Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Sci ence   Vo l.   13 ,  No.   2 ,  Febr uar y   201 9 , pp.  5 07 ~ 5 1 3   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 2 .pp 5 07 - 5 1 3          507       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Wireles s  water q uality m onitorin g system  for high  density  aquacult ure appl icat i on       F.  A.  S aparu d in 1 ,  T.  C.   Ch e e 2 ,  A . S .  Ab G ha f ar 3 ,  H.  A.  Majid 4 ,  N. K ati ran 5   1 ,2,3,4 Facul t y   of E ngine er ing  T ec h nolog y ,   Univ e rsi ti   Tun  Hus sein O nn  Mal a y sia ,   Malay s ia   5 Facul t y   of Elect ric a l  and   E lectr o nic   Engi ne eri ng ,   Univer sit i  Tun   Hus sein  Onn Mal a y s ia,  Ma lay sia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Sep  27 , 201 8   Re vised  N ov   2 5 , 2 018   Accepte d  Dec  9 , 2 018       W at er  qua li t y   is  one  of  th e  m ajor  fac tors  th at   gre atl y   aff ec ts  growth  and   m orta li t y   r ate  o f  aqua t ic   li vest ock  espe ci a lly   i n  h igh  density   aqua cu lt ure   s y stem.   Conventional   m et hod  re quire s  fish  far m er  to  per form   m anua l  wa ter   qual ity   t est  and  rec ord  on  m ult iple  fish  ta nks  in  reg ula r  basis.   Thi s   proc ess  is   m et ic ulous,  and  m a y   aff e ct   aqu atic  li v estoc k  that  nee ds  cl ose  and  imm edi at e   at t ent ion .   In  thi s   pape r,   wat er  qu al ity   m onit or ing   sy st em  for  the   high  density   aqua cu lt ure   environm ent   is  proposed.   The  m onit oring  s y stem  is  c om posed  of   m ult ipl e  sensor  nodes  and  senso r/ser ver   node  h ybrid,   which  use d  to  col lect   and  m ana ge   the  wate r  qu al i t y   p ara m et er   data  of   m ult ipl e   ta nks.   The   sensor   node s  col lect  an d  store  the   water  qual ity   pa ramet ers  in  lo ca l  da ta base   a n d   tra nsm it   the m   to  the   serv er  node  through  a  wire l ess  comm unic at ion .     The   serve r  node  is  used  for  data  ana l y sis,  pro ce ss ing  and  a ll ow  pu bli c  acce ss   via   web  brows er  through  var iou s  W i - Fi  e nabl ed  sm art   devi ce s.  Thi s  pape r   pre sents  a  proof - of  conc ep t  of  c l ustere d  wire le ss   m onit oring  s y ste m   foc used  on  the   use  of  m ult iple  sensor  nodes  to  determ ine  the   wat er  par a m et er  in  re al  ti m e.   Thi s  s y s tem   is  cost  eff ect ive ,   quic k l y   d e plo y able,   and  u ser - frie nd l y   with  wire le ss   c a pabi litie s .   Ke yw or ds:   In te r net  of thin gs   Water  qual it y m on it or ing  W i reless se nso r   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   F. A. Sapa r ud i n,     Faculty  of  E ngineerin g  T ech nolo gy,   Un i ver sit i T un  Hu s sei n O nn  Ma la ysi a,   KM 1, Jala n  P ancho r,   8460 0 Pag oh, Jo hor,   Ma la ysi a.   Em a il : faiz s@u thm .ed u. m y       1.   INTROD U CTION     Aquac ultur e  is   increasi ng ly   c on si der e d  as   a n  inte gr al   c ompone nt  in  the   s earch  f or   globa l  world  foo d  secur it y an d  ec onom ic  d evelo pm ent. Th is impli es aquacult ure re qu ire s inte ns ive ca re in  th e rear in g proce ss to  enh a nce  produ ct ion ,  incl ud i ng  stoc king,  fe e ding,  protect io n  f ro m   pr edat ors  an d  disease  [1 ] .  Re gula r  ca re  an d  m ai ntenan ce  ar e  req ui red   to  e ns ure  th e  wate r  qu al it y  is  su itable  for  aq uac ultur e .  The  wa te r  qu al it y  can  aff ect   the  gro wth  a nd  m ay   cause  t he  deat h  of  th e  aqu at ic   li ves tock.   Th us   a n  aqu ac ultu re  syst e m   need s  to  pro vide   su it able  wate r  qu al it y  to  pr om ote  gr ow t h,   con t ro l  disease   and  re du ce   m or ta li t y.  