. Mikroprosessor yang digunakan adalah S3C2410, yang diprogram menggunakan
2.2
Internet Of Things Internet of Things (IoT) diperkenalkan pertama kali oleh Asthon (2009) di 1999. IoT dapat dijelaskan sebagai 1 set things yang saling terkoneksi melalui internet. Things disini dapat berupa tags, sensor, manusia dll. IoT berfungsi mengumpulkan data dan informasi dari lingkungan fisik (environment), data-data ini kemudian akan diproses agar dapat dipahami maknanya Kemampuan dari IoT untuk saling berkomunikasi ini membuat IoT dapat diterapkan di segala bidang. Di bidang kesehatan (Lopez, 2013), sensor IoT dapat digunakan untuk memonitor kondisi pasien, sehingga kondisi pasien tetap terpantau selama 24 jam. Di bidang pertanian, IoT dapat digunakan sebagai sensor untuk memonitor kondisi tanah, suhu dan kelembapan yang penting bagi tanaman. Di bidang smart building, IoT dapat digunakan untuk memonitor penggunaan listrik tiap gedung (Chen, 2011). Selain itu IoT juga dapat digunakan di bidang automation, transportasi, smart grid dan lainnya. Menurut Tan (2014), teknologi dalam IoT dibagi menjadi beberapa arsitektur layer. Layer pertama yaitu layer Perception, layer ini berfungsi membaca dan mengumpulkan informasi dari lingkungan fisik (environment). Kemudian, data akan dikirim ke layer network. Yang akhirnya data akan digunakan didalam layer aplikasi.
456
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016 (SENTIKA 2016) Yogyakarta, 18-19 Maret 2016
Linux Kernel 2.6. Untuk berkomunikasi secara online, dibuat sebuah web server yang dinamakan Boa. Web server ini hanya berukuran 60KB dan berjalan secara embbeded di mikroprosessor tersebut. Penggunaan WIFI sebagai sarana komunikasi didalam smart home diperkenalkan oleh Wang (2013) dalam penelitiannya. Wang membuat sistem smart home dengan 1 buah akses point sebagai gateway yang terhubung ke 6 sensor yang berperan sebagai node. Module yang dipakai adalah GS1010, sebuah wireless sistem on chip (SOC) yang memiliki power kecil namun jarak jangkau tetap tinggi. Penggunaan WIFI memiliki keuntungan karena mendukung jumlah data yang besar, namun memiliki kekurangan yaitu interferensi dengan peralatan wireless yang lain. Chong dkk (2011) mulai mengimplementasikan IoT kedalam smart home dengan membuat sistem yang terdiri dari 3 layer yaitu Application Layer yang berisi aplikasi dan database , Network Layer berupa sarana komunikasi yang digunakan dan Perception Layer berupa sensor dan aktuator. Sistem ini memiliki kelebihan yaitu menggunakan konsep modular, dimana modul dapat ditambahkan ketika user ingin menambah fungsi lain. Sebagai contoh, user ingin menambahkan akses ke internet. Maka user dapat menambahkan modul rj45 kedalam sistem ini. Dengan konsep modular seperti ini maka biaya untuk pembuatan home gateway menjadi lebih terjangkau. Kemunculan Cloud Computing turut memberi andil dalam pengembangan smart home. Soliman dkk (2013) membuat sistem smart home yang menggabungkan IoT dengan Web Services dan Cloud Computing. Sistem yang dibuat terdiri dari 5 modul yaitu Sensor, Aktuator, Database, API Layer dan Aplikasi Web. Data akan diperoleh dari sensor kemudian disimpan didalam database secara lokal. Cloud Computing akan berinteraksi dengan database tersebut menggunakan protokol JSON. JSON merupakan protokol pertukaran data seperti XML namun lebih kecil, cepat dan mudah untuk dipahami. Walaupun sensor-sensor yang digunakan sama seperti penelitian yang lain, tetapi penerapan IoT dengan Cloud Computing menjadi kelebihan penelitian ini Penelitian-penelitian di atas fokus pada 2 fungsi smart home yaitu sebagai remote accces dan home automation namun masih terpisah. Penelitian dalam paper ini bertujuan untuk menggabungkan 2 fungsi smart home tersebut dengan menggunakan konsep dari Internet of Things , IoT merupakan sebuah device embeded yang memungkinkan user untuk memonitoring dan mengontrol peralatan rumahnya secara lebih nyaman. Data yang diperoleh dari monitoring rumah juga akan diproses untuk mengenali aktifitas pengguna, sehingga nantinya peralatan rumah tangga tersebut dapat berjalan otomatis sesuai dengan kebiasaan penghuni rumah.
