Solusi IoT telah menjadi bagian dari kehidupan kita sehari-hari. Mulai dari jam tangan pintar di pergelangan tangan Anda hingga perusahaan industri, perangkat yang terhubung ada di mana-mana. Membuat segala sesuatunya bekerja untuk kita bukan lagi fantasi fiksi ilmiah. Anda mengetuk layar ponsel cerdas atau mengucapkan sepatah kata pun, dan mendapatkan hasil langsung. Sebuah pintu terbuka secara otomatis, mesin kopi mulai menggiling biji kopi untuk membuat secangkir espresso yang sempurna, sementara Anda menerima laporan analitik berdasarkan data baru dari sensor yang berjarak bermil-mil jauhnya. Dan masih banyak lagi peralatan dan sistem yang tidak kalah canggih.
   Namun, di antara perintah dan tugas-tugas yang terpenuhi, terdapat infrastruktur yang besar dan sebagian besar tidak terlihat, yang melibatkan banyak elemen dan interaksi.  Karena Internet of Things (IoT) terus merevolusi kehidupan kita, memiliki pemahaman tentang arsitektur IoT sangatlah penting agar kita dapat memanfaatkannya secara maksimal. Perangkat yang terhubung adalah jantungnya dan ada berbagai lapisan serta komponen yang membentuk infrastruktur ini. Contoh-contoh dari berbagai industri menggambarkan betapa serbagunanya hal ini. Ada berbagai macam arsitektur yang diaplikasikan pada IoT. Artikel ini akan menjelaskan IoT - Internet of Things - melalui arsitekturnya, dari lapisan ke lapisan. 
 

Arsitektur IoT 3 Layer

Meskipun tidak ada satupun arsitektur IoT yang disepakati secara universal, format yang paling dasar dan diterima secara luas adalah arsitektur tiga lapis. Ini pertama kali diperkenalkan ketika penelitian paling awal tentang Internet of Things dilakukan. Lapisan itu terdiri dari Perception Layer, Network Layer, dan Application Layer, berikut penjelasan singkatnya:

1. Perception Layer
   Lapisan Ini merupakan lapisan fisik dari arsitektur. Di sinilah sensor dan perangkat smart things yang terhubung ikut berperan saat mereka mengumpulkan berbagai jumlah data sesuai kebutuhan proyek. Ini bisa berupa perangkat edge, sensor, dan aktuator yang berinteraksi dengan lingkungannya. 

2. Network Layer
   Data yang telah dikumpulkan oleh semua perangkat ini perlu dikirim dan diproses. Itulah tugas lapisan jaringan atau network layer. Lapisan ini menghubungkan perangkat-perangkat ini ke objek pintar, server, dan perangkat jaringan lainnya. Lapisan ini juga menangani transmisi semua data dan bagaimana data tersebut bisa dikirimkan oleh pengguna

3. Application Layer
   Lapisan aplikasi atau application layer adalah tempat pengguna berinteraksi. Lapisan inilah yang bertanggung jawab untuk memberikan layanan khusus aplikasi kepada pengguna. Hal ini dapat berupa implementasi rumah pintar, misalnya, di mana pengguna mengetuk tombol di aplikasi untuk menyalakan mesin pembuat kopi, atau pengguna dapat memantau keadaan di ruangan dengan parameter tertentu yang telah disesuaikan.\
    

Arsitektur IoT 4 Layer

Jenis arsitektur ini merupakan pengembangan dari arsitektur IoT yang sebelumnya. Adapun layer-layernya adalah sebagai berikut:

1. Smart things
   Lapisan pertama arsitektur IoT ini adalah lapisan penginderaan yang mencakup perangkat, sensor, dan aktuator yang mengumpulkan data dari lingkungan sekitar dan mengontrol berbagai hal di edge. Perangkat yang merasakan atau mengontrol berbagai hal di dunia nyata adalah lapisan dasar untuk ekosistem IoT. Anda akan melihat bisnis di hampir semua industri memanfaatkan kekuatan IoT, dan kasus-kasus penggunaan baru bermunculan secara teratur.

2. Network and Gateways
      Lapisan kedua adalah lapisan jaringan yang mengangkut data dari lapisan smart things ke Internet, sering kali melalui Gateway yang dapat melakukan beberapa pemrosesan tambahan dan sering kali menggabungkan komunikasi dengan banyak perangkat edge. Fungsionalitas keamanan termasuk otentikasi, enkripsi, dan perlindungan malware dapat dilakukan di sini, dan beberapa pemrosesan dan pengambilan keputusan juga dapat dilakukan di lapisan ini.
     Cara terbaik untuk lebih memahami lapisan ini adalah dengan berbagi beberapa contoh yang berbeda. Topologi standar yang sering kita lihat didasarkan pada sensor LoRaWAN yang berkomunikasi dengan gateway untuk apa yang dianggap sebagai edge processing. Kemudian gateway mengirimkan data ke cloud melalui konektivitas seluler. Meskipun banyak industri menggunakan topologi yang sama, masing-masing solusi masih unik, dan kasus penggunaan sering kali menentukan: apakah data sebagian besar akan diproses di cloud atau di dalam atau di dekat perangkat, dan berapa banyak data seluler yang dikonsumsi setiap bulannya.