Espec ia ll y  in  hig h  de ns it y  aqu ac ultu re,  wh e re  a  la r ge   nu m ber   of   a qu at ic   li vestoc k  is  raise d  in   arti fici al   ta nks  require  a  sy stem ic  appr oach to all eviat e the c omplexit y o f  m anag in g  the  w at e r qu al it y m anu al ly .   In   m any  of   the  dev el opin g  an d  de velo ped   re gio ns   of  the  w or l d,   the  dem and   f or  aq uacu lt ur e  products   has  c on ti nue d  to  gro w.   I n  rec ent  re port,  m ore  fish  for  hu m an  c on s um ption   ha ve  or i gin a te d  f ro m   far m s   than   from   wild  captur e  acc ordin g  to  the  la te st  glo bal  re port  f rom   the  Fo od  an d  A gr ic ultur e  Orga nizat ion   of  the  Un it ed   Nati ons  (FA O)  [ 2].  The  a quacult ure  sect or  is  i nc reasin g  i n  dem and,  one  of  th e  issues   face d  by  the   aqu ac ultu re  se ct or   is   to   be   in form ed  on  water  qu al it y  pa ra m et ers  of  fa rm ed  a quacult ure   ta nks.  Es pecial ly   in   high  de ns it y  aqu ac ultu re,  t he re  a re   m ulti ple   ta nks  with  ra pid   cha nge  in   water  qual it y  need  to   be   te ste d  a nd   recorde d  e ver y   day.  Since  t his  tradit ion al   m et hod  is  not  co ntinuo us   a nd   r eal   tim e,  the  neg li gen c e  m ay  aff ect   the aquat ic  li ve stock  esp eci al l y t he  se ns it ive  on e s.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   2 ,  Fe bru ary 2 019   :   5 0 7   –   5 1 3   508   Ther e f or e,   the re  is  a  need  for  c on ti nuous  a nd  real  t i m e  water  qu al it y  m on it or ing  syst em .     The  aut om at io n  of  aq uac ultu re  syst e m s  will   al low  the  in du st ry  to  im pr ov e  e nvir on m ental   con t ro l,  r edu ce  cat ast ro phic   lo sses,  re duce  producti on  c os t,  and  im pr ov e  pro duct   qual it y.  The  m os t  i m po rta nt  pa ram eter s  to   be  m on it or ed  a nd   c on t ro ll ed  i n  an  a qu ac ultu re  syst e m   inclu de  te m per at ure,  disso l ve d  ox ygen,   pH,  am m on ia ,  nitrat es,  sal init y,  and   al kalini ty ,  since  they   directl y  aff ect   anim a l  healt h,   feed   util iz at ion ,  gr ow t h  rate s  [3 ] .   This  es pecial ly   hard  t o  m ai nta in  in  a  high  de ns it y  aqu ac ultu re  w he re  the  w at er  qual it y  is  i nh e re ntly   un st able.   The  s urvi val a nd gr ow t h of  a qu at ic  li vest oc k  a re cr it ic al ly  d epe nd  on the  water  qual it y [4 ] .   This  wor k  f oc us es  on  the   us es  of  m ulti ple  m ic ro com pu te r   an d  se nso rs   to   m on it or   the   w at er  qual it y  par am et ers  in   aq uac ultur e   in  real - ti m e.  The  m on it or i ng  syst em   is  com po sed  of  m ulti ple  sen sor  nodes ,     wh ic h  us e d  to   determ ine  an d  colle ct   the  wat er  qu al it y  pa ra m et er  of  m ultip le   ta nks  an d  t ran sm it   the m   t o  th e  serv e r  node  W i - F i  te chnolo gy .  The  se rv e r  node  basical ly   pro vid es  se r vi ce  su ch  a s  s ha rin g  in form ation   or   resou rces  for  ot her   pro gram   or   dev ic es .  The  functi on  of   se r ver   no de  is  cen tral iz ed  data  colle ct ion ,  pr oc essing  and  pr ese ntati on  the   in form a ti on   t hroug h  a   web  se rv e r.  Th e  inf orm ation   can  be  ac cesse d  us in g  any  br ow se r   via  W i - Fi  ena bled  sm art  de vices  on  lo cal   netw ork.   The   pro po se d  a qu acult ur e  water   m on it or i ng  syst e m   is  su it able to  b e  pl aced in hi gh densit y aq uacu lt ur e  to  sim ultaneous a nd ef fecti vely   m on it or  m ul ti ple f ish ta nk s .       2.   RELATE D  W ORKS   Water  qu al it y  m on it or ing  s yst e m   has  be en  widely   stu died  a nd  de ve lop e d  ar ound   the  gl ob e .     W i reless  sen sor  netw ork  is  one  of   the  a ppr oach   e nab li ng  aqu ac ultu re  en vir on m ental   m on it ori ng.  A  WSN  base d  on   Zig be e  in  a qu ac ult ur e   was   prese nted  by  Wen - Tsai   Sun g  &   J ui - Ho   C he n.   