Category Archives: Mobile Network

Location Sensing

Aspek yang terpenting dalam mobile networking tidak hanya memberikan akses dimana saja untuk user, tetapi juga memberikan informasi yang relevan dengan konteks user pada saat tersebut. Salah satu penentu konteks user terpenting adalah faktor lokasi user tersebut berada. Dengan sederhana user dapat disajikan informasi penting sesuai dengan lokasi saat user tersebut berada sehingga user dapat mendapatkan informasi yang paling relevan dan dibutuhkannya saat itu. Untuk sistem dapat menyajikan infromasi yang sesuai dengan keberadaan user saat itu, sistem harus dapat menangkap lokasi user pada saat tersebut dan kemudian menyajikan informasi yang ter-custom sesuai dengan kebutuhan user tersebut.

Triangulation

Dalam trigonimetri dan geimetri, triangulasi adalah proses untuk menentukan lokasi sebuah titik dengan membentuk segitiga menuju titik tersebut dari titik-titik yang telah diketahui posisinya.

Triangulasi terdiri dari lateration dan angulation. Lateration berhubungan dengan pengukuran jarak. Posisi 2D sebuah objek dihitung dengan mengukur jaraknya dari 3 titik non-collinear(tidak segaris).

Untuk menghitung posisi dalam 3D maka diperlukan 4 titik yang non-coplanair(tidak dalam bidang yg sama)

Ada 4 cara untuk mengukur jarak:

  1. Cara langsung, cara ini elibatkan pengukuran yang melibatkan aksi fisik atau bergerak untuk mengukurnya, misalnya dengan menggunakan meteran.
  2. Time-of-Flight: melibatkan pengukuran jarak antara sebuah objek (diam atau bergerak) menuju titik P dengan mengukur waktu yang diperlukan antara objek tersebut dan P pada kecepatan yang diketahui. Dalam hal ini sinkronisasi clock sangatlah diperlukan untuk memberikan sinkronisasi waktu antara pengirim dan penerima sehingga dapat mengkalkulasi jarak dengan tepat.
  3. Attenuation: menurunnya intensitas sinyal sejalan dengan bertambahnya jarak yang harus ditempuh dari sumber sinyal. Dengan ini memungkinkan untuk mengukur jarak antara objek dan titik P menggunakan sebuah rumus fungsi yang mengkaitkan attenuation, jarak dari jenis emisi, dan kekuatan sinyal awal dari emisi.
  4. Angulation: melibatkan pengukuran sudut daripada jarak.

PROXIMITY

Proximity adalah teknik penginderaan lokasi yang melibatkan penentuan saat sebuah benda berada di dekat lokasi yang sudah diketahui.

Ada tiga pendekatan dalam proximity:

  1. Deteksi kontak fisik dengan menggunakan sensor tekanan, sensor sentuh, dan detektor medan kapasitif.
  2. Memonitor AP selular nirkabel yang melibatkan pendeteksian saat perangkat mobile dalam jangkaun satu atau lebih AP dalam jaringan selular nirkabel.
  3. Monitoring sistem ID otomatis yang melibatkan penggunaan sistem ID otomatis seperti point-of-sale kartu kredit, catatan telepon, riwayat login komputer, dan penggunaan kartu ATM. Misalnya, lokasi seseorang yang berkendara di jalan raya dapat disimpulkan dari waktu terakhir orang tersebut menggunakan kartu e-toll karena pemindai yang membaca kartu tersebut memiliki lokasi yang statis dan diketahui.

Taksonomi dari Sistem Lokasi

Sistem lokasi memiliki karakterisitik properti seperti berikut:

  • Lokasi fisik dan simbolis: Sistem lokasi dapat menyediakan dua jenis informasi: posisi fisik dan posisi simbolis. Posisi fisik memberi lokasi absolute suatu objek; Misalnya, sistem GPS memberi informasi lintang, bujur, dan ketinggian untuk menemukan objek di lokasi yang tepat. Posisi simbolis adalah posisi relatif, misalnya di lab di lantai dua. Posisi simbolis sering didasarkan pada proximity, seperti pemindai barcode atau kartu akses ke bangunan. Tergantung pada kebutuhan dari aplikasi, informasi lokasi dapat bersifat fisik atau simbolis. Misalnya, posisi simbolik cukup untuk fungsi aplikasi aktif badge. Aplikasi juga dapat menggunakan kedua jenis informasi tersebut bersamaan. Posisi simbolik dapat digunakan untuk menambahkan informasi dari posisi fisik; Misalnya, koordinat GPS (posisi fisik) yang dapat menentukan lokasi turis digunakan untuk menemukan pusat bengkel servis terdekat (posisi simbolis) bagi wisatawan yang mobilnya mogok di jalan raya.
  • Mutlak(absolute) atau relatif: Sistem lokasi absolut menggunakan referensi gridi berbagi untuk semua objek yang ada; Misalnya, sistem GPS menggunakan garis lintang, bujur, dan ketinggian. Di sisi lain, sistem lokasi relatif memungkinkan objek memiliki kerangka referensi sendiri, misalnya, posisi pengguna ke restoran Thailand terdekat.
  • Komputasi lokasi yang dilokalkan: Suatu objek dapat menghitung lokasinya secara lokal/internal. Komputasi lokal dapat melindungi privasi, karena tidak ada objek lain di dalam sistem yang mengetahui lokasi objek lain tersebut kecuali objek tersebut memberikan informasinya ke luar. Misalnya, satelit GPS tidak mengetahui siapa yang memanfaatkan sinyal yang mereka kirim. Sebaliknya, sebuah objek dapat memancarkan sinyal yang dapat digunakan oleh objek lain untuk menyimpulkan lokasinya. Sinyal dapat disiarkan secara berkala atau sebagai tanggapan atas permintaan dari objek lain. Sistem infrastruktur yang ada kemudian bisa menghitung posisi objek tanpa melibatkan objek tersebut dalam perhitungan. Keuntungan dari pendekatan ini adalah beban melakukan perhitungan ditempatkan pada infrastruktur, oleh karena itu, mengurangi tuntutan komputasi dan daya pada objek.
  • Akurasi dan ketepatan: Misalkan bila sistem dapat menemukan sebuah objek di dalamnya dalam jarak 10-m dengan akurasi sampai 95%. Jarak menunjukkan keakuratan, dan persentase menunjukkan presisi (yaitu, seberapa sering kita bisa mendapatkan akurasi itu). Akurasi dapat dikorbankan untuk mendapatkan presisi. Akurasi dan presisi dapat ditingkatkan dengan menggunakan sensor campuran terpadu, dimana sejumlah Sistem lokasi terintegrasi untuk membentuk tingkat hirarkis dan mempunyai level resolusi yang saling tumpang tindih
  • Scale: Skala sistem lokasi mengacu pada area cakupan per unit dari infrastruktur dan jumlah objek yang dapat ditemukan oleh sistem per unit infrastruktur per interval waktunya. Misalnya, sistem penginderaan lokasi mungkin dapat menemukan benda-benda di dalam ruangan, bangunan, kampus, kota, atau di seluruh dunia. Sebuah satelit GPS dapat melayani jumlah receiver yang tidak terbatas, sedangkan pembaca tag elektronik tidak dapat membaca tag apa pun jika jaraknya di luar jangkauannya. Waktu merupakan faktor penting dalam menentukan skala sistem lokasi karena bandwidth yang tersedia memiliki batas pada frekuensi dan batas jumlah update lokasi dalam sebuah interval waktu. Misalnya, jika jumlahnya Komunikasi dalam sistem berbasis RF melebihi ambang batas tertentu, maka salurannya akan menjadi penuh/congested
  • Recognition: Aplikasi tertentu perlu mengenali objek untuk menentukan tindakan selanjutnya Misalnya, pemindai membaca tag pada koper di sebuah bandara dan mengirimkannya ke bagian klaim yang tepat; sebuah sistem memungkinkan pengguna untuk mengakses bagian bangunan tertentu setelah pemindai sidik jari mengidentifikasi pengguna yang berwenang. Beberapa perangkat yang digunakan oleh sistem untuk pengenalan indentifikasi adalah kamera, scanner, dan pembaca kartu. Umumnya, teknik pengenalan memerlukan penetapan ID unik global (GUID) ke objek. Sistem mencari GUID dalam database untuk menentukan, misalnya, hak akses objek terhadap sumber daya
  • COST: Biaya sistem penginderaan lokasi mencakup biaya waktu (waktu yang dibutuhkan untuk menginstal sistem), biaya ruang (jumlah infrastruktur terpasang dan ukuran dan form factor perangkat keras), dan biaya modal (harga per unit atau eleme infrastruktur dan gaji personil pendukung).
  • Limitations: Suatu sistem yang berfungsi dengan baik di satu lingkungan mungkin tidak berfungsi juga di lingkungan lain. Misalnya, sistem IR cocok untuknya penggunaan di dalam ruangan; sistem GPS tidak bekerja di dalam ruangan kecuali repeater GPS dipasang di gedung untuk membroadcast ulang sinyal; pembaca tag tertentu bisa hanya membaca tag dengan benar jika tidak ada tag lain di dekatnya.