ISSN: 2089-9815
4. ARSITEKTUR SISTEM 4.1 Desain Arsitektur Sistem Sistem Arsitektur untuk smart home harus memenuhi persyaratan untuk dapat menjalankan fungsinya seperti monitoring keadaan rumah, pemrosesan data, dan kontrol terhadap peralatan rumah tangga. Dalam penelitian ini akan digunakan sensor dari mikrokontroller untuk monitoring keadaan rumah dan aktuator mikrokontroller sebagai kontrol terhadap perangkat rumah. Ilustrasi dari arsitektur sistem yang diusulkan dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 2. Arsitektur Smart Home 1.
2.
3.
Sensor Mikrokontroller, berfungsi mengukur kondisi rumah seperti suhu, cahaya, kelembapan dll Aktuator Mikrokontroler, berfungsi menerima perintah dari middleware untuk mengontrol perangkat rumah Middleware, berfungsi memproses data yang diterima dari sensor mikrokontroller untuk kemudian dilakukan pemrosesan data. Web App, berfungsi untuk menampilkan data dan fungsi kontrol terhadap perangkat rumah
4.2 Desain Perangkat Keras Berdasar dari desain arsitektur yang diusulkan maka desain perangkat keras dibagi menjadi : 1. Sensor & Aktuator Mikrokontroller Arduino menjadi pilihan sebagai sensor dan aktuator dalam penelitian ini. Arduino memiliki beberapa kelebihan seperti harga terjangkau, open source, mudah diprogram dan mendukung banyak sensor. Didalam penelitian ini digunakan Arduino UNO yang terhubung dengan beberapa sensor seperti : a. Sensor Temperature b. Sensor Cahaya c. Sensor Passive Infrared d. Sensor Ultrasonik Selain berfungsi sebagai sensor, Arduino juga berfungsi sebagai aktuator. Aktuator akan bekerja ketika menerima perintah dari middleware. Karena Arduino tidak mendukung listrik tegangan tinggi maka akan digunakan Relay sebagai
457
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016 (SENTIKA 2016) Yogyakarta, 18-19 Maret 2016
trigger. Relay akan berfungsi sebagai saklar untuk menghidupkan dan mematikan peralatan rumah tangga. 2. Wireless Protokol Zigbee menjadi pilihan dalam penelitian ini dikarenakan mendukung fungsi home automation dan mudah untuk dikembangkan lebih lanjut. Selain itu, dukungan terhadap platform arduino menjadi salah satu nilai lebih. Penggunaan Zigbee akan diintegrasikan dengan arduino menggunakan Modul XBee yang disebut XBee Shield. 3. Middleware Middleware berfungsi memproses data yang diterima dari sensor mikrokontroller untuk kemudian dilakukan pemrosesan data. Karena memiliki fungsi yang cukup banyak maka dipilih produk IoT yang memiliki komputasi tinggi. Dalam penelitian ini akan digunakan Raspberry Pi Model B+. Raspberry Pi Model B+ memiliki spesifikasi processor Broadcom 700Mhz. RAM 512 MB, MicroSd card, dan mendukung GPIO hingga 40 pin.
ISSN: 2089-9815
tersebut. Ketika terjadi event maka data-data dari sensor akan disimpan kedalam database. Sebagai contoh, user mematikan lampu pada jam 5 pagi. Maka data yang disimpan antara lain, waktu, temperature, cahaya pada saat event tersebut.
4.3 Desain Perangkat Lunak Perangkat Lunak yang akan digunakan berfungsi untuk mengumpulkan data dan memproses data dari sensor kemudian menampilkan data tersebut kedalam web app serta melakukan fungsi kontrol terhadap perangkat rumah. Gambar 3 merupakan flowchart untuk fungsi mengumpulkan data dari sensor.
