NB-IoT Based Smart Parking System for Jakarta Smart City PDF

Preview

Summary

NB-IoT Based Smart Parking System for Jakarta Smart City Nyimas Adella Gustina1, Iwan Krisnadi2 Magister Teknik Elektro, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Indonesia [email protected],[email protected] 2 Abstract— Seiring berjalannya waktu, jumlah kendaraan menjadi...

Description

Accelerat ing t he world's research.

NB-IoT Based Smart Parking System for Jakarta Smart City Iwan Krisnadi, Nyimas Adella

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

PROSIDING Konferensi Nasional Ilmu Komput er - KONIK 4 2020 EDISI COVID-19 Maksum Ro'is Adin Saf ANALISA KEBUT UHAN DAN PERANCANGAN SIST EM INFORMASI Mochammad Firmansyah Paper Cumi budi yuanit a

NB-IoT Based Smart Parking System for Jakarta Smart City Nyimas Adella Gustina1, Iwan Krisnadi2 Magister Teknik Elektro, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Indonesia [email protected],[email protected] 2

Abstract— Seiring berjalannya waktu, jumlah kendaraan pribadi yang digunakan masyarakat semakin meningkat, namun tidak sebanding dengan lahan parkir yang terbatas khususnya di daerah ibu kota Jakarta. Sehingga, diperlukan penerapan sistem baru berbasis teknologi modern untuk memanajemen lahan parkir agar lebih efisien di Jakarta. Pada makalah ini, diusulkan sistem Smart Parking berbasis teknologi IoT untuk mendukung program Jakarta Smart City dengan menerapkan jaringan Narrowband Internet of Things (NBIoT). NB-IoT merupakan salah satu jaringan LPWAN (Low Power Wide Area Network) yang memiliki karatkteristik handal, efisien, low latency, dan biaya infrastruktur yang rendah. Sistem dirancang menggunakan data dari node sensor dikirim oleh modul NB-IoT dengan manajemen informasi dasar, biaya manajemen, pengawasan node sensor, manajemen tugas dan modul kecerdasan bisnis yang dirancang diimplementasikan di Cloud server. Sistem smart parking dilengkapi aplikasi seluler dan platform pembayaran digital yang membuat sistem mudah dan nyaman digunakan. Keywords— Jakarta Smart City, NB-IoT, Smart Parking

I. PENDAHULUAN Saat ini, banyaknya jumlah kendaraan yang digunakan masyarakat semakin meningkat sehingga tidak sebanding dengan lahan parkir yang terbatas khususnya di ibu kota Jakarta. Di daerah Jakarta, sangat sulit untuk menemukan tempat parkir tepatnya saat di area bisnis seperti pusat perbelanjaan, kawasan wisata dan area perkantoran. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan penerapan sistem baru seperti smart parking untuk memanajemen lahan parkir agar lebih efisien. Smart parking dapat membantu kita dalam menemukan spot parkir dengan cepat, dan melakukan pembayaran parkir dengan mudah melalui digital payment. Fungsi smart parking juga dapat mengurangi dan mencegah kemacetan yang terjadi saat pencarian parkir dan pembayaran parkir. Implementasi sistem smart parking didukung dengan memanfaatkan teknologi IoT. Internet of Things (IoT) adalah konsep teknologi yang mengacu pada jaringan dari aplikasi-aplikasi cerdas seperti pengukur cerdas dan mobil yang berbagi informasi secara nirkabel tanpa memerlukan bantuan manusia. Aplikasiaplikasi dengan akses internet yang dapat mengirim data secara nirkabel ke server cloud disebut perangkat berkemampuan IoT [1]. IoT dapat digunakan di berbagai bidang dengan berbagai aplikasi, seperti gedung cerdas, pengukuran cerdas, logistik transportasi, pemantauan industri, keselamatan lalu lintas, dan pemantauan lingkungan. Sehingga, IoT sudah menjadi bagian dari kehidupan seharihari bagi setiap manusia di seluruh dunia. Penerapan IoT pada sistem smart parking tentunya juga untuk mendukung program Jakarta Smart City. Jakarta Smart City dikembangkan berdasarkan enam pilar, yaitu: Tata Kelola Cerdas, Orang Cerdas, Gaya Hidup Cerdas, Mobilitas Cerdas, Ekonomi Cerdas, dan Lingkungan Cerdas. IoT

