Enam opsi konektivitas untuk IoT

Menurut saya, koneksi Internet di apartemen saya lambat. Benar-benar lambat. Sangat lambat.

Bahkan, streaming Netflix melalui koneksi saya sangat tidak menentu sehingga memulai tontonan baru serasa pertaruhan. Saya gigih, tetapi saya baru saja melewatkan musim kedua The Crown.

Dalam pekerjaan saya dengan desain tepi Internet of Things (IoT), ternyata, pandangan saya tentang kecepatan jaringan jauh berbeda.

Sebagai contoh, minggu lalu saya membuat konfigurasi sensor cuaca jarak jauh untuk sesekali mengirim paket data kecil ke penyimpan data cloud. Kesederhanaan aplikasi tersebut membuat 10 Mbps yang saya gunakan untuk melakukan streaming The Crown melalui jaringan rumah saya tampak seperti kenyamanan yang berlebihan.

Tidak seperti manusia, perangkat tepi IoT tidak memeriksa email (mereka beruntung) ataupun menikmati tontonan TV akses data streaming, sehingga perangkat tersebut tidak memerlukan kecepatan tinggi yang digunakan dalam perangkat elektronik konsumen.

Akan tetapi, seperti manusia, perangkat IoT tampaknya mengelompok bersama dalam komunitas.

Sistem IoT seringkali terdiri atas ratusan atau ribuan perangkat tepi yang terhubung. Pada skala tersebut, pertimbangan desain yang tampaknya sederhana menjadi penting demi keberhasilan produk Anda. Satu keputusan desain sulit yang akan Anda buat akan menentukan bagaimana perangkat Anda terhubung ke jaringan.

Ethernet
Ethernet adalah cara yang cepat dan andal untuk menghubungkan berbagai perangkat ke internet. Umumnya ditemukan dalam otomasi industri dan bangunan, Ethernet bersinar dalam sistem yang mencakup banyak simpul di jaringan yang sama.

Oleh karena tidak ada jaringan yang benar-benar aman, maka merupakan pencapaian besar bagi para peretas untuk menembus jaringan Ethernet pribadi jarak jauh. Daya pada Ethernet (Power Over Ethernet - PoE) juga memberi kemampuan untuk memberi daya pada perangkat Anda melalui kabel Ethernet, yang menghilangkan kebutuhan akan kabel daya terpisah.

Akan tetapi, pemasangan kabel menciptakan tantangan desain yang signifikan, dan tentu saja tidak tepat untuk setiap aplikasi. Simpul yang terhubung dengan Ethernet harus dekat dengan router. Bahkan dalam penggunaan jarak pendek seperti otomatisasi rumah dan gedung, pemasangan kabel Ethernet sangat besar sehingga mengelola dan menyembunyikan kabel merupakan sebuah tantangan.

Bangunan modern dapat dibangun untuk mengakomodasi sistem pencahayaan otomatis, akan tetapi pemasangan sistem Ethernet IoT di gedung yang tidak dirancang untuk itu seringkali tidak memungkinkan.

Wi-Fi
Wi-Fi adalah tujuan utama untuk koneksi internet dan alasan utama nenek saya untuk menelepon saya. Wi-Fi memberikan kecepatan dan koneksi internet langsung tanpa kendala pemasangan kabel Ethernet. Perangkat arus utama juga kompatibel dengan Wi-Fi, yang berarti bahwa antarmuka dengan desain Anda bisa sesederhana meraih ponsel atau laptop.

Terlepas dari sifat universalitasnya, menambahkan kemampuan Wi-Fi ke desain yang tertanam biasanya rumit. Wi-Fi adalah pilihan yang menarik karena nirkabel dan cepat, tetapi fitur-fiturnya mengorbankan kerentanan keamanan dan penggunaan daya. Akibatnya, desain IoT berbasis Wi-Fi memerlukan teknisi untuk menyeimbangkan keamanan, daya, dan biaya dengan hati-hati.

Untungnya, saat ini ada solusi untuk membantu mengurangi kerumitan dalam desain Wi-Fi. Menggunakan modul Wi-Fi yang telah dioptimalkan untuk IoT akan menyederhanakan desain Anda dan menghemat waktu pengembangan. Modul-modul seperti ATWINC1500 semuanya bersertifikat, mendukung protokol keamanan dan dioptimalkan untuk perangkat bertenaga baterai, memungkinkan konektivitas Wi-Fi tanpa mengorbankan biaya dan konsumsi daya.
 