T he  syst em   is  network   su r veill ance  c om bin ed  with  m ob il e  dev ic e s  an d  a   rem ote  pl at f or m   to  colle ct   real - ti m e  far m   env ir on m ent  inf or m at ion .  The  real  tim e  d at a  m easur es  us in g  A/D  si gnal   processi ng  via  ZigBee   wireless  transf e r   to  the   te rm inal  serv er .  The  data  m es sages  are  a nal yt ic al l y  pr oces sed  an d  se nd   t o  the  cl ou d  dat abase  an d  displ ay ed   on a c om pu te r t erm inal [5 ] .    A  wate r  qual it y  m on it or in g  a nd   c ontr ol  syst e m   fo r  a quacu lt ur e  ba sed  on   wireless  se nsor  netw ork s   and   si ng le   c hi p  com pu te r  te chnolo gy  as  a  base  in  the   act ual  op e rat ion   was  co nd ucted  by  Da udi  S.    Si m beye  and   Sh i  Fe ng   Yang.   T he  Se ns or   nodes  c ollec te d  the  wate r  qu al it y  par am et ers  of   te m per at ur e ,  disso l ved  oxyg en,   pH  le vel  a nd  water   le vel   an d  tra ns m itte d  them   to  the  base  sta ti on  host  com pu te r  th r ou gh   ZigBee .  A  s hort  m essage  s ent  to  th e  ow ner   via  the   G lob al   Syst em   for  Mo bile  ( G SM)  m od ule  f or   t he  no ti ficat io n when m on it or e d v ariables t a ke  a no m al ou s  valu es [6] .    In   t he  m eanti m e,  B  O’Fly nn  a nd  co - w ork ers  had  de velo ped  a  water  m on it ori ng  syst e m   na m es  as   Sm art  Coast.  Sm art  Coast  i s  an  a ppli ed  R&D  P r oj ect ,   co - fun ded  by  the  I rish  Ma rine  I ns ti tute  a nd  EP A ,     wh ic h  aim s  to   dev el op  W S N  is  featur in g  Plug   an d  Play   senso r  platfor m s,  novel  sens or s  an d  lo w  pow e r   consum ption   com m un ic at ion .  T he  key  pa ram et ers  include d  te m per at ur e ,  ph osph at e,  diss olv e d  oxyge n,   cond uctivit y,  pH,  tur bid it y  and   water  le vel.  The  WSN  de plo y m ent  will   enab le   in - sit u  chem ic a l     and   ph ysi cal   m easur em ents  and   al lowe d  data  to  be  viewe d  in  re al   tim e  throu gh   the  inter ne t  by     rem ote u sers [ 7].    A  dyna m ic  a nd   sm art  wir el ess  m esh  sens or   netw ork s  wer e  desig ned   a nd  i m ple m ented  for   aqu ac ultu r e  an d  water  qu al it y  m anag em ent  a pp li cat io ns   by  Jo hn  Ad i nya  O dey  an d  Li  Da o  Lia ng.  T he  s yst e m   util iz ed  the W a sp m ote  e m bed ded  syst e m   platfor m   dev el op e d  by  Li belium ,   m esh  netw ork ing   tra ns cei ver  from   Digi  I nter national  a nd   Sm a rt  sens or s  fro m   UN IS M  t o  i m ple m ent   a   novel  sm art  W i reless  Me s h  sen sor   netw ork.   T he  s yst e m   was  design e d  to  c on ti nuously   m on it or  aqu a  e nv i ron m ental   par am e te rs  an d  then  i niti at ed  an  al ert  or   earl y  war ning  to  s yst e m   us er  w he n  a  certai n  th reshold  is  exce eded.  The  da ta   gen er at ed  is  store d  local l y  on   the  gateway  or  se nt  to  rem ote  web   se rver.  D at a  can  be  acc essed  wit h  sm art  m ob il e  phones  or  per s onal  co m pu te r [8 ] .   Be sides  that,  CDMA  se rv ic e  com bin ed  w it h  IP sec - base d  vi rtual  pri va te   networ k  ( V PN )  f un ct i on   al so   of te n  us e d  in  aq uac ultu re  m on it or in g  sys tem .  A  re m ote  wireless  w at er  qu al it y  m on it ori ng  syst em   wa s   dev el op e d  in  I ntensi ve  Fish  Cult ur e.  T he  r e m ote  m on it ori ng   syst em   us ed  CDMA  se r vice  com bin ed   with  VPN  f unct ion   to  co ns tr uct  a  wireless  se ns in g  net wor k  in  c ountry wide  sc al e.  The  resear ch  inte gr at ed  with  a   forecast in g  m od el   on  the  basi s  of  arti fici al   ne ur al   netw ork  (ANN)  to   pro vi de  real - ti m e  i nfor m at ion   an d  the   dynam ic al  trend   of   the  wate r   qu al it y  at  different  m on it or ing   sit es.  