Komunikasi adalah proses untuk bertukar informasi yang merujuk pada mekanisme, protokol dan arsitektur yang memungkinkan berbagai perangkat mulai dari sensor, aktuator, gateway dan layanan cloud untuk saling berinteraksi berbagi informasi. Untuk memahami bagaimana data bergerak dan dipertukarkan dalam IoT, perlu meninjau model fundamendal komunikasi jaringan:
1. Model OSI (Open System Interconnection)
Model ini diperkenalkan oleh International Organization for Standardization (ISO) pada tahun 1984, Model OSI adalah kerangka kerja konseptual yang membagi acuan komunikasi jaringan menjadi tujuh lapisan fungsional seperti pada Gambar 1. Tujuan adalah untuk mendeskripsikan dan menstandardisasi fungsi komunikasi agar sistem yang beragam dapat beroperasi dengan protokol standar. Tujuh lapisan tersebut adalah:
- Application Layer: Menyediakan antarmuka bagi aplikasi pengguna.
- Presentation Layer: Menangani format data, enkripsi, dan kompresi.
- Session Layer: Mengelola sesi komunikasi antar aplikasi.
- Transport Layer: Menjamin pengiriman data end-to-end.
- Network Layer: Bertanggung jawab untuk pemilihan jalur terbaik mengirimkan data antar jaringan.
- Data Link Layer: Mengatur transmisi data antar node.
- Physical Layer: Mendefinisikan karakteristik fisik transmisi data melalui media kabel, gelombang radio, cahaya atau lainnya.
Meskipun Model OSI bersifat konseptual, pemahamannya sangat membantu dalam merancang dan memecahkan masalah sistem komunikasi IoT, karena setiap lapisan menggunakan layanan dari lapisan di bawahnya dan memberikan layanan ke lapisan di atasnya.
Gambar 1. OSI Layer
2. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
Model TCP/IP adalah kerangka kerja konseptual lain yang mendahului Model OSI dan merupakan protokol komunikasi yang dirancang untuk memungkinkan perangkat komputer berkomunikasi melalui jaringan internet. Berbeda dengan model OSI yang memiliki tujuh lapisan, TCP/IP menyederhanakan proses komunikasi menjadi empat lapisan seperti pada Gambar 2, yaitu:
- Network Interface Layer: Lapisan terendah yang mengatur pengiriman data secara fisik melalui media jaringan. Dalam IoT, lapisan ini bertanggung jawab untuk menghubungkan sensor atau perangkat edge ke gateway atau router.
- Internet Layer: Lapisan ini menangani pengalamatan dan pengiriman paket data dari sumber ke tujuan, bahkan di jaringan yang berbeda. Protokol utamanya adalah IP (Internet Protocol), baik IPv4 maupun IPv6.
- Transport Layer: Berfungsi menyediakan layanan komunikasi end-to-end antar host. Pada lapisan ini memanfaatkan dua protokol seperti TCP (Transmission Control Protocol) untuk menjamin pengiriman data yang andal melalui mekanisme handshake, error checking, dan retransmission. Serta, UDP (User Datagram Protocol) yang protokol cepat dan ringan untuk aplikasi real-time.
- Application Layer: lapisan teratas baik dalam model OSI maupun TCP/IP. Dimana pengguna akhir dan aplikasi berinteraksi langsung dengan jaringan layanan yang ada. Disini protokol seperti HTTP, FTP, TFTP dan lainnya bekerja.
Gambar 2. Model OSI dan TCP/IP
Berdasarkan dari penjelasan, IoT memanfaatkan infrastruktur Internet yang sudah ada dari model TCP/IP sebagai fondasi, dimana protokol IoT dibangun diatas model TCP/IP. Ini berarti bahwa IoT tidak menggantikan Internet yang ada, melainkan memperluasnya. Karena perangkat IoT memiliki karakteristik khusus seperti jumlahnya yang sangat besar, sumber daya yang terbatas (memori, daya komputasi, dan baterai), serta kebutuhan akan efisiensi energi. Oleh karena itu, protokol IoT dibangun dengan menambahkan protokol khusus yang lebih ringan dan efisien. Contohnya adalah 6LoWPAN (IPv6 over Low- Power Wireless Personal Area Networks), sebuah lapisan adaptasi yang dikembangkan oleh IETF. Selain itu, protokol aplikasi seperti MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) dan CoAP (Constrained Application Protocol) juga merupakan contoh protokol ringan yang dirancang khusus untuk memenuhi kebutuhan messaging yang efisien dan hemat daya di lingkungan IoT.
