Teknologi Bluetooth

Bluetooth adalah teknologi wireless standard untuk pertukaran data jarak pendek yang memanfaatkan frekuensi gelombang radio UHF yang berkisar antara 2.4 s/d 2.485 GHz untuk komunikasi yang fix maupun semi-bergerak. Teknologi ini diciptakan oleh Ericsson tahun 1994.

Cara Kerja

Bluetooth hanya dapat melakukan koneksi untuk area yang sempit dengan kondisi tanpa gangguan, dengan hal ini akan menghemat daya pada baterai. Secara garis besar, blutooth bekerja pada 2 layer:

1.       Layer fisik, dimana bluetooth juga menggunakan radio frekuensi untuk transmisinya.

2.    Layer protokol, untuk mengatur signalling dan kesepakatan pengiriman antar perangkat, berapa bit yang dikirim, waktu pengiriman, dan error control dari data yang dikirim.

Bluetooth bekerja pada band 2.4 – 2.485 GHz yang dibagi menjadi beberapa channel, setiap channel memiliki bandwidth 1 MHz. Akan tetapi pada bluetooth v4.0 menggunakan BW 2 MHz yang dapat mengakomodasi 40 channel. Awalnya bluetooth hanya menggunakan modulasi GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), hingga akhirnya dikembangkan teknik modulasi DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) dan 8DPSK. Bluetooth menggunakan metode spread spectrum, frequency hoping, atau sinyal full duplex dengan rate 1600 hops/detik.

Bluetooth terdiri dari beberapa kelas bergantung pada penggunaannya. Kelas 3 adalah kelas bluetooth paling minim dengan jangkauan hanya 1 meter, kelas 2 adalah kelas yang paling banyak digunakan pada perangkat komunikasi seperti pada handphone dan laptop dengan jangkauan 10 meter, dan kelas 1 untuk kebutuhan industrial dengan jangkauan 100 meter.

Bluetooth secara otomatis akan mendeteksi dan berkoneksi dengan maksimum 8 perangkat bluetooth yang lain pada waktu yang sama. Setiap perangkat tidak akan saling berinterferensi karena menggunakan kanal yang berbeda dari 79 kanal/channel yang tersedia. Jika ada dua perangkat yang akan terhubung, maka perangkat tersebut akan memilih kanal secara acak, jika kanal tersebut telah digunakan oleh perangkat yang lain, maka akan dipilih kanal lain yang masih kosong, metode ini yang disebut sebagai spread spectrum frequency hoping. Untuk meningkatkan keamanan dan meminimalkan resiko interferensi dengan perangkat yang lain, maka dua perangkat bluetooth yang terhubung akan berpindah frekuensinya yang digunakan ribuan kali per detik.

Sebuah grup yang terdiri atas dua atau lebih perangkat bluetooth yang saling terhubung bertukar data akan membentuk suatu jaringan ad hoc yang disebut piconet. Setiap perangkat memiliki kebebasan untuk bergabung atau meninggalkan grup tersebut. Salah satu perangkat akan bertindak sebagai controller (disebut sebagai master), dan perangkat lain (disebut slaves) akan mengikuti instruksi yang ada. Dua piconet atau lebih dapat bergabung menjadi satu grup yang lebih besar, yang disebut scatternet.

Proses koneksi bluetooth antar perangkat melibatkan 3 proses utama:

       a.            Inquiry

Disaat ada dua perangkat bluetooth yang tidak saling mengenal satu sama lain, satu perangkat akan berusaha untuk menemukan perangkat yang lain dengan mengirimakan inquiry request, dan perangkat lainnya akan mendengar dan merespon request tersebut dengan respond address.

      b.            Paging

Adalah proses pembentukan hubungan antara dua perangkat bluetooth. Sebelum hubungan terjadi, masing-masing perangkat perlu mengetahui alamat perangkat yang lain (yang ditemukan dalam proses inquiry).

       c.            Connection

Perangkat yang telah melewati tahap paging dapat bekerja dalam keadaan mode aktif atau mode tidur.

·         Mode aktif à adalah mode dasar dimana perangkat bluetooth dapat saling mengirim dan menerima data.

·         Mode Sniff à adalah mode penghematan daya dimana perangkat akan bekerja kurang aktif. Perangkat akan terdiam dan hanya mendengar/merespon pengiriman pada interval tertentu saja (misalkan setiap 100 ms).

