Modul 4: Komunikasi Data IoT

Pertemuan 4-5 Sub-CPMK: 3.2
CPL-05

1. Pengertian Komunikasi Data IoT

Komunikasi data IoT mengacu pada teknologi dan protokol yang memungkinkan perangkat IoT untuk bertukar data dengan perangkat lain, gateway, atau cloud. Pemilihan teknologi komunikasi yang tepat sangat kritis untuk kesuksesan implementasi IoT.

📶

Short Range

Komunikasi Jarak Dekat

Teknologi untuk komunikasi dalam jarak beberapa meter hingga ratusan meter

  • WiFi, Bluetooth, Zigbee
  • High data rate
  • Power consumption medium-high
  • Biaya rendah
📡

Long Range

Komunikasi Jarak Jauh

Teknologi untuk komunikasi hingga beberapa kilometer

  • LoRa, NB-IoT, Cellular
  • Low data rate
  • Power consumption low
  • Biaya variabel

Faktor Pemilihan Teknologi Komunikasi

Parameter Kritis dalam Pemilihan

Jangkauan (Range)

Jarak maksimal komunikasi yang dibutuhkan

1
Konsumsi Daya (Power)

Batasan daya yang tersedia untuk perangkat

2
Data Rate

Kecepatan transfer data yang diperlukan

3
Biaya (Cost)

Anggaran untuk hardware dan operational

4
Latensi

Toleransi delay dalam komunikasi

5

2. WiFi & Ethernet

📶

WiFi (IEEE 802.11)

Wireless Local Area Network

Teknologi nirkabel yang paling umum digunakan untuk konektivitas internet berkecepatan tinggi dalam area terbatas.

Spesifikasi WiFi untuk IoT:

  • Range: hingga 100m (indoor)
  • Data Rate: 11 Mbps hingga 9.6 Gbps
  • Frequency: 2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz
  • Power: Medium to High
  • Cost: Low to Medium

Standar WiFi untuk IoT:

Standard Frekuensi Max Speed Range IoT Suitable
802.11b/g/n 2.4 GHz 150 Mbps Good ✅ Yes
802.11ac 5 GHz 3.5 Gbps Fair ⚠️ Limited
802.11ax (WiFi 6) 2.4/5/6 GHz 9.6 Gbps Excellent ✅ Yes

Contoh Implementasi ESP32 dengan WiFi:

Arduino - ESP32 WiFi
#include <WiFi.h>

const char* ssid = "Your_SSID";
const char* password = "Your_PASSWORD";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("Connecting to WiFi");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("Connected! IP: " + WiFi.localIP());
}

void loop() {
  // Your IoT application code here
  delay(1000);
}

3. Bluetooth & BLE (Bluetooth Low Energy)

🔵

Bluetooth Classic

Untuk transfer data kecepatan tinggi

Dirancang untuk continuous data streaming seperti audio dan file transfer.

Spesifikasi:

  • Range: 10-100m
  • Data Rate: 1-3 Mbps
  • Power: High
  • Latency: 100-200ms
  • Topology: Point-to-point

Use Cases:

  • Audio streaming
  • File transfer
  • Peripheral devices
🔷

BLE (Bluetooth Low Energy)

Untuk IoT dan perangkat baterai

Dirancang khusus untuk aplikasi IoT dengan konsumsi daya sangat rendah.

Spesifikasi:

  • Range: 10-100m
  • Data Rate: 125 Kbps - 2 Mbps
  • Power: Very Low
  • Latency: 6ms
  • Topology: Star, Mesh

Use Cases:

  • Wearable devices
  • Smart home sensors
  • Beacon technology
  • Health monitoring

Contoh BLE dengan ESP32:

Arduino - ESP32 BLE
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEServer.h>

#define SERVICE_UUID "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b"
#define CHARACTERISTIC_UUID "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8"

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  BLEDevice::init("ESP32_BLE_Server");
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
    CHARACTERISTIC_UUID,
    BLECharacteristic::PROPERTY_READ | BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
  );
  pCharacteristic->setValue("Hello BLE World");
  pService->start();
  BLEAdvertising *pAdvertising = BLEDevice::getAdvertising();
  pAdvertising->addServiceUUID(SERVICE_UUID);
  pAdvertising->start();
  Serial.println("BLE Server Ready!");
}

4. LoRa & LPWAN Technologies

📡

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)

Teknologi LPWAN untuk komunikasi jarak sangat jauh

LoRaWAN dirancang khusus untuk aplikasi IoT yang membutuhkan jangkauan panjang dengan konsumsi daya sangat rendah.