menjadi kunci yang paling utama untuk program Jakarta Smart City. Beberapa aplikasi IoT yang telah digunakan seperti memasang CCTV di area public, GPS untuk pelacakan tidak hanya bus saja tetapi juga untuk ambulans dan truk sampah, teknologi city touch untuk sensor pencahayaan cerdas dan pengukuran air secara otomatis. Sebagian besar dari aplikasi tersebut menggunakan teknologi seluler kecuali CCTV yang menggunakan jaringan fiber optic [2]. Pada penelitian sebelumnya dalam beberapa tahun terakhir, sistem smart parking telah dirancang menggunakan bluetooth [3], dedicated short range communication protocol (DSRC) [4], dan radio frequency identification (RFID) [5]. Teknologi tersebut menggunakan sistem wireless jarak pendek yang cenderung rentan terhadap interferensi, selain itu perlu ditambahkan network gateway untuk pengumpulan data dan koneksi ke internet sehingga sistem kurang efisien. Paper ini membahas sistem smart parking yang dirancang menggunakan jaringan NB-IoT. NB-IoT merupakan salah satu jaringan LPWAN (Low Power Wide Area Network) yang memiliki karatkteristik handal, efisien, dan biaya infrastruktur yang rendah. NB-IoT memiliki kelebihan seperti cakupan yang luas, sehingga sangat cocok untuk sistem smart parking dibandingkan jaringan LPWAN yang lain. II. TINJAUAN TEORITIS A. LPWAN LPWAN (Low Power Wide Area Network) menghadirkan teknologi baru untuk memungkinkan aplikasi IoT dalam jangkauan lebih luas dan teknologi nirkabel jarak dekat yang lengkap. LPWAN dapat beroperasi dengan biaya dan daya yang lebih rendah dan area jangkauan yang lebih luas daripada teknologi nirkabel sebelumnya. Beberapa karakteristik LPWAN, seperti low data rate, biaya rendah, area jangkauan luas, baterai tahan lama, dan dapat memasang perangkat dalam jumlah besar ditunjukkan pada Gambar 1 [6].

Gambar 1. Karakteristik LPWAN.

Permintaan jaringan LPWAN yang semakin meningkat menjadi alasan lain untuk menggunakan perangkat berbiaya rendah. Untuk mengurangi biaya, LPWAN menyederhanakan kompleksitas perangkat keras. Teknologi LPWAN dioptimalkan untuk menawarkan cakupan area yang luas terutama di dalam ruangan yang menantang seperti di ruang bawah tanah. Target utamanya adalah untuk mencapai besar gain 20 dB dibandingkan sistem seluler yang lama. Ini memungkinkan end-devices yang berada sejauh 10 km dari jaringan tetap terhubung ke base station. Koneksi LPWAN secara keseluruhan dari pemancar ke pelanggan diilustrasikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Koneksi LPWAN secara keseluruhan. Hingga saat ini, LPWAN telah menjadi salah satu pasar dengan pertumbuhan tercepat di IoT. Sehingga, banyak teknologi LPWAN yang sedang dikembangkan dalam spektrum berlisensi maupun tidak. Teknologi LPWA yang paling populer dengan spektrum berlisensi adalah NB-IoT, dan tidak berlisensi adalah LoRa [7]. B. NB-IoT Standar global 3GPP telah mengembangkan dan menstandarisasi kelas-kelas baru, standar 3GPP Rel.13 di mana sistem pita sempit (narrowband) diperkenalkan dan dirancang untuk mendukung kebutuhan komunikasi machine-to-machine atau yang saat ini dikenal sebagai Internet of Things (IoT). Teknologi ini disebut sebagai Narrowband IoT (NB-IoT) [8]. NB-IoT dapat diimplementasikan dengan biaya rendah, karena NB-IoT secara langsung dapat dipakai untuk Sistem Komunikasi Seluler Global (GSM) dan Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) [9]. Dibandingkan dengan Bluetooth, ZigBee, dan teknik komunikasi jarak pendek lainnya, jaringan NB-IoT memiliki cakupan yang lebih luas dan konektivitasnya memungkinkan aplikasi yang lebih beragam. Nb-IoT cukup untuk membuka pasar dengan sangat luas yang belum pernah terjadi sebelumnya [10]. Distribusi bisnis IoT ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Distribusi bisnis IoT.