LPWAN
LPWAN kurang umum digunakan pada produk konsumen sehingga Anda mungkin tidak terlalu mengenalnya. Akan tetapi, jaringan ini sangat populer dengan sistem IoT yang membutuhkan jangkauan luas, seperti pemantauan lingkungan.

Keuntungan menggunakan IoT untuk pemantauan lingkungan adalah, kita dapat memantau daerah pedesaan, lepas pantai, dan area yang tidak dapat diakses secara mudah. Masalahnya adalah bahwa lokasi-lokasi tersebut berada di pedesaan, lepas pantai dan tidak dapat diakses secara mudah. Anda tidak dapat mengisi ulang perangkat yang mengapung di Palung Mariana dengan cepat atau terhubung ke Wi-Fi di Gurun Sonoran.

Rentang maksimum dalam penggunaan LPWAN biasanya terbentang sekitar 10 kilometer (km). Data dipindahkan dengan kecepatan yang sangat lambat, tetapi kecuali jika solusi IoT Anda memeriksa email dan melakukan streaming video, Anda mungkin tidak memerlukan koneksi berkecepatan tinggi.

Meskipun biasa digunakan dalam aplikasi pertanian dan jarak jauh, LPWAN tidak dibuat khusus untuk itu. Penggunaan perkotaan semakin meningkat, dan salah satu penyebaran IoT komersial LPWAN terbesar di Amerika Utara digunakan untuk melacak kendaraan di tempat lelang.

Ada dua protokol LPWAN yang biasa digunakan: LoRaWANTM (dari Long Range, atau LoRa) dan Sigfox. Salah satu perbedaan di antara keduanya adalah biaya. Sigfox adalah layanan berbasis langganan dan beroperasi mirip dengan seluler.

Apabila Sigfox tersedia di wilayah Anda, Anda dapat terhubung melalui langganan dengan penyedia lokal. Dengan LoRaWAN, pengembang dapat menghindari biaya langganan dengan membuat jaringan "lakukan sendiri", tetapi sebagian besar masih memilih untuk menggunakan infrastruktur gateway LoRa dari penyedia jaringan lokal dan membayar biaya untuk setiap penggunaan.

Seluler
Jangkauan seluler melingkupi sebagian besar dunia. Bagi sistem tertanam yang membutuhkan jangkauan ini, seluler adalah satu-satunya pilihan. Namun, pilihan ini mahal. Anda harus menggunakan penyedia, dan Anda tidak dapat mengatur jaringan Anda sendiri tanpa persetujuan berdasarkan peraturan pemerintah. Biaya komponen tertanam dan langganan penyedia untuk setiap simpul seringkali lebih besar daripada manfaat jangkauan jaringan seluler yang luas.

Karena itu, penting untuk membedakan jaringan seluler yang digunakan untuk menghubungkan berbagai hal dan tagihan yang Anda bayarkan sebulan sekali untuk telepon Anda. Jaringan seluler khusus IoT bermunculan untuk bersaing dengan LPWAN. Jaringan seluler IoT yang berkembang adalah LTE CAT-M. M adalah singkatan dari "mesin", dan ini adalah opsi berkecepatan rendah, biaya lebih rendah, dan daya lebih rendah yang dioptimalkan untuk IoT.

Meskipun Anda mungkin terbiasa dengan tagihan seluler yang mahal, paket CAT-M biasanya jauh lebih murah dibandingkan paket konsumen. Pilihan lain untuk koneksi IoT seluler adalah CAT-0, CAT-1 dan NB-IoT (NB adalah singkatan dari "Narrow Band (Frekuensi Sempit)") yang lebih baru.

Kita mengharapkan peluncuran 5G dapat mendorong inovasi di IoT. Kecepatan 5G yang lebih tinggi dapat memungkinkan lebih banyak kemajuan dalam aplikasi IoT mutakhir seperti kendaraan otonom, meskipun dengan harga yang lebih tinggi daripada jaringan yang ditargetkan IoT. Cakupan 5G tidak seluas LTE atau 3G tetapi terus berkembang. Beberapa analis industri telah memperkirakan bahwa 5G akan menjangkau hingga 20 persen populasi dunia dalam lima tahun ke depan.

Satelit
Jangkauan ponsel mungkin melingkupi sebagian besar penduduk dunia, tetapi bagaimana jika Anda ingin menghubungkan berbagai hal di daerah terpencil yang tersebar?