·      Mode Hold à adalah mode sementara untuk pengematan daya. Perangkat akan terdiam (sleep) selama beberapa interval waktu dan selanjutnya akan menjadi mode aktif kembali seletelah interval waktu tersebut dilewati.

·     Mode Park à adalah mode tertidur yang sangat lama. Biasanya sebuah master akan menginstruksikan slave untuk ke mode park sampai master menginstruksikan kembali kepada slave untuk aktif.

Dua perangkat bluetooth dapat saling terhubung/terkoneksi secara otomatis yang disebut bonding. Bonding dapat dibentuk melalui satu proses yang disebut pairing. Saat dua perangkat melakukan pairing, maka akan terjadi pertukaran alamat, nama, dan profil yang akan disimpan pada memori masing-masing. Selain itu juga akan dikirimkan kunci rahasia yang nantinya akan memungkinkan kedua perangkat tersebut saling terhubung. Sebelum terjadi pairing, biasanya dibutuhkan proses awalan yaitu autentikasi untuk memvalidasi koneksi antar perangkat.

Contoh Perangkat

Perangkat bluetooth terdiri dari beberapa jenis, diantaranya ada yang built-in pada perangkat lain seperti di handphone dan ada juga yang berupa extended-device sebagai contohnya untuk perangkat komputer yang pluggable. Selain itu, bluetooth juga dikembangkan untuk perangkat earphone, keyboard, smartwatch, dan remote control.

              

 

Frekuensi Kerja

Bluetooth bekerja pada badn 2.4 – 2.485 GHz dengan lebar bandwidth 1-2 MHz tiap channelnya. Jumlah channel pada bluetooth bergantung pada bandwidth tiap channelnya. Jika bandwidth 2 MHz yang digunakan, maka akan terbentuk sejumlah 40 channel dari channel 0 sampai dengan 39.

Jika bandwith 1 MHz yang digunakan, maka akan ada 79 channel yang dapat digunakan dimulai dari channel 0 sampai dengan 78.

Versi Terakhir

Pengembangan bluetooth telah dilakukan beberapa kali, sampai saat ini versi terakhir dari bluetooth adalah Bluetooth v4.3. Berikut ulasan perkembangan bluetooth:

·         v1.0 dan v1.0B

Pada versi ini masih terdapat kendala pada fungsi interoperable.

·         v1.1

Diratifikasi oleh IEEE 802.15.1-2002. Sebagai versi perbaikan dari bluetooth v1.0B dengan penambahan kemungkinan channel tanpa enkripsi dan fitur RSSI (Receive Signal Strength Indicator)

·         v1.2

konektifitas yang lebih cepat dan peningkatan resistansi pada interferensi radio frekuensi dengan Adaptive frequency hoping spread spectrum. Kecepatan transmisi yang lebih cepat mencapai 721 kbps. Diratifikasi oleh IEEE 802.15.1-2005.

·         v2.0 + EDR

Ada penambahan metode Enhanced Data Rate (EDR) untuk meningkatkan kecepatan transfer mencapai 3 Mbps meskipun dalam prakteknya hanya sampai 2.1 Mbps. EDR menggunakan kombinasi modulasi GFSK dan PSK dengan dua varian, yaitu phi/4 DQPSK dan 8DPSK.

·         v2.1 + EDR

Fitur terbaru adalah Secure Simple Pairing (SSP) untuk keamanan saat awal autentikasi dan pairing dengan perangkat bluetooth yang lain, dan Extended Inquiry Response (EIR).

·         v3.0 + HS

Dipublikasikan pada Maret 2009. Secara teori dapat melakukan transfer data mencapai 24 Mbps. Fitur terbarunya adalah AMP (Alternative MAC/PHY) untuk transport kecepatan tinggi melalui bantuan 802.11.

·         v4.0

Dipublikasikan pada 30 Juni 2010. Pada versi ini diunggulakan transfer kecepatan tinggi dengan konsumsi daya yang rendah.

·         v4.1

Dipublikasikan pada 4 Desember 2013. Update terbarunya adalah pada Bluetooth Core Specification Addenda (CSA 1, 2, 3, 4) dan penambahan fitur baru untuk peningkatan dukungan dengan LTE.

·         v4.2

Dirilis pada 2 Desember 2014. Dikenalkan fitur utama untuk IoT (Internet of Things) seperti Data Length Extension.