Mobile Network Layer

IP adalah standar umum untuk komunikasi di Internet dimana merupakan mekanisme pengalamatan di Internet yang digunakan untuk me-route sebuah paket data dari sumber pengirim menuju tujuan yang biasanya melalui perangkat intermediate router. Protokol IP pada awalnya dirancang untuk komputer yang berada pda lokasi yang tetap/fix, sehingga dapat dikatakan bahwa secara implisit alamat internet juga merujuk pada lokasi fisik sebuah komputer.

Secara sederhana, sebuah intermediate router akan menentukan rute selanjutnya yang akan di lalui sebuah paket data dengan bekerjasama/berkomunikasi antara router-router tetangganya, sehingga kemungkinan besar ketika mengiriman sebuah paket data, jalur yang sama akan selalu dipakai kecuali ketika sebuah intermediate router pada jalur tersebut mengalami gangguan semisal congestion atau error lainnya yang mengakibatkan jalur tersebut menjadi bukan pilihan terbaik.

Dengan berkembangnya perangkat seperti notebook dan laptop yang memungkinkan pengguna memiliki mobilitas tinggi pada saat bersamaan perlu untuk tetap terkoneksi ke jaringan menunjukkan bahwa protokol IP tidak mampu mendukung mobilitas tanpa batas/berkelanjutan(seamless mobility). Alamat IP tidak dapat lagi secara implisit menunjukkan lokasi sebuah node. Oleh karenanya, IP perlu dikembangkan lebih jauh lagi untuk dapat mendukung mobilitas berkelanjutan ini dengan baik, dengan dasar pemikiran ini dihasilkanlah sebuah spesifikasi Mobile IP.

Mobile Node

Sebuah node bisa jadi sebuah host atau sebuah router, sebuah mobile node adalah node yang dapat berubah titik koneksinya dari sebuah sub-network ke sub-network lainnya tanpa merubah alamat IP nya.

Node koresponden (correspondent node) adalah sebuah node mobile atau node statis yang sedang melakukan komunikasi dengan mobile node. Sebuah mobile node diasosiasikan dengan sebuah home network, dimana memiliki subnet prefix yang sesuai dengan alamat home mobile node tersebut. Alamat home merupakan sebuah IP address yang di berikan kepada sebuah mobile node untuk periode waktu tertentu. Alamat home ini tidak berubah terlepas dari apakah mobile node ini terhubung ke internet atau tidak.

Home agent adalah sebuah router pada jaringan home sebuah mobile node  yang mengirimkan datagram ke mobile node di jaringan foreign. Home Agent memelihara informasi lokasi saat ini dari setiap node mobile.

Foreign Agent adalah sebuah router di jaringan foreign yang dikunjungi oleh mobile node yang bekerja sama dengan home agent untuk melengkapi pengiriman datagram ke node mobile.

Mobility Agent bisa jadi adalah home agent atau foreign agent.

Visited network adalah jaringan selain jaringan home sebuah mobile node yang mana saat ini sedang terhubung dengan mobile node.