3. Data In Motion dan Data at Rest
Dalam konteks IoT, perangkat menghasilkan data dalam jumlah besar dan bervariasi, sehingga penting ketika meninjau model komunikasi jaringan IoT. Hal ini menjelaskan data hasil pengukuran sensor, bergerak melewai layer-layer protokol hingga disimpan dan dimanfaatkan kembali. Pada Data in Motion mengacu pada data yang sedang ditransmisikan melalui jaringan begitu dihasilkan oleh sensor atau perangkat IoT. Nilai data sensor ini langsung dianalisis secara real-time, bukan disimpan terlebih dahulu untuk diproses kemudian. Analisis dapat mencakup agregasi, pengurangan/pemfilteran, kategorisasi, kontekstualisasi, kompresi, pencocokan pola, normalisasi, dan anonimisasi. Konsep edge-computing dirancang untuk mengatasi hal ini dengan memproses data lebih dekat ke sumbernya untuk mengurangi latensi, dan penggunaan bandwidth sebelum data dikirim. Sedangkan Data at Rest adalah data dari perangkat IoT yang telah selesai ditransmisikan dan disimpan dalam sistem penyimpanan seperti cloud atau database. Penyimpanan ini penting untuk analisis historis, diagnostik, serta penemuan pola tersembunyi. Karena data IoT sering kali bersifat semi-terstruktur, diperlukan platform manajemen data yang mampu menampung volume besar sekaligus mendukung proses analisis jangka panjang.
4. Alur Komunikasi End-to-End
Alur komunikasi data dalam IoT melibatkan beberapa tahapan yaitu:
- Akuisisi Data: Perangkat IoT, seperti sensor, mengumpulkan data dari lingkungan fisik
- Perangkat ke Gateway: Data dari sensor seringkali perlu dikumpulkan dan dikonversi ke aliran digital untuk pemrosesan lebih lanjut. Ini dilakukan oleh sistem akuisisi data (DAS) yang terhubung ke sensor dan gateway. Gateway berperan sebagai titik perantara antara perangkat IoT dan jaringan yang lebih luas, seperti Internet atau cloud.
- Gateway ke Cloud/ Server: Data yang telah diproses dan/atau diagregasi oleh gateway kemudian dikirim ke platform cloud atau server pusat melalui koneksi Internet.
- Di cloud atau server, data disimpan, diproses, dan dianalisis untuk menghasilkan informasi yang mendukung pengambilan keputusan.
- Tindakan dan Umpan Balik: Berdasarkan analisis, sistem dapat memicu aktuator untuk melakukan tindakan atau memberikan informasi kepada pengguna.
5. Model Komunikasi IoT
Berbagai model komunikasi digunakan dalam IoT untuk memenuhi kebutuhan yang berbeda seperti:
- Device-to-Device (D2D): Perangkat saling berkomunikasi secara langsung, seperti dalam jaringan mesh atau komunikasi peer-to-peer.
- Device-to-Server(D2S): Perangkat mengirimkan data ke server untuk disimpan dan dianalisis.
- Server-to-Server (S2S): Infrastruktur server berbagi data perangkat dan informasi antar layanan, skenario komunikasi ini menggunakan protokol AMQP.
- Device-to-Gateway-to-Cloud: Perangkat terhubung ke gateway lokal, yang kemudian memfasilitasi komunikasi ke cloud. Ini sangat relevan untuk perangkat dengan sumber daya terbatas.
Singkatnya, konsep komunikasi data dalam IoT adalah tentang memungkinkan banyak perangkat untuk berinteraksi dan berbagi informasi secara efisien. Hal ini di proses melalui penggunaan model seperti OSI dan TCP/IP, pemrosesan data Data In Motion dan Data at Rest, serta alur end-to-end yang melibatkan perangkat, gateway, dan cloud.
Tantangan utama terletak pada penanganan volume data yang besar, keberagaman perangkat dan protokol, kebutuhan pemrosesan real-time, efisiensi konsumsi daya, skalabilitas, dan jaminan keamanan sistem.