Gambar 4. Flowchart kontrol web Gambar 4 merupakan flowchart untuk fungsi kontrol perangkat rumah melalui web app. Pertama user akan memberikan input melalui web app, kemudian server akan mengolah apakah input tersebut berupa perintah ke aktuator atau perintah untuk akses ke database. Jika merupakan perintah ke aktuator maka web app akan berkomunikasi dengan middleware untuk meneruskan perintah tersebut ke aktuator. Jika merupakan akses ke database maka server akan menampilkan data yang diminta menggunakan SQL command. 4.4 Desain Skenario Berikut ini beberapa skenario yang dapat dilakukan oleh sistem : a. Monitoring kondisi lingkungan rumah Merupakan fungsi dasar dari smart home, kondisi rumah seperti suhu dan kelembapan dapat diakses secara mudah oleh user b. Mengontrol perangkat rumah User memiliki hak akses secara langsung untuk melakukan kontrol terhadap peralatan rumah seperti lampu, pintu dan AC 5.
KESIMPULAN Penelitian akan smart home menjadi salah satu topik riset menarik karena kebutuhan industri yang semakin besar. Paper ini membahas beberapa penelitian yang telah dilakukan untuk fungsi smart home sebagai remote access dan home automation. Penelitian ini mengunakan acuan dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dengan menambah konsep IoT. Desain Arsitektur dan Skenario dalam
Gambar 3. Flowchart pengumpulan data Pertama yang dilakukan adalah inisialisasi perangkat dalam hal ini arduino dan sensor. Kemudian akan dibaca data-data dari sensor
458
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016 (SENTIKA 2016) Yogyakarta, 18-19 Maret 2016
ISSN: 2089-9815
System. in Proc. Int. Conf. Inf. Manage. hlm. 546–549. WHO | Dissability and Rehabilitation.(Online). ( http://www.who.int/disabilities/en/ diakses 1Jan-2014). Yifeng W. 2013. The Design of Smart Home System Based on Wireless Sensor Network, Vol 13 IEEE. Yongping J, Zehao F, and Du X. 2009. Design and application of wireless sensor network web server based on S3C2410 and zigbee protocol. in Proc. Int. Conf. Netw. Security, Wireless Commun. Trusted Comput. , vol. 2, hlm. 28– 31.
smart home juga telah diusulkan sebagai kerangka dalam proses pengerjaan penelitian ini. Penelitian selanjutnya akan mencoba mengimplementasikan desain arsitektur dan skenario tersebut dengan kajian lebih dalam tentang algoritma untuk mendukung context-aware smart home
PUSTAKA Ashton K. 2009. That ‘internet of things’ thing. RFiD J. 22(7):97–114. Barbaran. Anbarasi A, and Ishwarya M. 2013. Desain and implementation of smart home using sensor network International Conference on Optical . Berlo A. V, Bob A, Jan E,Klaus F, Maik H, & Charles W. 1999. Design Guidelines on Smart Homes, A COST 219bis Guidebook. Brussels, Belgium: Eur. Commission. Chen W. 2011. Application of internet of things for electric fire control. Electrical and Control Engineering (ICECE). hlm 4741–4743. Chong G, Zhihao L & Yifeng Y. 2011, The Research and Implement of Smart Home System Based on Internet of Things, Vol 11 IEEE. Kementerian Kesehatan Republik Indonesia. (Online) (http://www.depkes.go.id/index.php?vw=2&id =SNR.13110002. Diakses 10-Dec-2013). Lutolf R. 1992. Smart Home concept and the integration of energy meters into a home based system, in Proc. 7th Int. Conf. Metering Apparatus Tariffs Electr. Supply, hlm. 277– 278. Lopez P, Fernandez D, Jara A, & Skarmeta A.F. 2013. Survey of internet of things technologies for clinical environments. Advanced Information Networking and Applications Workshops (WAINA). Perumal T, Ramli A. R, & Leong C.Y. 2008. Designand implementation of SOAP-based residential management for smart home systems. IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 54, no. 2, hlm 453–459. Smart Home : A Definition (Online) ( http://www.housingcare.org/downloads/kbase/2 545.pdf diakses 1-Jan-2014). Soliman M, Abiodun T, Hamouda T, Zhou J, Lung C.H, 2013. Smart Home: Integrating Internet of Things with Web Services and Cloud Computing, IEEE International Conference on Cloud Computing Technology and Science. Tan, J., and Koo, S. G. M. 2014. A Survey of Technologies in Internet of Things. IEEE International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems, hlm 269–274. Wang Z, Wei S, Shi L & Liu Z. 2009. The Analysis and Implementation of Smart Home Control
459