Requirement untuk Mobile IPv4 (RFC 3344, 3220, 2002 , updated by: 4721)

Transparansi

  • End-system mobile mempertahankan alamat IP mereka
  • Memungkinkan untuk keberlanjutan komunikasi setelah gangguan koneksi
  • Titik koneksi ke jaringan yang fix, bisa diubah

Kompabilitas

  • Mendukung protokol layer 2 yang sama seperti IP
  • Tidak diperlukan adanya perubahan pada end-sistem dan router
  • End-sistem mobile dapat berkomunikasi dengan sistem yang fix

Keamanan

  • Autentikasi semua pesan registrasi

Efisiensi dan skalabilitas

  • Hanya membutuhkan tambahan sedikit data pesan kepada sistem mobile (karena biasanya koneksi melalui link radio dengan bandwidth rendah)
  • Dukungan global dari sejumlah besar sistem mobile di seluruh Internet

TERMINOLOGI

Mobile Node (MN)

  • Sistem (node) yang bisa mengubah titik koneksi ke jaringan tanpa mengubah alamat IP-nya

Home Agent (HA)

  • Sistem di jaringan home MN, biasanya router
  • Register lokasi MN, meng-tunnel IP datagram ke COA

Foreign Agent (FA)

  • Sistem di jaringan foreign pada saat itu dari MN, biasanya router
    meneruskan datagram terowongan ke MN, biasanya juga router default untuk MN

Care-of Address (COA)

  • alamat titik akhir terowongan saat ini untuk MN (di FA atau MN)
  • lokasi sebenarnya MN dari sudut pandang IP dapat dipilih, mis., melalui DHCP

Correspondent Node (CN)

  • Partner¬†komunikasi yang sedang melakukan komunikasi dengan mobile node

Sumber:

  1. Othman, M., Principles of Mobile Computing and Communications (Auerbach Publications, 2008); Ch 7
  2. Schiller, Jochen, Mobile Communications : Second Edition (Pearson Education, 2000); Ch 8

Mobile Ad Hoc Networks (MANETs)

A mobile ad hoc network (MANET) is a continuously self-configuring, self-organizing, infrastructure-less network of mobile devices connected without wires. It is sometimes known as “on-the-fly” networks or “spontaneous networks”.

Vehicular ad hoc networks (VANETs)
VANETs are used for communication between vehicles and roadside equipment. Intelligent vehicular ad hoc networks (InVANETs) are a kind of artificial intelligence that helps vehicles to behave in intelligent manners during vehicle-to-vehicle collisions, accidents. Vehicles are using radio waves to communicate with each other, creating communication networks instantly on-the-fly while vehicles are moving on the roads.

Smart phone ad hoc networks (SPANs)
A SPAN leverages existing hardware (primarily Wi-Fi and Bluetooth) and software (protocols) in commercially available smartphones to create peer-to-peer networks without relying on cellular carrier networks, wireless access points, or traditional network infrastructure. Most recently, Apple’s iPhone with version 7.0 iOS and higher have been enabled with multi-peer ad hoc mesh networking capability, in iPhones, allowing millions of smart phones to create ad hoc networks without relying on cellular communications. It has been claimed that this is going to “change the world”.

Wireless mesh networks
Mesh networks have its name taken from the topology of the resultant network. In a fully connected mesh, each node is connected to every other node, forming a “mesh”. A partial mesh, therefore, has a topology where some nodes are not connected to others, although this term is seldom in use. Wireless ad hoc networks can take the form of a mesh networks or others. A wireless ad hoc network does not have fixed topology, and its connectivity among nodes is totally dependent on the behavior of the devices, their mobility patterns, distance with each other, etc. Hence, wireless mesh networks are a descendent of wireless ad hoc networks, with special emphasis on the resultant network topology. Also, most wireless mesh networks have relatively slow or infrequent mobility, and hence link breaks seldom happen. Google Home, Google Wi-Fi, and Google OnHub all support Wi-Fi mesh (i.e., Wi-Fi ad hoc) networking. Apple’s Airport allows the formation of wireless mesh networks at home, connecting various Wi-Fi devices together and providing good wireless coverage and connectivity at home.

Army tactical MANETs
Army has been in need of “on-the-move” communications for a long time. Ad hoc mobile communications come in well to fulfill this need, especially its infrastructureless nature, fast deployment and operation. Military MANETs are used by military units with emphasis on rapid deployment, infrastructureless, all-wireless networks (no fixed radio towers), robustness (link breaks are no problem), security, range, and instant operation. MANETs can be used in army “hopping” mines, in platoons where soldiers communicate in foreign terrains, giving them superiority in the battlefield. Tactical MANETs can be formed automatically during the mission and the network “disappears” when the mission is over or commissioned. It is sometimes called “on-the-fly” wireless tactical network.