The  detect ed  data  can  be  colle ct ed  an d  analy zed  at   an y  tim e  via  inter net  a nd  the  sy stem   pr ovide d  early   warnin g  [9 ] .  I n  [ 10]   a  water  qual it y  dynam ic   m on it or ing   sys tem   based   on  Web - Se rv e r - E m bed ded   Tec hnol og y  f or  aq ua culture .  The  web   se r ver   em bedde d  chip  is  us e d  t o  ob ta in   wate r  qual it y  inf orm at ion   from   diff e re nt  sen s or s .  T he  c omm un ic at ion   m odule  is  com po sed  of   a   W i - Fi  m od ule   and   a  CDM A   m od ule  with  VPN  f un ct io n  for  est ablishi ng  wireless  l oca l  area   netw ork  a nd ac hieving  rem ote co m m un ic at ion s a nd  data tra ns m issi on .    More ov e r,   th e  us e  of   m i cro c ontrolle r  and   m ic ro pro cesso r  is  of te n  seen  in  aqu ac ultu re.     The  m easur em ent  syst e m   devel op e d  by  Jas m an  Bi n  Jaff a r   was  buil t  by  Mi cro co ntr oller  ATME L  AT 89S 52   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Wi rel ess water  qua li ty  mo nito ring syst em  for  h ig h de ns it y aquac ulture  appl ic ation   ( F.  A. Sap ar udi n )   509   with  pH  an d  t e m per at ure  se ns ors  t og et her  with  Li qu i d  Cr yst al   Disp la y  ( LCD)  an d  key pad  [ 11] .  A pa r t  fro m   that,  Sai  K risha   Vadda di  an d  co - w orker s   ha d  de velo pe d  a m ul ti ple  water  qu al it y  m easur e m ent  syst e m   us in g  a   diff e re nt  sens or  instr um ent,  e m bed de d  c on trolle r  a nd  wir el ess  com m un ic at ion   de vice   (X Be e - P ro).   A  P IC   18F45 20   m ic ro co ntr oller  wa s  interface d  with  the  m easur e m ent  un it   to  r ead  an d  valida te s  t he  m easur e m ent   and  st or e d  the  data in m e m or y. In  t he  m eant i m e, the  wireless netw ork pro tocol w a s d e ve lop e d  to m ai ntain the   har m on io us  c om m un ic at ion   be tween m easurem ent d evices   and rem ote stat ion   [ 12 ] .    A  no vel  ki nd   of  sm art  m on it or in g  syst em   fo r  aquacult ure  w ere  de velo pe d  by  H.L  Che n  &  X.Q.   Liu .   This  syst em   us ed  th e  Androi d  m ob il e  ph one  platf or m   and  GP R S  c ommun ic at io n  te c hnol og y  t o  ac hi eve  t he   rem ote  wireless  m on it or in g  on r eal   sig nifica nce.   The   m anag em ent  of  wat er q ualit y  pa ra m et ers  inclu de d  wate r  le vel, pH  le vel,  d issol ved   oxygen  a nd tem pe ratur e . A   16 - bit  m ic ro process or  MS P43 0f149  of TI  c om pan y w a s   adopted   on  acq uisit ion   pa rt,  12  high - preci sio n  AD  c onver te r  is  us e d  a nd  al so   PID  c ontrol   was   ad opte d  on  t he   con t ro l  par t.  T he  se ns or  c ollec te d  data  th r ough   t he  GP RS  m od ule  an d  se nt  to  the  rem ote  serv e r,   a nd  t hen   t he  serv e r  se nt  to  the  A ndr oid   m ob il e  phone.  I n  ad diti on,  the   pond  water  qual it y  par am eter s  can   be  re m ote ly  m on it or ed  t hro ugh  a  m ob il e phone  [ 13 ] .   Fr om   the  li te ratur e,  m os t  of   t he  pro pose d  m on it ori ng  syst e m   sti l l  lim i te d  by  it s  rather   c om plica te d   op e rati onal   re quirem ents  and  high  m ai ntenan ce  c os t.  T he  c ollec te d  se ns or   data  is  usual ly   store d  i n  ded i cat ed  serv e r  facil it y  that  require  co st.  By   ado ptin g  centrali ze d  sens or   cl us te r  topolo gy  as  show n  in   Fi gure  1,   it   is   po s sible  to  vas tl y  interco nn ec t  m ulti ple  senso r  nodes  with  on - sit e  low  c ost   serv er  t o  ha nd le   li ght  inter nal  or  web  traf fic.  Groupin g  a   set   of   m ic ro com pu te r  to  w ork  as   a  serv e r  is  c hiefl y  m uch   m or e  c os t - e ff ect ive  t ha n  a  norm al  ser ver .             Figure  1.  Ce ntr al iz ed  cl us te r  s ens or   node  to polo gy       3.   