NB-IoT memiliki keunggulan dibandingkan metode komunikasi nirkabel lainnya dalam aspek berikut [11]: 1. Cakupan luas: NB-IoT adalah jaminan efektif untuk cakupan di dalam ruangan. Pada pita frekuensi yang sama, NB-IoT memperoleh 20dB lebih banyak daripada jaringan tradisional, yang mengarah ke peningkatan area cakupan 100 kali lipat. Cakupannya yang luas dan dalam memungkinkan penerapan di daerah pedesaan, pabrik, garasi bawah tanah, penutup lubang got, dan sejenisnya. Misalnya, NBIoT tidak memerlukan antena rapuh dalam metode GPRS untuk memonitor penutup lubang got. 2. Koneksi yang kuat: Di base station yang sama, NBIoT dapat menyediakan akses 50-100 kali lebih banyak daripada teknologi nirkabel tradisional. Seperti contoh rumah cerdas, NB-IoT dapat dengan mudah mewujudkan koneksi antara beberapa perangkat di jaringan rumah pintar di masa depan. 3. Konsumsi daya rendah: Konsumsi daya rendah merupakan indikator penting dalam penerapan IoT. Sensor yang biasanya diletakkan di tempat terpencil membuat barerai tidak boleh terlalu sering diganti. Persyaratan ini dapat dipenuhi oleh NB-IoT, karena mampu meminimalkan konsumsi daya dengan mengembangkan aplikasi volume dan low data rate. 4. Biaya rendah: Biaya rendah NB-IoT tercermin dari penggunaan kembali base station. Tidak seperti LoRa, NB-IoT tidak perlu membangun kembali jaringan komunikasi, base station dan antena multipleks. Dengan beberapa keunggulan tersebut, NB-IoT secara mudah dapat diterapkan dalam berbagai kasus, seperti parkir cerdas, pertanian cerdas, dan pengukuran dalam jarak jauh. NB-IoT memungkinkan konektivitas lebih dari 100K perangkat per sel dan dapat ditingkatkan dengan memanfaatkan beberapa operator NB-IoT. NB-IoT menggunakan modulasi QPSK, Frequency Division Multiple Access (FDMA) di uplink, dan Orthogonal FDMA (OFDMA) di downlink [12]. Tingkat throughput maksimum adalah 200 kbps dan 20 kbps di downlink dan uplink, dengan ukuran payload 1.600 byte di setiap pesan. Sebagaimana dibahas dalam [13], teknologi NBIoT dan LTE-M dapat mencapai masa pakai baterai selama 10 tahun dengan transmisi rata-rata 200 bytes/hari. C. NB-IoT Deployment Mode NB-IoT menempati lebar pita frekuensi 200 KHz, yang sesuai dengan satu blok sumber daya dalam transmisi GSM dan LTE [12]. Dengan pemilihan pita frekuensi ini, mode operasi berikut dimungkinkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. 1. Stand-alone operation: merupakan skenario dengan memanfaatkan pita frekuensi GSM yang saat ini digunakan. 2. Guard-band operation: memanfaatkan blok sumber daya yang tidak digunakan dalam pita pengaman operator LTE. 3. In-band operation: memanfaatkan blok sumber daya dalam operator LTE.