3. Middleware
      Lapisan ini merupakan lapisan pemrosesan data yang disusun untuk menangani analisis dan pra-pemrosesan data. Tergantung pada aplikasi dan implementasinya, lapisan ini terletak di gateway atau di cloud. Di sini, data dapat diakses oleh aplikasi untuk analisis edge dalam kasus penggunaan seperti kendaraan otonom yang membutuhkan data waktu nyata. Data dipantau dan dikelola saat pemrosesan selesai.
      Pada tingkat pemrosesan data, data seperti gambar dan pembacaan dari berbagai sensor diterima dari perangkat edge dan gateway. Penyedia platform cloud seperti AWS, Azure, dan lainnya memiliki layanan khusus IoT untuk memungkinkan konsumsi dan perutean aliran data ke cloud. Hal ini memberikan kekuatan pemrosesan/perutean tambahan untuk mempermudah pengelolaan dan penyimpanan data ini serta untuk meningkatkan infrastruktur seiring dengan meningkatnya penyebaran perangkat.

4. Applications
   Lapisan ini terletak di cloud, tempat data digunakan oleh aplikasi pengguna akhir. Hal ini berlaku bahkan dalam kasus komputasi edge, yang umumnya masih berinteraksi dengan cloud untuk data yang tidak diperlukan secara real time. Setelah data diproses di cloud, data tersebut digunakan untuk aplikasi seperti smart farming, healthcare, manufacturing, smart cities, dan lainnya untuk memantau kinerja sistem, mengidentifikasi masalah, dan lainnya.
    

Arsitektur IoT 5 Layer

Arsitektur IoT jenis ini terdapat penambahan lapisan, yang berupa pemrosesan data dan penggunaan data untuk kepentingan bisnis. Lapisan itu dijelaskan sebagai berikut:

1. Object (Perception) Layer
   Lapisan ini juga disebut physical Layer. Lapisan ini merupakan dasar dari IoT dan terdiri dari komponen fisik seperti sensor, jaringan listrik, dan sistem yang disematkan. Lapisan fisik bertanggung jawab untuk menangkap data dan peristiwa fisik dari lingkungan fisik. Lapisan ini menangani koneksi fisik antara objek, sensor, dan perangkat fisik lainnya.

2. Object Abstraction (Network) Layer
      Dari banyaknya jenis lapisan yang ada, lapisan jaringan ini juga biasa disebut transport layer atau lapisan transport. Lapisan transport adalah komponen penting dari arsitektur IoT. Lapisan ini memungkinkan pengumpulan dan pengiriman data antar jaringan seperti 3G, identifikasi frekuensi radio (RFID), jaringan Zigbee, atau jaringan lainnya yang telah disesuaikan. Lapisan jaringan bertanggung jawab untuk menyampaikan data antar jaringan. Lapisan ini memastikan penerimaan data dengan cara yang terorganisir dan aman.
     Lapisan transport menyediakan antarmuka antar jaringan, yang memungkinkan mereka untuk berkomunikasi satu sama lain. Keamanan juga penting pada lapisan ini, karena memastikan integritas data, kerahasiaan, dan otentikasi. Lapisan ini juga menyediakan metode untuk mengakses jaringan, seperti pengalamatan IP dan nomor port. Dengan menyediakan layanan ini, lapisan transport memastikan keamanan dan keandalan jaringan yang merupakan bagian dari sistem IoT.

3. Service Management (middleware) Layer
   Lapisan middleware sama artinya dengan lapisan pemrosesan (processing layer). Lapisan ini menyimpan, menganalisis, dan memproses data dalam jumlah besar dari lapisan transport. Lapisan ini mampu mengelola dan menyediakan berbagai macam layanan ke lapisan yang lebih rendah. Lapisan ini memanfaatkan berbagai teknologi, termasuk database, komputasi awan, dan modul pemrosesan data besar. Lapisan ini menyimpan semua kumpulan data yang ditransfer oleh lapisan persepsi melalui lapisan jaringan dan menyediakan data yang sesuai untuk perangkat tersebut berdasarkan alamat dan nama perangkat. Hal ini juga dapat membuat keputusan berdasarkan pemrosesan dan analisis/perhitungan yang dilakukan pada data sensor.

4. Application Layer
   Ini adalah lapisan yang berinteraksi dengan pengguna. Lapisan ini menyediakan layanan khusus aplikasi bagi pengguna dan mendefinisikan semua aplikasi yang telah menggunakan IoT. Lapisan ini berfungsi sebagai penghubung antara perangkat IoT akhir dan jaringan. Lapisan aplikasi berwenang untuk menyediakan layanan ke aplikasi. Karena layanan didasarkan pada informasi yang dikumpulkan oleh sensor, layanan mungkin berbeda untuk setiap aplikasi. Lapisan tersebut diimplementasikan di tingkat perangkat melalui aplikasi khusus.