SY STE M AR CHI TE C HTU RE   Im pr ov i ng   t he  hard war e  a nd   so ft war e  as pec ts  from   the  pr evio us   w orks ,  the  pr opos e d  w at er  qual it y   m on it or ing  sys tem   con sist   of  quic kly  dep l oy able  an d  c os t - ef fecti ve  se nsor   no des  a nd  s erv e r  node .  Water   t m per at ur e se nsor  se nsor s ar e  u sed  i n  this  proj ect   on ly  as a  pro of - of - c once pt.  T he  syst em   al lows   var io us   oth e r  ty pes  of   sens ors  suc h  as  O xy gen ,  ORP ,  Sa li nity ,  and   m or e  to  be  easi ly   intercha nged  or  ad de d.   T he  s ens or  node  m on it or   a nd   m easur e  the   par am et er  in  real - tim eand   transm it  the  data  wirelessl y  to  a  serv e r  no de  via  W i - Fi  com m un ic ation .  Fig ur e  2  s hows  t he  net w ork  ov e rv ie w  of   t he  pr opos e d  wate r  qual it y  m on it or in g  s yst e m .  Mult iple  sens or  node s  sh a re  their  se ns or  data  to  a  serv e r/se ns or  nod e  hy bri d.   The  hybri d  node  is  a  ser ve r  that   can  c ollec t  it s  own  sens or  da ta   w hile  colle c ti ng   data  from   ot her  sens or  nodes .  T his  ca n  reduce   the  c os t  of  hav i ng d e dicat ed faci li ti es f or d at aba se a nd  web ser ve r.   The n,   us e r  W i fi  ena bled   de vi ces/ equ ipm ent  inclu di ng  sm artp hones,  la pt op  an d  PC  ca n  ce ntrall y  acce ss  the  dat a  from   the  se rv e r  node  via   we b  se rv ic e  pro vid e d  by  the  se rv e r  node .  N ote  that  i n  this   arch it ect ure,  s ens or   node   ca n  al s o  be  pro gram m ed  to  work  sim ultaneousl y  as  ser ver  node .  T he refor e ,  thi s   syst e m  d oes n ot  r eq uire  t o ha ve  a d e dicat ed  device  to a ct  as  serv e r n or  e xte rn al  se r ver       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   2 ,  Fe bru ary 2 019   :   5 0 7   –   5 1 3   510       Figure  2.   Net w ork o verview  of the  prop os e d wirele ss  water  qu al it y m on it or in g  syst em       3.1.    Sens or  Node   Sensor   no des   is  basical ly   consi sts  of  va rio us   se nsors  wh ic h  us e  to   detect   the  predeterm ined   par am et ers  that i nd ic at es the w at er quali ty . Th ere a re v irt ua ll y  lim it le ss n o  of sen s ors th at  can  be  integ rated in  a  sin gle  se nsor   node .  As   a  proof  of  c on ce pt,   te m p eratur e  s ens or   is   use d  in  t his  syst em .  DS18 B 20  te m per at ure   sens or   is  inte rf ace d  with  a   m ic ro com pu te r  (i.e.  Ra s pberr y  Pi)  th rou gh   t he  GPIO   pin s  to  detect   the   tem per at ur e .  T he  wate r  qual it y  par am et er  are  store d  in  a  M ySQL  data base   and   it   is  trans f err e d  to  se rv e r  node  base d  on  the  S SH   key - ba sed  authe ntica ti on .   SSH   or   sec ur e   sh el l  is  an  enc rypted  protoc ol   us ed  to  a dm i niste r   and   c omm un ic at e  with  ser ve rs.   S SH   keys  pro vid e  a n  eas y,  ye t  extrem e ly   secur e  way   of   tra nsfer rin g  the  database  int o  the  ser ver   no de s.  Ap a rt  from   t hat,  the  tem perat ur e  sens or  use d  in  the  syst em   is   a  pr e - wi re d  an d   water proofe d  ver si on  of  the  DS18 B 20  sen s or.  T he  se ns or   is  good  up  to   125°C   but  the   cable  is  ja cke te d  in   PV C  s o  the  s uggeste d  te m p eratur e   is  unde r  10 0° C.  T he   tem per at ur e  s ens or   a re  di gi ta l,  they   can  preve nt   sign al   de gr a da ti on   e ven  ove r   long  distance s.  T hese  1 - wir e  dig it al   te m per at ur e   se ns or s  are  fairly   pr eci se   (±0. 5° C  over  m uch   of   the  ra ng e )  an d  can  gi ve  up   t o  12  bi ts  of   preci sio n  from   the  onbo ar d  dig it al - to - a nalo g  conve rter.  Fig ure  3  s h ows t he har dware a nd t he  ci rc uit o f  t he  sen s or  node r especti vely .            Figure  3.   Ha rdwar e   of se nsor   node       3.2.    