Konektivitas satelit digunakan untuk penggunaan IoT seperti pengiriman logistik di wilayah terpencil bumi yang tidak tercakup oleh layanan ponsel. Meskipun diperkirakan akan berubah seiring kemajuan teknologi satelit, mengembangkan aplikasi IoT satelit tidak dapat diakses sebagaimana pilihan konektivitas lainnya. Banyak konstelasi satelit dicadangkan untuk penggunaan pertahanan, tetapi Anda dapat membeli modul dari Iridium dan ORBCOMM.
                                                          
Bluetooth
Anda mungkin juga sudah terbiasa dengan Bluetooth. Baik Bluetooth Klasik maupun Bluetooth Berdaya Rendah (Bluetooth Low Energy - BLE) memiliki jangkauan maksimal melebihi 100 meter, tetapi biasanya digunakan untuk perangkat yang jaraknya beberapa meter satu sama lain. Dalam kehidupan sehari-hari, kita melihat Bluetooth di perangkat aksesoris ponsel dan PC kita - headphone, keyboard dan teknologi layar.

Bluetooth sangat bagus untuk perangkat elektronik konsumen karena berdaya rendah (dengan BLE yang sangat berdaya rendah), didukung luas, dan berpasangan dengan cepat.

Tidak seperti Wi-Fi, Bluetooth tidak terhubung langsung ke internet. Anda perlu menyiapkan gateway untuk terhubung ke internet. Meskipun menyiapkan gateway Anda sendiri mungkin tampak menakutkan, hal ini seringkali semudah menghubungkan ke perangkat seluler yang juga terhubung ke Wi-Fi.

Bluetooth 5 adalah pembaruan terkini yang memperluas jangkauan Bluetooth sehingga dapat digunakan di jaringan area rumah, sedangkan Bluetooth Klasik dan BLE biasanya digunakan untuk menyambungkan perangkat yang jaraknya hanya beberapa meter. Anda dapat menghubungkan seluruh rumah dengan Bluetooth 5. Jangkauan yang diperluas ini membawa Bluetooth ke dalam bidang otomatisasi rumah, pencahayaan, dan aplikasi industri.

Saran Penggunaan
Salah satu cara utama metode konektivitas ini berbeda satu sama lain adalah kemudahan penggunaannya. Lebih mudah untuk membuat prototipe dengan jaringan yang umum digunakan seperti Bluetooth Klasik dan BLE karena Anda mungkin memiliki satu atau banyak perangkat yang kompatibel (misalnya ponsel Anda). Ini memungkinkan Anda untuk terhubung ke prototipe Anda dengan mudah dan mengevaluasi desain Anda dengan lebih cepat.

Beberapa modul BLE bersertifikat tersedia untuk konsumen, dan banyak yang dilengkapi dengan kode sumber terbuka dan tutorial tentang cara pemrogramannya. Kebanyakan modul berkomunikasi melalui protokol standar seperti SPI, UART dan I2C. Hal ini membuat pengintegrasian modul nirkabel semudah komponen digital. Pra-sertifikasi membantu mencegah Anda menjalani proses sertifikasi sendiri, yang bisa jadi mahal dan memakan waktu.

Memudahkan Proses Perancangan
Papan pengembangan AVR-BLE dan PIC-BLE Microchip adalah contoh alat pengembangan yang disederhanakan untuk IoT dan aplikasi terhubung lainnya. Papan ini telah dikonfigurasi sebelumnya untuk memindahkan data akselerometer dan suhu serta terintegrasi dengan antarmuka khusus dalam aplikasi LightBlue® Explorer. Dengan kompatibilitas luas untuk perangkat konsumen seperti telepon pintar yang juga dapat dikonfigurasi sebagai gateway ke internet, Anda dapat melewatkan banyak pekerjaan desain yang mendetail dan cepat tiba di tujuan sebenarnya: berinovasi dan membawa produk Anda ke pasar dengan lebih cepat.

Melalui alat pra-konfigurasi yang ramah pengguna seperti AVR- dan PIC-BLE, membuat perangkat yang terhubung tidak pernah semudah ini. Baik Anda seorang desainer terhubung, pembuat, atau hanya penggemar perangkat elektronik yang penasaran, Anda mampu membangun sistem IoT multi-aspek yang tangguh. Aksesibilitas yang kuat ini, ditambah dengan dunia yang semakin terhubung, memastikan bahwa konektivitas akan terus mendorong kemajuan yang berbeda dari sebelumnya.(*)

Ditulis oleh Rachel Beddor, Product Marketing Engineer Microchip Technology