5. Business Layer
   Lapisan bisnis bertanggung jawab untuk mengelola seluruh sistem IoT, termasuk aplikasi, model bisnis dan keuntungan, serta privasi pengguna. Keberhasilan perangkat apa pun tidak hanya ditentukan oleh teknologi yang digunakan di dalamnya, tetapi juga oleh bagaimana perangkat tersebut disampaikan kepada penggunanya. Tugas-tugas ini ditangani oleh lapisan bisnis perangkat.
    

Arsitektur IoT 7 Layer

Jenis arsitektur ini merupakan jenis arsitektur yang melibarkan semua hal yang berkaitan dengan IoT, mulai dari perangkat dan komponen, proses pengambilan data, pengolahan data, hingga penggunaan model data untuk kepentingan bisnis. Lapisan arsitektur ini juga merupakan lapisan yang diusulkan oleh CISCO. Berikut penjelasan singkat arsitektur 7 layer:

1. Things Layer
   Things layer dari arsitektur sistem IoT jenis 7 layer, yang juga dikenal sebagai lapisan perangkat, terdiri dari beberapa elemen - sensor, kamera, aktuator, dan perangkat serupa yang mengumpulkan data dan melakukan tugas. Sebagai contoh, sensor IoT yang digunakan pada jalur perakitan otomotif dapat melakukan pemeriksaan kontrol kualitas pada robot di dekatnya. Setiap kali robot merakit kotak sekering, sensor IoT memeriksa apakah robot telah menempatkan sekring pada posisi yang benar dengan mendeteksi kode warna sekring yang berbeda.

2. Connectivity
   Lapisan jaringan, juga dikenal sebagai lapisan transportasi atau perangkat, sangat penting untuk memungkinkan data digital berpindah di antara semua elemen struktur IoT. Lapisan ini menggunakan teknologi seperti HTTP, MQTT, dan AMQP untuk memfasilitasi transmisi dari satu aplikasi/perangkat ke aplikasi/perangkat lainnya. 

3. Edge/Fog Computing
   Di lapisan inilah level pertama pemrosesan data terjadi. Informasi dalam jumlah besar dapat dikumpulkan di sini. Namun, level ini memungkinkan sistem hanya meneruskan paket/data yang relevan. Hal ini sangat penting karena mengurangi beban pada tingkat yang lebih tinggi. Hal ini juga memungkinkan data untuk diformat, diperluas atau diterjemahkan sebelum dibutuhkan oleh pemrosesan.

4. Data Accumulation
   Sampai titik ini data sedang bergerak. Biasanya, pemrosesan informasi yang diperlukan tidak dapat dilakukan pada kecepatan jaringan. Akibatnya, level ini mengubah data yang sedang bergerak menjadi data yang tidak bergerak. Ini berarti data disimpan sehingga aplikasi dapat mengaksesnya bila diperlukan. Data juga dapat diubah, digabungkan kembali dan dikomputasi ulang siap untuk digunakan di tingkat yang lebih tinggi.

5. Data Abstraction
   Level ini memungkinkan data disimpan dengan cara yang lebih efisien untuk meningkatkan kinerja tingkat yang lebih tinggi. Beberapa operasi yang dilakukan adalah normalisasi, pengindeksan, pemformatan, validasi, konsolidasi data dan menyediakan akses ke beberapa penyimpanan data. 

6. Application Layer
   Data dan informasi yang diolah ditafsirkan pada level ini. Aplikasi berinteraksi dengan lapisan akumulasi data dan abstraksi data. Kemungkinan aplikasi pada tingkat ini bisa sangat bervariasi di berbagai pasar. Sebagai contoh, aplikasi kontrol dan aplikasi intelijen bisnis cenderung menggunakan data di dengan cara yang sangat berbeda.

7. Collaboration and Processes
   Level tertinggi menyatukan semuanya dan sistem tidak berguna kecuali informasi yang diberikan pada langkah ini berguna. Para pengguna harus bekerja sama dan menggunakan data dari sistem IoT untuk kepentingan bisnis dan membuat keputusan yang tepat.
    

Kesimpulan

Arsitektur IoT sangat penting dalam mencapai manfaat maksimal dari Internet of Things. Arsitektur ini terdiri dari berbagai lapisan dan elemen yang memastikan transfer data yang tepat antara gadget, sensor, dan aplikasi dengan lancar. Dengan mengetahuinya, perusahaan dapat memilih platform yang sesuai dan menggunakan teknologi inovatif ini secara efisien, mulai dari kota pintar hingga perawatan kesehatan dan bidang pertanian. Mari kita tangkap peluang ini dengan kedua tangan kita sehingga kita dapat merevolusi cara kita menjalani hidup atau bekerja secara interaktif di sekitar kita dalam waktu singkat melalui kekuatan IoT