Ser ver  N od e   In   te rm s  of   ha r dw a re,  Ser ver  Node  is  c om plete ly   identic al   with  se nsor  no des.   The  key  di ff ere nce  is   that  server  node   basical ly   pro vid es  se r vices  for  s har in g  dat a  or   res ources  to  oth e r  pro gr a m   or   d e vices  i n  the  netw ork.   T he  s erv e r  no de  is  de sign e d  to  c ollec t  the  water  qual it y  data  or   i nfor m at ion   fro m   al l  senso r  no des  in   the  netw ork  a nd   delive r  to  the  us e r  as  re quest ed .  Ser ve  node  s to re d  th e  inform at ion   trans ferred  fro m   the  sens or   nodes  i n  a  local   My SQ L  data base,  process  a nd   t r ansm it   the  data  to  a  we b  ser ver   us in g  the  LAM P   (Lin ux,  Ap ac he ,  My SQ L,   an d  P HP /Py th on)  sta ck  a nd  W ordPress  a pp li cat ion .  T he  use r  can   visit   th e  we b  serv e r  by  us i ng  any  we b  bro w ser.   T he  c omm un ic at io n  betw een  the u se r  a nd  ser ve r  node  t akes p la ce  us i ng  the  Hype rtext  Tr a ns fe r  P ro t oco l  (H T TP).  Fig ur e  4  s hows  the  basic  operati on  of  se nsor/ser ver   node .  Th e  syst e m   sta rts  wh e n  the   power   if  tu r ne d  on.  T he  pro gram   wr it e  in  P yt ho n  or   P HP   giv e  the  in struc ti on   to  the  se nsors  i n  order   to  m easur e  the  par am eter .  The n  the  in form ation   of  the  param et er  s tore d  in  a  local   My SQ L  datab ase  of  sens or  no des.   The n  the   data  t ran s fer  to  t he  l ocal  My SQ L   da ta base  of  ser ve r  node  a nd  th e  data  will   fetc hed  t o  a w e b  se rv e r  a nd it  can be  ac cessed  via a ny  web br ow se r.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Wi rel ess water  qua li ty  mo nito ring syst em  for  h ig h de ns it y aquac ulture  appl ic ation   ( F.  A. Sap ar udi n )   511       Figure  4.   Flo w char t  of s of twa re  program m ing   op e rati on       4.   PRO OF - OF  CONCEPT  RE SU LT S   The  pro pose d  wireless  m on it or in g  syst e m   desig ned   a  si m ple   and   cl ean  we b - base d  interface  t o  disp la y  the  data  colle ct ed  by  m ul ti ple  sensor  no des.   T he  m easur ed  val ue s  are  dis play ed  in  acc orda nc e  with   the  set ti ng s,  a nd  the  c on te nt  can  be  viewe d  f ro m   us er  eq ui pm ent  su ch  as   la pto ps   or  sm art  phones.  Fig ur e  5  sh ows   the  we bsi te   interface  f or  the  m art  ph on e s  re sp ect i ve ly .  The  sam pling   ti m e  interv al   are  set   t o  1  m inu te s,  therefo re  tem per at ur e  se nsor  m easur ed  t he  water  qual it y  ever y  one  m inu te   and   sto red   t he  data  into  t he   local   database . T he n, the  data is t ra ns fe rr e d  t o  the   serv e r n od e  au t om atical ly .          (a)     (b)     Figure  5.   W e b - base d  inter face  on a sm artph one s howi ng ( a ) Welcom e p age  and  (b)  Se nsor  nod e  selec ti on       Ther e   are   tw o  sens or   no des  de plo ye d  as  a   pro of  of  c oncep t  and  te sti ng  w it h  a  sm al l  fish  ponds   f or   their  us abili ty .  Sensor   no de  1  is  te ste d  with   a   red  ti la pia  po nd  w hile  sen sor  no de  2  is  te st ed  with  a  sm all  fish  pond.  B oth  of  the  se ns or  node   trans ferre d  th e  data  t o  the   se rv e r  node  base d  on  SS H  key - base d  a uth e ntica ti on   and  m ysqldu m p  f unct io n.   M ysqld um p  func ti on   is  us e d  to   co py  the  data base  in   se ns or  node  t o  s e rv e r   node ,  wh il e  SSH  ke y - base d  a uth e ntica ti on   is   use d  t o  rem ote  acce ss  to   an ot her  m ic ro com pu te r  a uto m at i cal ly  without  key  i n  a ny  passwo r d.   Fig ur e   6  s hows   the   dis pla ys  for  se nsor   node  1  an d  2.  N otice   at   6.2 6p m ,     Sensor  1  s ho ws  the   te m per at ur e  at   30°C   an d  S e nsor  2  s hows  30. 