Read More

Perkembangan WiFi

Melanjutkan pembahasan tentang WiFi dari postingan sebelumnya WiFi (Wireless Fidelity), pada bahasan kali ini akan dijelaskan tentang perkembangan WiFi dari tiap versi yang dikeluarkan oleh IEEE.

Contoh Perangkat

WLAN terdiri dari beberapa seri stadard sejak awal dikenalkan pada tahun 1999. Secara garis besar pengembangan WLAN IEEE 802.11 untuk WiFi adalah 802.11a; 802.11b; 802.11g, dan 802.11n. Berikut beberapa perbedaan antar standard-nya:

	802.11a	802.11b	802.11g	802.11n
Tahun	2001	1999	2003	2009
Jangkauan	15 m indoor 100 m outdoor	30 m indoor 200 m outdoor	30 m indoor 200 m outdoor	70 m indoor 250 m outdoor
BW	20 MHz	20 MHz	20 MHz	20 MHz 40 MHz
PHY Layer	OFDM	DSSS	OFDM, DSSS	HT-OFDM
Data Rate	54 Mbps	11 Mbps	54 Mbps	260 Mbps 600 Mbps

               

                Perangkat utama pada jaringan WLAN atau WiFi adalah:

       a.            Klien/STA, dapat berupa komputer, handphone, atau laptop. Type dan brand dari vendor yang berbeda tidak membatasi komunikasi yang terjadi.

 

       b.            Access Point (AP), berfungsi sebagai transceiver.

    

Frekuensi Kerja

WLAN IEEE 802.11 bekerja pada frekuensi bebas yang tak berlisensi yaitu pada band 2.4 GHz atau 5 GHz. Penerapan frekuensi kerja bergantung pada versi standard dari WLAN, contohnya 802.11b yang bekerja di band 2.4 GHz dan 802.11a yang bekerja di band 5 GHz.

Versi Standard	802.11a	802.11b	802.11g	802.11n
Band Frekuensi	5 GHz	2.4 GHz	2.4 GHz	2.4 GHz 5 GHz

Untuk band 2.4 GHz tersedia beberapa channel yang dapat digunakan untuk perangkat AP yang berbeda. Pada band 2.4 GHz disediakan 13 channel/kanal yang dapat digunakan, akan tetapi hanya maksimum 3 channel saja yang dapat diaplikasikan di lapangan agar tidak terjadi interferensi antar channelnya, dengan bandwidth 20 MHz. Pada beberapa negara tidak semua channel dapat digunakan, tergantung pada regulasi dan alokasi frekuensi di masing-masing negara. Penggambaran channel band 2.4 GHz dengan BW 20 MHz digambarkan pada gambar dibawah ini.

Versi Terakhir

IEEE telah mengeluarkan banyak standard terkait perkembangan WiFi di dunia, perkembangan versi tersebut dapat berupa peningkatan performansi, layanan dan fitur, ataupun perubahan metode-metode terkait WLAN. IEEE mendeskripsikan pengembangan standard 802.11xx melalui prefiks huruf yang mengikuti di bagian akhir nama standard, mulai dari prefiks huruf a s/d z, dan berlanjut hingga prefiks 2 hurus ‘xx’.

Secara garis besar, pengembangan WLAN atau WiFi yang paling dikenal antara lain:

802.11 Protocol	Tanggal Rilis	Frekuensi Kerja (GHz)	Bandwidth (MHz)	MIMO Stream
a	2001	5	20	NA
b	Sept 1999	2.4	20	NA
g	Juni 2003	2.4	20	NA
n	Okt 2009	2.4 / 5	20 / 40	4
ac	Des 2013	5	20 / 40 / 80 / 160	8
ad	Des 2012	60	2, 160	NA

*NA = Not Available

Read More

WiFi (Wireless Fidelity)

WiFi (Wireless Fidelity)

WiFi adalah teknologi lokal area berbasis wireless yang dapat menghubungkan beberapa perangkat ke suatu jaringan. Teknologi ini didefinisikan sebagai Wireless Local Area Network (WLAN) oleh WiFi Alliance. WiFi bekerja berdasarkan standard IEEE 802.11 dengan fungsi utamanya adalah menyediakan konektifitas ke internet pada area yang terbatas (hotspot). WiFi bekerja dengan koneksi tanpa kabel (wireless) pada pengiriman informasi dari TX ke RX. Radio frekuensi pada WiFi digunakan sebagai media transmisi data/informasi.