Karakteristik LoRaWAN:

  • Range: 2-15 km (rural), 2-5 km (urban)
  • Data Rate: 0.3-50 kbps
  • Power: Very Low (battery years)
  • Frequency: 868 MHz (EU), 915 MHz (US)
  • Cost: Low operational cost

Arsitektur LoRaWAN:

End Device → Gateway → Network Server → Application Server

Contoh Implementasi LoRa dengan Arduino:

Arduino - LoRa Sender
#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Serial.println("LoRa Sender");
  if (!LoRa.begin(915E6)) {
    Serial.println("LoRa init failed!");
    while (1);
  }
}

void loop() {
  Serial.println("Sending packet...");
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print("Sensor Data: ");
  LoRa.print(millis());
  LoRa.endPacket();
  delay(5000);
}

5. Cellular IoT (NB-IoT, LTE-M)

📱

NB-IoT (Narrowband IoT)

Optimized for low power, wide area

Teknologi selular yang dioptimalkan untuk perangkat IoT dengan kebutuhan data rendah.

Spesifikasi:

  • Range: Seluruh area coverage selular
  • Data Rate: 20-250 kbps
  • Power: Very Low
  • Latency: 1.6-10 seconds
  • Deployment: In-band, Guard-band, Standalone

Use Cases:

  • Smart metering
  • Asset tracking
  • Agriculture sensors
  • Environmental monitoring
🌐

LTE-M (LTE for Machines)

Enhanced mobile broadband for IoT

Teknologi LTE yang dioptimalkan untuk perangkat IoT dengan kebutuhan mobility dan voice support.

Spesifikasi:

  • Range: Seluruh area coverage selular
  • Data Rate: 200 kbps - 1 Mbps
  • Power: Low to Medium
  • Latency: 50-100ms
  • Features: Mobility, Voice support

Use Cases:

  • Vehicle tracking
  • Wearables
  • Video surveillance
  • Smart city applications

6. Zigbee & Z-Wave

🕸️

Zigbee (IEEE 802.15.4)

Wireless mesh network untuk smart home

Protokol komunikasi mesh yang dirancang khusus untuk aplikasi smart home dan building automation.

Spesifikasi Zigbee:

  • Range: 10-100m per hop
  • Data Rate: 20-250 kbps
  • Power: Low
  • Frequency: 2.4 GHz global
  • Topology: Mesh network

Zigbee Device Types:

  • Coordinator: Jantung jaringan (harus ada 1)
  • Router: Memperluas jangkauan jaringan
  • End Device: Perangkat sensor/aktuator

Perbandingan Jangkauan Teknologi:

Bluetooth
10-100m
WiFi
50-100m
Zigbee
100m+ (mesh)
LoRa
2-15km
Cellular
Global

7. Simulator Jaringan IoT

Simulator Topologi Jaringan IoT

Pilih Teknologi
Parameter Jaringan
5 nodes
Kontrol Simulasi
Pilih teknologi untuk memulai

Data Transmission Log

Network Activity Log
[00:00:00] Network simulator ready

8. Panduan Pemilihan Teknologi Komunikasi

Decision Matrix untuk Pemilihan Teknologi IoT

Application Scenario Recommended Tech Data Rate Range Power Cost
Smart Home Sensors Zigbee, BLE Low Medium Very Low Low
Wearable Devices BLE, WiFi Medium Short Very Low Low
Industrial Monitoring LoRaWAN, WiFi Low Long Very Low Medium
Smart City LoRaWAN, NB-IoT Very Low Very Long Very Low Medium
Video Surveillance WiFi, Cellular High Medium High Medium-High
Asset Tracking LoRaWAN, NB-IoT, BLE Low Long Very Low Medium

Flowchart Pemilihan Teknologi

Step 1: Tentukan Range Requirements

Short-range (<100m) atau Long-range (>1km)?

1
Step 2: Evaluasi Power Constraints

Battery-powered atau mains-powered?

2
Step 3: Analisis Data Requirements

High bandwidth atau occasional small data?

3
Step 4: Pertimbangkan Cost Factors

Hardware cost, operational cost, scalability

4
Step 5: Pilih Technology Stack

Berdasarkan analisis comprehensive

5

9. Kuis Pemahaman Komunikasi Data IoT

1. Teknologi mana yang paling tepat untuk aplikasi smart home sensor dengan kebutuhan baterai tahan lama?

  • A. WiFi
  • B. Bluetooth Classic
  • C. Zigbee
  • D. Cellular 4G

2. Apa keunggulan utama LoRaWAN dibanding teknologi lain?

  • A. Kecepatan data yang tinggi
  • B. Biaya operasional yang rendah
  • C. Jangkauan yang sangat jauh dengan daya rendah
  • D. Latensi yang sangat rendah

3. Teknologi mana yang menggunakan topologi mesh network?

  • A. Bluetooth Classic
  • B. WiFi
  • C. Zigbee
  • D. NB-IoT

4. Untuk aplikasi video surveillance IoT, teknologi mana yang paling tepat?

  • A. LoRaWAN
  • B. BLE
  • C. WiFi
  • D. Zigbee
Modul 5: Perancangan Sistem →