1°C .  T his  sho ws  bo t h  se nso r  w orks  si m ultaneou sly  to  se ns e t wo s epar at e  water  e nv i ronm ent.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   2 ,  Fe bru ary 2 019   :   5 0 7   –   5 1 3   512     (a)       (b)     Figure  6.   Re al - tim e d at a from   (a)   Senso r  node  1   a nd  (b)  Se nsor   no de 2 sim ultaneo us ly   ac cessed  via  W i F i       The  data  is  then  can  be  m ade  p ubli c  to  the  wo rl d  by  us in g  I nter net  of   Thi ngs  (IoT )  platf orm   su ch  as   Things peak,  C arr iot  a nd  Fa vori ot.  Si nce  th is  m on it or i ng  syst e m   hav e  a lready  local   da ta base  ca pab i li ty ,   pu s hi ng   t he  da ta   to  the  cl oud  netw ork  is  fai rly   easy .  For  instance ,  the  da ta   fr om   s erv e r  node  is  pu s h  t o  the   Things peak ch ann el  a nd  visua li zed as  s how n  in  Fig ure  7.           Figure  7.   Thi ngspe ak  d at a  vis ualiz at ion   us in g  the  d at a  pro vi ded   by  water  qu al it y m on it or in g  syst em       5.   CONCL US S I ON   In  this  pa per,  we  pr es ente d  t he  desig n  an d  i m ple m entat ion   of  a   real - ti m e  wireless  m on it or i ng  syst em   for  the  us e  in  high  de ns it y  aqu ac ultu re.  T he   syst e m   is  des ign e d  to  prov i de  co ntin uous l y  m on it or in g  of  wate r   qu al it y  par am et er  in  m ult iple  ta nk s  at   the  sa m e  tim e.  The  da ta   gen e rated  by   m ulti ple  senso r  nodes  a re  se nt  to  the  hybr i d  no de  for  stora ge   and   proces sing   the n  sh a re d  to  m ulti ple  us er  via  s m artpho nes  an d  la ptops.     The  syst em   is   cost  ef fecti ve ,  easi ly   dep lo ya ble  an d  us e r  f rien dly  co m par ed  with  t rad it io nal  m on it or in g  m et ho ds   us e d  in  aq uac ultur e.   The  key  desi gn  feat ur es  i n  t his  syst em   is  t he  scal abili ty   wh e re  the  num ber   of   nodes  can  be  easi ly   increase d  in  a  cl us te r  top ol og y  beca use   the  syst e m   is   design e d  to  m anag e  a nd   tra nsport  data ef fici ently .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Wi rel ess water  qua li ty  mo nito ring syst em  for  h ig h de ns it y aquac ulture  appl ic ation   ( F.  A. Sap ar udi n )   513   ACKN OWLE DGE M ENTS   This  wor k  wa s  sup ported   by   Mi nistry  of   Highe r  E duc at ion   (MO HE ) ,  Fac ulty   of  En gin eeri ng  Tech no l og y,  O ff ic e  f or  Re sea rch,  I nnovat io n,   C omm ercializa ti on   an d  C onsu lt a ncy  Ma na gem ent  (O RI CC ),   Un i ver sit i  Tu n  Hu ss ei n  O nn   Ma la ysi a  (U THM)  unde r  Shor t  Term   Gr ant   ( V ote  N o:   U655).   T he  syst e m   pr ese nted  in  t hi s p a per  is  r e gistered  i ntell ect ual pr op e rty  ( P I20 167042 39) .       REFERE NCE S    [1]   “ DRF T  CWP Ha ndbook  on  Aqu ac ul ture   St at ist ics , ”  vol .   3 ,   no .   O c tobe r  2012 ,   pp .   1 – 46,   2013 .   [2]   T.   St at e   and   W .   Fis her ie s,  “ Th e S ta te of   W orld  F isheri es  and  Aqu ac ul ture   2014 , ”   2014.   [3]   Colt ,   John.  "W ater  qua li t y   req u ir ements  for  r euse   s y st ems . " Aquac ult ur al   Engi n eering  34. 3   (2006):   143 - 156.   [4]   Zha ng,   Shi - Yan g,   et   al.  "A n  int egr a te d  re ci rc ula ti ng  aqua cu lture  s y stem  (RAS )  for  la nd - base d  fi sh  far m ing:    The   eff e ct s on   wate r   qualit y   and   f ish pr oduction. "  aqua cu lt ura l Eng ine er ing  45 . 3  (2 011):  93 - 102.   [5]   W .   Sung,  J.   Ch en,   and  H .   W an g,   “ Remote  f ish  aquacul tur e  m o nit oring   s y st em  base d  on  wi rele ss   tra ns m ission   te chno log y , ”   no.   57,   2014.   [6]   D.  S.  Sim bey e  and  S.  F.  Yang,   “ W at er  qual ity   m onit oring  and  cont rol  for  aquacul tur e  base d  on  wire le ss   sensor   net works , ”   J. Networks ,   vol .   