Gambar 4. Deployment mode for NB-IoT. Untuk operasi stand alone, operator GSM di gambar bagian kanan hanya ditampilkan sebagai contoh untuk menunjukkan bahwa ini adalah kemungkinan deployment NB-IoT. Mode operasi ini juga dapat berfungsi tanpa neighbour operator GSM. Dalam operasi in-band, pemberian resource antara LTE dan NB-IoT tidak tetap. Namun, tidak semua frekuensi, yaitu resource block dalam carrier LTE, diizinkan untuk digunakan untuk koneksi cell. Untuk operasi guard-band, NB-IoT di-deploy di dalam guard-band carrier LTE sehingga tidak menggunakan resource block LTE sebagaimana operasi inband. Hal ini merupakan suatu keuntungan dari sisi kapasitas dan efisiensi penggunaan bandwidth. Dalam mode operasi guard-band, NB-IoT akan menggunakan spektrum di dalam guard-band internal carrier LTE.

Gambar 6. Arsitektur Sistem LTE dengan NB-IoT. III. METHODOLOGY A. Arsitektur Sistem Sensor Secara umum, sistem yang diusulkan terdiri dari node sensor, smart parking cloud server, aplikasi untuk perangkat seluler dan platform pembayaran pihak ketiga. Arsitektur sistem yang diusulkan ditunjukkan pada Gambar 7 sebagai berikut.

D. Arsitektur NB-IoT Arsitektur aplikasi ditunjukkan pada Gambar 5 terdiri dari empat komponen [14]: 1) Terminal NB-IoT; 2) Core Network; 3) Platform cloud NB-IoT; dan 4) Server aplikasi.

Gambar 7. System Overview

Gambar 5. Arsitektur NB-IoT. Berbagai terminal NB-IoT (antara lain, lampu pintar, meteran air, gas, tempat sampah, dll.) terhubung ke satu set perangkat yang akan mengirimkan data penginderaan yang tergantung aplikasi ke base station. Data kemudian diteruskan ke platform cloud NB-IoT, kemudian data diteruskan ke server aplikasi tertentu. Dari sisi network, arsitektur NB-IoT diilustrasikan sebagaimana Gambar 6. NB-IoT memiliki arsitektur yang mirip dengan dengan LTE. Beberapa upgrade dan penambahan NE diperlukan untuk menyediakan layanan NBIoT, antara lain upgrade eNodeB, upgrade OSS dan pengadaan platform eSIM, dan juga deployment Core NBIoT yang dilengkapi dengan SCEF. Selain itu integrasi dengan network subsystem lain seperti PCRF, DPI, BSS dan kemungkinan upgrade HSS akan menjadi hal yang cukup kompleks, sehingga perlu dijalankan dengan hatihati.

Bagian perangkat keras dari platform smart parking berbasis NB-IoT (selanjutnya disebut sebagai platform yang diusulkan) terutama mencakup detektor ruang parkir, perangkat LPR otomatis, panduan parkir, dan WSN. Bagian perangkat lunak dari sistem berisi kueri area parkir, pembayaran seluler, pencarian mobil cerdas, manajemen seluler cerdas, dan manajemen parkir cerdas. Node sensor terutama terdiri dari Modul BC95-B5 NB-IoT, STM32F103 MCU dan detektor kendaraan geomagnetik, yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Sensor Node