Overview

WiFi bekerja berdasarkan standard IEEE 802.11 dimana band frekuensi kerja yang dapat digunakan oleh WiFi adalah 2.4 GHz atau 5 GHz dengan bandwidth 20 MHz atau 40 MHz (penggabungan 2 buah bandwidth 20 MHz). Struktur dasar dari sebuah WiFi disebut BSS (Basic Service Set) dimana harus ada klien (user) dan AP (Access Point).

1. Klien (user/STA), dalam hal ini dapat diibaratkan sebagai suatu komputer, handphone, atau laptop yang ingin terhubung dengan komputer lain melalui suatu jaringan.
2. Access Point adalah sebuah perangkat yang dapat menghubungkan 2 klien atau lebih yang berisi sebuah transceiver dan antena untuk transmisi dan penerimaan sinyal ke/dari klien.

Selain BSS, struktur lain dari WiFi adalah IBSS (Independent BSS) dimana antar klien dapat terhubung langsung tanpa melalui AP (disebut jaringan Ad Hoc). Dan ada juga ESS (Extended Service Set) dimana antar klien yang terhubung berasal dari BSS yang berbeda sehingga harus melewati suatu DS (Distribution System) dan AP terlebih dahulu agar dapat saling mengirimkan informasi.

Gambar (a) BSS (b) IBSS (c) ESS

Transfer Data

Teknologi pengiriman data dari WLAN untuk menghubungkan klien ke jaringan dapat menggunakan beberapa metode, bergantung pada versi standard dari WLAN, antara lain:

a.       Frequency Hoping Spread Spectrum (FHSS)

FHSS digunakan untuk mengirimkan data dengan kecepatan 1-2 Mbps  pada band 2.4 GHz. PHY FHSS terdiri dari 3 entitas fungsional, yaitu fungsi PMD, fungsi konvergensi PHY, dan fungsi manajemen PHY. FHSS PMD menjalankan fungsi frekuensi-hopping dan teknik modulasi FSK. Jumlah channel yang tersedia bergantung pada area geografisnya, misalkan di Amerika Utara dan Eropa adalah sebanyak 79 channel. Jumlah channel dipengaruhi oleh pseudo-random hopping sequence yang terdistribusi selebar band frekuensi yang digunakan.

b.      Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

DSSS mirip dengan FHSS yaitu bekerja di band 2.4 GHz dengan data rate 1-2 Mbps. Cara kerja DSSS adalah dengan mengalikan radio frekuensi carrier dengan sinyal digital pseudo-noise. Hasil sinyal berupa noise yang diplot pada domain frekuensi, semakin lebar BW dari direct sequence berpengaruh pada menurunnya daya sinyal pada level terendah tanpa rusaknya informasi yang dikirim.

c.       Infra-Merah

Dipublikasi pada tahun 1997 dengan menggunakan cahaya tampak-dekat pada range panjang gelombang 850 nm – 950 nm untuk signalling. Inframerah hanya bekerja pada lingkungan indoor dan tidak dapat menembus dinding serta akan terjadi pelemahan sinyal setiap kali terjadi pemantulan atau pembiasan. Saat ini sudah tidak ada lagi perangkat yang bekerja berdasarkan teknologi inframerah, hal tersebut karena inframerah tidak mendukung performansi yang lebih baik sebagai fungsi layer fisik pada gelombang radio.

d.      HT-OFDM (High Throughput-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Merupakan teknologi terbaru yang digunakan pada standard 802.11n dengan menspesifikkan pada teknologi MIMO (Multiple Input Multiple Output) untuk meningkatkan data rate mencapai ratusan Mbps. Bekerja pada band 2.4 GHz dan 5 GHz dan diratifikasi pada tahun 2009. Teknologi MIMO yang diunggulkan menggunakan konsep transmit beamforming dan spatial multiplexing. Selain itu juga dapat menggunakan BW 20 MHz dan/atau 40 MHz yang disebut channel bonding.

Sensing Kanal

1. CSMA/CA

Sifat transmisi pada 802.11 menggunakan Half-Duplex yaitu komunikasi 2 arah tetapi secara bergantian, itu disebabkan karena pada komunikasi wireless sulit untuk mendeteksi node yang berada diluar jangkauan AP, sehingga jika menggunakan Full-Duplex kemungkinan terjadinya tabrakan sangat besar.