Air Force UAV Ad hoc networks
Unmanned aerial vehicle, is an aircraft with no pilot on board. UAVs can be remotely controlled (i.e., flown by a pilot at a ground control station) or can fly autonomously based on pre-programmed flight plans. Civilian usage of UAV include modeling 3D terrains, package delivery (Amazon), etc. UAVs have also been used by US Air Force for data collection and situation sensing, without risking the pilot in a foreign unfriendly environment. With wireless ad hoc network technology embedded into the UAVs, multiple UAVs can communicate with each other and work as a team, collaboratively to complete a task and mission. If a UAV is destroyed by an enemy, its data can be quickly offloaded wirelessly to other neighboring UAVs. The UAV ad hoc communication network is also sometimes referred to UAV instant sky network.

Navy ad hoc networks
Navy ships traditionally use satellite communications and other maritime radios to communicate with each other or with ground station back on land. However, such communications are restricted by delays and limited bandwidth. Wireless ad hoc networks enable ship-area-networks to be formed while at sea, enabling high speed wireless communications among ship, enhancing their sharing of imaging and multimedia data, and better co-ordination in battlefield operations. Some defense companies (such as Rockwell Collins and Rohde & Schwartz) have produced products that enhance ship-to-ship and ship-to-shore communications.

Wireless sensor networks
Sensors are useful devices that collect information related to a specific parameter, such as noise, temperature, humidity, pressure, etc. Sensors are increasingly connected via wireless to allow large scale collection of sensor data. With a large sample of sensor data, analytics processing can be used to make sense out of these data. The connectivity of wireless sensor networks rely on the principles behind wireless ad hoc networks, since sensors can now be deploy without any fixed radio towers, and they can now form networks on-the-fly. “Smart Dust” was one of the early projects done at U C Berkeley, where tiny radios were used to interconnect smart dust. More recently, mobile wireless sensor networks (MWSNs) have also become an area of academic interest.

Ad hoc home smart lighting
ZigBee is a low power form of wireless ad hoc networks that is now finding their way in home automation. Its low power consumption, robustness and extended range inherent in mesh networking can deliver several advantages for smart lighting in homes and in offices. The control includes adjusting dimmable lights, color lights, and color or scene. The networks allow a set or subset of lights to be controlled over a smart phone or via a computer. The home automation market is tipped to exceed $16 billion by 2019.

Ad hoc street light networks
Wireless ad hoc smart street light networks are beginning to evolve. The concept is to use wireless control of city street lights for better energy efficiency, as part of a smart city architectural feature. Multiple street lights form a wireless ad hoc network. A single gateway device can control up to 500 street lights. Using the gateway device, one can turn individual lights ON, OFF or dim them, as well as find out which individual light is faulty and in need of maintenance.

Ad hoc networked of robots
Robots are mechanical systems that drive automation and perform chores that would seem difficult for man. Efforts have been made to co-ordinate and control a group of robots to undertake collaborative work to complete a task. Centralized control is often based on a “star” approach, where robots take turns to talk to the controller station. However, with wireless ad hoc networks, robots can form a communication network on-the-fly, i.e., robots can now “talk” to each other and collaborate in a distributed fashion. With a network of robots, the robots can communicate among themselves, share local
information, and distributively decide how to resolve a task in the most effective and efficient way.

Disaster rescue ad hoc network
Another civilian use of wireless ad hoc network is public safety. At times of disasters (floods, storms, earthquakes, fires, etc.), a quick and instant wireless communication network is necessary. Especially at times of earthquakes when radio towers had collapsed or were destroyed, wireless ad hoc networks can be formed independently. Firemen and rescue workers can use ad hoc networks to communicate and rescue those injured. Commercial radios with such capability are available on the market.

Hospital ad hoc network
Wireless ad hoc networks allow sensors, videos, instruments, and other devices to be deployed and interconnected wirelessly for clinic and hospital patient monitoring, doctor and nurses alert notification, and also making senses of such data quickly at fusion points, so that lives can be saved.

Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_ad_hoc_network