Karena faktor bentuk yang ringkas dan ringan, konsumsi daya yang sangat rendah, dan rentang suhu yang panjang, BC95 cocok untuk berbagai aplikasi IoT, seperti pengukuran cerdas, kota cerdas, pelacakan keamanan dan aset, barang putih, pemantauan pertanian dan lingkungan. , dll. Ia mampu menyediakan rangkaian lengkap SMS dan layanan transmisi data untuk memenuhi permintaan sisi klien. Mempertimbangkan kebutuhan dan keinginan jangkauan sinyal yang ditingkatkan, koneksi masif, konsumsi daya yang rendah, dan penyebaran jaringan yang mudah, BC-95 B5 digunakan dalam proyek ini. Selanjutnya STM32F103 dan detektor kendaraan geomagnetik dipilih sebagai MCU dan unit sensor. Node sensor dipasang di tempat parkir. Unit ini telah dirancang untuk menahan beban berat dan benturan tibatiba, dengan masa kerja maksimum yang ditentukan oleh ukuran baterai. Operasi dasar node dirancang sebagai berikut: unit diaktifkan setiap 10 detik. Hanya sensor magnetik pengukuran yang diaktifkan, jika perubahan status terdeteksi, node mengaktifkan BC95 dan mengirim status ke server cloud sistem. Setelah sensor geomagnetik dan komunikasi dengan server cloud, perangkat kembali ke mode tidur. B. Cloud Server Server cloud terdiri dari enam modul, yang ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Komponen Cloud Server. Setiap modul memiliki beberapa fungsi diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Modul basic information manajemen informasi dasar memberikan input, memodifikasi dan menghapus layanan untuk infrastruktur sistem, seperti informasi node sensor, informasi tempat parkir, informasi jalan, dll. Administrator memiliki hak untuk mengakses modul manajemen basic information. 2. Modul Maintainer Information menyediakan layanan data yang menjalankan CRUD (Create, Read, Update, dan delete) untuk proses pengelolahan data. Informasi termasuk ID, nama, jenis kelamin, departemen, nomor ponsel, dll. 3. Modul Charge Management terdiri dari laporan pembayaran, laporan biaya harian dan transfer dana. Laporan pembayaran menghitung biaya pada platform pembayaran pihak ketiga. Misalnya, pembayaran OVO, DANA, GOPAY, dll. Laporan biaya harian menghasilkan statistik untuk keseluruhan biaya pada sistem. Modul transfer dana akan mengirimkan laporan biaya ke platform pembayaran pihak ketiga. 4. Modul Sensor Node Surveillance terutama dirancang untuk pemantauan tempat parkir. Dengan informasi wilayah atau jalan, penyebaran tempat parkir dan

5.

6.

status setiap tempat parkir ditampilkan. Status tempat parkir dirancang menjadi lima kategori yaitu menganggur, dicadangkan, ditempati, tidak normal, dan rusak. Modul Task Management terdiri dari penetapan tugas, pelaksanaan tugas dan laporan tugas. Administrator sistem dapat menetapkan tugas untuk pengelola oleh modul ini. Setiap tugas yang dilakukan oleh pengelola akan dicatat secara detail, seperti waktu pelaksana, wilayah, tugas informasi, prioritas tugas, respon tugas dan waktu penyelesaian. Setelah tugas selesai, pengelola dapat melaporkan hasilnya kepada administrator sistem dengan aplikasi yang berjalan di perangkat seluler. Modul Business Intelligent menyediakan alat dan teknik untuk menanyakan, memvisualisasikan, dan mengekspor data parkir yang disimpan di file database. Pengguna dapat menanyakan data berdasarkan waktu, kategori atau nama dan dapatkan informasi yang mereka butuhkan.

C. Mobile Application Sistem smart parking didukung aplikasi seluler yang dirancang untuk mempermudah user. Aplikasi seluler yang diusulkan, diharapkan dapat dijalankan di perangkat seluler iOS dan Android. Pada aplikasi, terdapat beberapa fitur seperti halaman register dimana user dapat melakukan registrasi data pribadi sebagai syarat awal untuk masuk ke layanan sistem smart parking. Pada tahap ini, terdapat verifikasi data user melalui email atau nomor handphone user. Kemudian, user dapat menggunakan layanan sistem smart parking melalui aplikasi seperti mencari lahan parkir yang tersedia dan melakukan pembayaran parkir secara digital. D. Sistem Pembayaran Digital Sistem pembayaran smart parking dirancang menggunakan pembayaran digital yang sudah umum digunakan oleh masyarakat seperti Go-Pay, OVO, DANA, dan e-money.