Satu buah AP dalam suatu jaringan dapat menangani hingga 20 user dalam waktu yang sama, bergantung pada channel yang tersedia (dibahas pada bagian Frekuensi Kerja). Dalam pengaksesan AP oleh beberapa user dikenalkan metode sensing kanal agar tidak terjadi tubrukan (collision) pada data yang dikirim. WLAN IEEE 802.11 mengenalkan metode CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) untuk mengurangi dampak dari hidden node.

Cara kerja CSMA/CA adalah dengan mengecek saluran terlebih dahulu apakah ada STA lain yang sedang mengirimkan data, jika ada STA lain yang sedang menduduki saluran, maka STA harus menunggu sampai saluran idle kembali. Jika saluran sudah idle maka STA tetap harus menunggu waktu beberapa lama yang disebut sebagai Interframe Space (IFS). Dalam durasi IFS tersebut, STA memastikan bahwa tidak ada STA lain yang menduduki saluran.

Jika waktu IFS telah selesai dan saluran tetap idle maka masih dibutuhkan waktu untuk menunggu sesuai dengan waktu backoff yang ditentukan secara acak. Saat sampai pada contention window maka setiap STA (klien) akan berebut posisi untuk menduduki kanal dan terus berkurang nilai waktunya setiap kali STA melakukan sensing pada saluran. STA harus selalu mengecek kondisi saluran untuk masing-masing time slot. Jika tiba-tiba ditemukan saluran sedang sibuk (busy) maka timer untuk waktu back-off akan berhenti dan memulai kembali saat kondisi saluran idle. Jika waktu back-off telah habis (t=0) maka STA akan mulai mengirim frame data. Pada saat tersebut jika ada STA lain yang akan mengirimkan frame data maka STA tersebut akan terus memberlakukan waktu back-off sampai ditemukan saluran idle kembali. Metode ini digunakan untuk meminimalisir kemungkinan terjadinya collision

2. RTS/CTS

Metode CSMA/CA bekerja dengan mengirimkan RTS/CTS antar pengirim dan penerima. awalnya dikirimkan terlebih dahulu RTS (Ready to Send) dari STA ke AP, hal ini dilakukan untuk mengetahui ada/tidaknya STA lain yang sedang mengakses atau ingin menduduki medium. Jika kanal kosong (idle) maka AP akan membalas dengan pesan CTS (Clear to Send) yang menandakan bahwa STA boleh menggunakan kanal yang tersedia. Saat dikirimkan pesan CTS dari AP ke STA, maka AP juga akan mengirimkan pesan NAV (Network Allocation Vector) secara broadcast pada STA yang lainnya sehingga STA lain akan berhenti untuk sensing ke kanal sampai pada waktu yang ditentukan.

Gambar : metode RTS/CTS

Kelebihan WiFi

WiFi memiliki beberapa kelebihan yang ditawarkan kepada para penggunanya, antara lain:

a.       Mobilitas

Pengguna dapat terhubung ke jaringan tanpa harus dibebani oleh kabel yang membatasi pergerakan, sekarang pengguna dapat terhubung dimana-pun selama masih terdapat sambungan WiFi pada area tersebut.

b.      Jarak jangkauan

Jarak jangkauan yang lebih jauh dibandingkan menggunakan kabel. Jangkauan yang dapat dinaungi oleh WiFi adalah 50 – 300 meter.

c.       Kemudahan dalam penggunaan dan instalasi

WiFi sangat mudah digunakan dan dapat diakses melalui banyak perangkat, tidak terbatas pada vendor perangkat dan OS yang digunakan.

d.      Fleksibilitas

Dapat diimplementasikan pada tempat-tempat yang tidak dimungkinkan dilakukan instalasi jaringan kabel.

e.      Skalabilitas

Jaringan WiFi dapat menampung jumlah user yang cukup banyak untuk mengakses satu buah AP pada waktu yang bersamaan.

f.        Biaya yang lebih hemat

Biaya instalasi dan perawatan WiFi lebih rendah dari pada biaya instalasi dan perawatan jaringan kabel, karena secara langsung WiFi mengurangi biaya untuk pemasangan kabel.

Read More