Low Power Wide Area Network (LPWAN) merupakan salah satu solusi implementasi Internet of Things (IoT) sebagai sarana konektifitas dimana memiliki coverage area yang luas namun menggunakan daya yang relatif rendah dengan lifetime yang tinggi. Hal ini membuat LPWAN sangat cocok digunakan untuk komunikasi mesin ke mesin dari berbagai perangkat IoT. Pada essay ini akan dijelaskan mengenai 3 (tiga) jenis LPWAN yang banyak digunakan pada implementasi IoT pada saat ini yaitu Sigfox, Long Range WAN (LoRaWAN), Narrow Band - IoT (NB-IoT). Ada beberapa perbedaan antara Sigfox dan LoRa dengan NB-IoT. Sigfox dan LoRa mempunyai keunggulan pada ketahanan baterai, kapasitas, dan harga. Sedangkan NB-IoT menawarkan keunggulan dalam terms of latency dan Quality of service.

Aplikasi IoT mempunyai kebutuhan spesifik antara lain jarak yang jauh, data rate rendah, konsumsi energi rendah dan keefektifan biaya. Short range radio technologies yang dipakai secara luas ( contoh : ZigBee, Bluetooth) tidak dapat dipakai pada skenario yang membutuhkan transmisi jarak jauh. Solusi berbasis komunikasi selular (contohnya 2G, 3G, dan 4G) dapat mencakup area yang lebih luas tetapi membutuhkan energi yang cukup besar. Oleh karena itu, kebutuhan aplikasi IoT telah mendorong munculnya sebuah teknologi komunikasi nirkabel baru yaitu Low Power Wide Area Network (LPWAN). LPWAN segera mendapatkan perhatian dibidang industri dan komunitas riset dikarenakan karakterisitik komunikasinya yang low power, long range dan low-cost. LPWAN menyediakan komunikasi jarak jauh antara 10-40 km pada area pedesaan dan 1-5 km pada area perkotaan.

Sebagai tambahan, teknologi ini memiliki effisiensi yang tinggi ( sebagai contoh 10+ tahun daya tahan baterai) dan murah, dengan harga radio chipset kurang dari 2€ dan biaya operasional 1€ per alat per tahun. Aspek-aspek menjanjikan dari LPWAN telah mendorong studi experimental terbaru pada performa LPWAN di luar dan dalam ruangan. LPWAN sangat sesuai untuk aplikasi IoT yang hanya membutuhkan transmit data dalam jumlah kecil pada jarak jauh seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Data Rate Vs Range Capacity LPWAN

1.    Sigfox

Teknologi Sigfox dikembangkan pada tahun 2010 di Toulouse, Perancis oleh Start-up Sigfox yang merupakan perusahaan sekaligus operator jaringan LPWAN. Sigfox menjalankan dan mengkomersialkan IoT solusinya sendiri di 31 negara dan masih dalam peluncuran di seluruh dunia karena kemitraan dengan berbagai operator jaringan. Teknologi Sigfox dengan standar kepemilikannya, memakai frekuensi Ultra Narrow Band Radio untuk berkomunikasi (berkisar 200 kHz di frekuensi kerja ISM 868 MHz atau 902 MHz tergantung negara) dengan tiap paket data selebar 100 Hz yang ditransfer dengan kecepatan 100 atau 600 bps tergantung lokasi memakai modulasi DNPSK dan GFSK. Area cakupan Sigfox antara 30-50 km (luar kota) atau 3-10 km (dalam kota) dengan kapasitas transfer data yang tinggi antar perangkat IoT.

2.    LoRa

LoRa adalah teknologi nirkabel berdaya rendah yang menggunakan spektrum radio (Wixted, A. J. et al., 2016). LoRa pertama kali dikembangkan di grenoble, Perancis oleh start-up Cycleo pada tahun 2009 dan dibeli oleh Semtech (USA) 3 tahun kemudian. Pada tahun 2015, LoRa distandarisasi oleh LoRa-Alliance dan di terapkan pada 42 negara dan masih dalam proses peluncuran di negara lain karena investasi berbagai operator seluler. Sebagai contoh Bouygues dan Orange di Perancis, KPN di Belanda, dan Fastnet di Afrika Selatan.

LoRa mempunyai beberapa kelebihan. Salah satunya adalah bisa mengakomodasi jarak hingga 1 km lebih dengan pengaturan yang tepat dan juga lingkungan yang mendukung seperti sedikitnya gangguan serta jenis perangkat yang mendukung implementasi perangkat LoRa. Teknologi LoRa ini menjadi keuntungan tersendiri pada perkembangan teknologi seperti WSN yang membutuhkan pengiriman data yang tahan terhadap noise, konsumsi daya kecil dan dapat mengakomodasi jarak sensor node dan gateway yang jauh. Meskipun LoRa mempunyai banyak kelebihan, terdapat beberapa potensi kelemahan yang perlu diselesaikan. Salah satu kelemahannya adalah belum adanya sistem gateway discovery secara otomatis pada teknologi LoRa untuk pengiriman data dari sensor node. Pengiriman data dari sensor node dilakukan kepada semua gateway LoRa yang berada pada area jangkauan. Hal ini dapat menjadi penyebab munculnya masalah jika terdapat lebih dari satu gateway untuk menerima datanya. Dimana terdapat gateway yang seharusnya tidak menerima data dari sensor node atau disebut sebagai gateway yang salah dan belum adanya sistem gateway discovery untuk menemukan gateway yang benar. maka dari itu untuk mempermudah pemakaian perangkat LoRa dibutuhkan sistem gateway discovery.