9 ,   n o.   4 ,   pp .   840 – 84 9,   2014 .   [7]   F.  Rega n ,   A.  La wler ,   and  A .   McCar th y ,   S mar tCoast  Proje ct -   Smar t  Wa te r  Quality  Mo nit oring  Syst em ,    no.   30 .   2009 .   [8]   A.  J.  Ode y ,   “ AquaMesh  -   Design  and  Im ple m ent at ion  of  Sm art   W ire le ss   Mesh  Sensor  Networks  for  Aquac ult ur e,”   Am.   J .   N et works  Comm un. ,   vol .   2 ,   no .   3 ,   p .   81 ,   20 13.   [9]   X.  Zhu,   D.  L i,   D .   He,   J.  W ang,   D .   Ma,   and  F.  Li,  “ A  remote  wire le ss   sy st em  for  wate r  qu al i t y   online  m onit oring  in   int ensive fi sh  cu lt ure , ”   Comput.   El e ct ron.   Agric. ,   vol. 71, no. SUP PL.   1,   2010.   [10]   D.  He,   D.  Li ,   J.  Bao,   H.  Juanxiu,   and  S.  Lu,   “A  wate r - qual i t y   d y nami c  m onit oring  s y stem  base d  on  web - serve r - embedde d  tech nolog y   for  aqu ac ul ture , ”  IF IP   Adv .   Inf.  Co mm un.   Technol . ,   vol.  346  AICT,   no.   PA RT  3,     pp.   725 – 731 ,   20 11.   [11]   Jasm an  Bin  Jaff ar,   “ Deve lopme nt  of a  W ater Te m per at ure   And p H Mea surem ent   s y stem for  Fis h  Ponds , ”  2009.   [12]   S.  S.  S.  ,   P.   K.  Sai  Krishn a  Vadda di,   “ De vel opm ent   of  E m bedde d  W ire le ss   Network  and  W at er  Qualit y   Mea surem ent   S ystems   for  Aquac ult ure , ”   pp.   637 – 641,   2012 .   [13]   H.  L.   Ch en  an d  X.  Q.  L iu,   “ A  Novel  Kind  of  Sm art   Monitori ng  S y s tem   of  Aquac ulture, ”   no.   I cecee ,     pp.   369 – 372 ,   20 15.       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS          Faiz   As raf   Sapar udin  r ecei ved  h is  B ac he lor  B. Sc .   in  E le c trica l  Engi n ee r ing  (Te l ec om m unic a ti on)  with  First   Cla ss   Honours   from   Univer siti   T eknol ogi  Ma lay s ia   in  2010   and  rec e ive d  W AM Y  Aca demic   Ex ce l le nc e  Aw ard   in  th e  sam e   yea r.  Ph.D.   degr ee   in  E lectr i ca l   Engi ne eri ng  (T el e comm unic at i on)  from   the   Univer siti   T ekn ologi   Malay si a   in  2015.   He  is   cur ren t l y   a  Fac ulty   M ember  in  Fakult i  Te kno l ogi  Kejur ute r aan,  Univer siti   Tu n  Hus sein  Onn   Malay s ia.  Mem ber   of   Insti tue  of  Elec tr ic a l  and  Elec t ronic  Engi ne ers  (IE EE )  and   IEEE   Com m unic at ion  Socie t y   (Com Soc).   His  cur ren t  rese a rch   in te rests  include  rad io  resourc e   m ana gement,   d i stribut ed  al gori t hm s,  nat ure - ins pire d  t ec hn ique s ,   m ult i age nt   s y s te m   and  game  the ore ti c   appr o a ch  for   next - g enerat ion   m obil e   ne twork.           Ta n  Chi a  Ch ee  recei ved   B.   E ng  Tech  in   Ele cro nic  (Com pute r  and   Com m u nic a ti on)  from   Univer siti   Tun  Hus sein  Onn  Malay si a  on   2017.   Her  r ese ar ch  in t ere sts  in cl ude   c l oud  computing,  IoT  and   Com pute r  Networks.           Huda  A  Maji d  rec e ive d  the   B  E ng.   degr e e  in  Elec tr ic a l  Engi n eering  (Te l ec om m unic a ti on)  from  Univer siti   T ekno logi   Malay si a,   in   2007.   He  the n  obta in ed  his M. Eng  in  2010  and  P hD de gre es  in  El e ct ri ca l   Engi n ee ring in  2013,   a t  Univer sit i  Te k nologi   Mal a y s ia .   He  i s c urre n tly   a  lectur er  in  t h e   Depa rtment  of   El e ct ri ca l  En gine er ing  Tech nolog y ,   Facu lty  of  Engi ne eri n g  Te chno log y ,   Univer siti   Tun  Hus sein  Onn  Malay si a.   His  r es ea rch   intere st   in cl udes  the   areas  of  design   of  m ic rostrip  ante nnas,   sm al l  a nte nnas,   R ec on figura bl e   anten nas,   m et amat er ia ls  struc ture,  m et al a te ri al   antenna s  and   m il lim et er  wave   an t enna s.  He   has  publi shed  ov er  90  art i cles  in   journa ls  and con fer ence  p ape rs.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.