Gambar 10. Sistem pembayaran digital. Pembayaran digital adalah pembayaran yang berbasis teknologi dimana uang disimpan, diproses, dan diterima dalam bentuk informasi digital dan proses pemindahannya diinisialisasi melalui alat pembayaran elektronik. Kehadiran alat-alat pembayaran elektronik semata-mata tidak hanya disebabkan oleh inovasi sektor perbankan namun juga didorong oleh kebutuhan masyarakat akan adanya alat pembayaran yang lebih praktis dan efisien sehingga memberikan kemudahan dalam melakukan transaksi.

Kini bertransaksi melalui pembayaran digital menjadi semakin populer di masyarakat. Dilihat dari data Bank Indonesia (BI) terdapat kenaikan volume transaksi uang elektronik pada akhir 2019 melonjak sebesar 79,3% menjadi 5,2 miliar transaksi dibandingkan 2018 sebesar 2,9 miliar transaksi. Selain itu, lonjakan drastis juga terjadi pada nominal nilai transaksi uang elektronik hingga 208,5%. Pada 2019 total nominal nilai transaksi uang elektronik mencapai Rp 145 triliun. Angka tersebut meningkat sebesar Rp 98 triliun atau hampir tiga kali lipat dibandingkan 2018 yang sebesar Rp 47 triliun [15]. Untuk mengetahui tren penggunaan uang elektronik dalam aplikasi pembayaran digital, sebuah studi yang dilakukan perusahaan riset pasar Ipsos menemukan, sebanyak 68 persen transaksi dengan dompet digital dilakukan oleh generasi milenial. Research Director Customer Experience Ipsos Olivia Samosir, mengatakan dari keempat dompet digital terbesar, seperti GoPay, OVO, Dana dan LinkAja, tercatat GoPay menjadi dompet digital yang menjadi aplikasi dompet digital terpercaya dan paling banyak digunakan. GoPay menjadi dompet digital yang paling tinggi diminati ada 58 persen peminatnya, sementara OVO 29 persen, DANA 9 persen dan LinkAja 4 persen [16].

REFERENCES [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

Gambar 11. Hasil survei aplikasi dompet digital. [13]

IV. KESIMPULAN Makalah ini telah mengusulkan sistem smart parking berbasis NB-IoT dengan pembayaran parkir melalui platform pembayaran digital, rancangan ini diharapkan menurunkan biaya implementasi dan meningkatkan pengalaman IoT bagi masyarakat untuk mendukung program Jakarta Smart City. Modul node sensor, modul server cloud, aplikasi untuk perangkat seluler dan platform pembayaran digital dijelaskan secara rinci. Makalah ini diharapkan dapat menjadi acuan untuk pembangunan sistem Smart Parking untuk program Jakarta Smart City di masa yang akan datang.

[14]

[15]

[16]

A. Nag and S. C. Mukhopadhyay, "Smart Home: Recognition of activities of elderly for 24/7; Coverage issues," in Proceedings of the 2014 International Conference on Sensing Technology, Liverpool, UK, 2014, pp. 480-489. Kusumawati, D., Setiawan, D., & Suryanegara, M. (2017, October). Spectrum requirement for IoT services: A case of Jakarta smart city. In 2017 IEEE International Conference on Communication, Networks and Satellite (Comnetsat) (pp. 21-25). IEEE. Z. Xie, S. Han and C. J. University, “Positioning System in Parking Lot Based on Bluetooth 4.1 Base Station Network,” Microcontrollers & Embedded Systems, vol.3, pp.16-18, 2016. ...