3.    NB-IoT

NB-IoT adalah sebuah teknologi LPWAN berdasarkan Narrow band Radio technology. NB-IoT distandarisasi oleh 3^rd Generation partnership project (3GPP). Spesifikasinya dipublikasikan pada Release 13 dari 3GPP pada bulan Juni 2016. NB-IoT masih dalam tahap testing di Eropa. Pada Desember 2016, vodafone dan Huawei mengintegrasikan NB-IoT pada jaringan Vodafone Spanyol dan mengirimkan pesan pertama yang sesuai dengan standar NB-IoT ke perangkat yang dipasang di meteran air. Saat ini, Huawei menambah kemitraan untuk menerapkan teknologi ini secara luas (hal ini diumumkan untuk diterapkan di berbagai negara pada tahun 2018). Pada bulan Mei 2017, Kementrian Perindustrian dan Teknologi Informasi China mengumumkan keputusan mempercepat penggunaan NB-IoT secara komersial untuk utilitas dan aplikasi smart city.

Tabel 1. Perbandingan Sigfox, LoRaWAN dan NB-IoT

LPWAN di Indonesia

Berkembangnya Internet of Things (IoT) di Indonesia mendorong berkembangnya pula jaringan yang dibutuhkan perangkat IoT untuk berkomunikasi dan bertukar data yang merupakan salah satu dari 4 (empat) komponen yang diutarakan oleh Direktur Jenderal Sumber Daya dan Perangkat Pos dan Informatika Kementerian Komunikasi dan Informatika (Kemenkominfo), Ismail, yaitu sensor dan aktuator, konektivitas, serta manusia dan proses. Untuk mendukung pemanfaatan IoT di indonesia, Pemerintah melalui Kemenkominfo menerbitkan Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika No.1 Tahun 2019 tentang penggunaan spektrum frekuesi radio dimana didalamnya juga mengatur mengenai Low Power Wide Area non Seluler dimana pita frekuensi yang diperbolehkan adalah 920 Mhz -923 Mhz.

            Dengan diterbitkanya permenkominfo tersebut diatas, maka para operator seluler berlomba-lomba menawarkan produk NB-IoT mereka kepada konsumen guna keperluan implementasi IoT di Indonesia dan menawarkan cakupan layanan yang masif. Hal ini dikarenakan NB-IoT sangatlah mudah di deploy oleh operator seluler dengan infrastruktur jaringan BTS 4G yang sudah ada dan hanya diperlukan upgrade software untuk mengaktifkan jaringan NB-IoT. Salah satu operator seluler, Telkomsel, juga telah mengembangkan aplikasi-aplikasi NB-IoT pada meter listrik, gas, air dan smart lighting pada penerapan smart city. Senada dengan Telkomsel, XL Axiata juga telah resmi meluncurkan kartu perdana NB-IoT di 31 Kota/ Kabupaten. Kartu perdana NB-IoT ini dibanderol oleh XL dengan biaya berlangganan Rp15.000 untuk satu tahun dengan kuota 20MB untuk pelanggan korporat. Selain menjual layanan NB-IoT, XL juga menjajakan end-to-end solution yang menyesuaikan kebutuhan pelanggan.

Referensi :

R. Ratasuk, N. Mangalvedhe, A. Ghosh, Overview of LTE enhancements for cellular IoT, in: Proc. of PIMRC, Hong Kong, China, 2015, pp. 2293–2297.

D. Patel, M. Won, Experimental study on Low Power Wide Area Networks for mobile internet of things, in: Proc. of VTC, Sydney, Australia, 2017, pp. 1–5.

U. Raza, P. Kulkarni, M. Sooriyabandara, Low Power Wide Area Networks: An overview, IEEE J. Commun. Surv. Tuto. 19 (2) (2017) 855–873.

http://www.Sigfox.com

http://www.LoRa-alliance.org

https://unida.ac.id/teknologi/artikel/mengulas-teknologi-IoT-dalam-smart-city.html

https://misterIoT.com/2016/03/23/Sigfox-solusi-komunikasi-berbiaya-murah-IoT/

https://teknologi.bisnis.com/read/20191022/101/1161859/bisnis-IoT-NB-IoT-telkomsel-makin-matang

https://dailysocial.id/post/kartu-NB-IoT-xl-axiata