mempertimbangkan kelayakan LoRa sebagai infrastruktur jaringan komunikasi. Pada lokasi di mana gateway akan

## Kelayakan LoRa Untuk Jaringan Komunikasi Sistem Pengelolaan Air di Politeknik Negeri Samarinda
Prihadi Murdiyat 1 , Sunu Pradana 2 , Abdul Hamid Kurniawan 3 1,2,3 Teknik Elektro, Politeknik Negeri Samarinda Jln. Dr. Ciptomangunkusumo, Samarinda 75131, INDONESIA
Abstract -  A  water  management  system  is  being  developed  in Politeknik  Negeri  Samarinda  (Polnes).  The  system  consists  of  a number  of  sensor  node  (SN)  that  is  always  connected  to  a gateway/sink.  Communication  network  between  SNs  and gateway is considered to utilize radio technology. As the campus area  reaches  10  hectare,  long  range  (LoRa)  radio  technology might  be  the  candidate.  Eventhough  LoRa,  in  its  specification, could  cover  the  distance  of  around  15  km  in  line  of  sight condition,  Polnes  campus  that  has  hilly  terrain  with  several storey buildings may reduce the coverage of LoRa. Hence, in this research,  the  received  signal  strength  (RSSI)  was  measured  to find  the  possibility  of  LoRa  being  the  communication  network infrastructure.  At  the  location  where  the  gateway  would  be installed,  a  433  Mhz  LoRa  transmitter  was  operated  to continuously send data packets. A LoRa receiver was brought to every  future  SN  locations  to  measure  the  RSSI.  The measurement  by  the  receiver  that  was  equipped  with  a  rubber duck antenna (3 dBi gain) showed that the RSSI is between  -107 dB to -85 dB for the distance of up to 165 meter. Meanwhile, by the  use  of  a  Yagi  antenna  with  the  gain  of  7.37  dBi,  the  RSSI value is between -100 dB to -80 dB. All of those results verify that LoRa is capable for the communication infrastructure of  Polnes water management system.
Intisari -  Sebuah  sistem  pengelolaan  air  sedang  dibangun  di Kampus  Politeknik  Negeri  Samarinda  (Polnes).  Sistem  terdiri dari  beberapa sensor  and  actuator  node (SAN)  yang  terdapat  di berbagai  tempat  dalam  kampus,  yang  senantiasa  terhubung secara  nirkabel  ( wireless )  dengan gateway/sink .  Jaringan komunikasi  antara  SAN  dan gateway dipertimbangkan menggunakan  radio.  Dengan  luas  kampus  yang  mencapai  10 hektar,  salah  satu  teknologi  yang  dapat  digunakan  adalah long range (LoRa).  Walaupun  dalam  spesifikasi  teknisnya  LoRa mampu mencapai jarak hingga 15 km dalam kondisi line of sight (LOS),  kampus  Polnes  yang  berbukit-bukit  dan  mempunyai gedung-gedung  bertingkat  sangat  mungkin  dapat  mengurangi jarak  jangkaunya.  Karena  itu,  pada  penelitian  ini  dilakukan pengukuran received  signal  strength  indication (RSSI)  untuk
menetahui  kemungkinan  LoRa  sebagai  infrastruktur  komunikasi. Pada  lokasi  di  mana gateway akan  dipasang,  sebuah  pemancar LoRa  yang  bekerja  pada  frekuensi  433  MHz  dioperasikan  untuk mengirim paket data secara terus-menerus. Sebuah penerima LoRa yang  digunakan  untuk  mengukur  RSSI,  dibawa  ke  tempat-tempat di  mana  SAN  akan  dipasang.  Hasil  pengukuran  dengan  penerima menggunakan  antenna rubber  duck dengan gain 3  dBi membuktikan  bahwa  pada  penerimaan  RSSI  berkisar  antara  -107 dB hingga -88 dB untuk jarak hingga
165  meter.  Sementara  penggunaan  antenna  Yagi  dengan penguatan 7.37 dBi menghasilkan RSSI antara  -100 dB hingga  - 80 dB. Seluruh hasi tersebut membuktikan bahwa LoRa mampu digunakan sebagai infra struktur komunikasi sistem pengelolaan air di Polnes.
Kata Kunci -  pengelolaan air, LoRa, pengukuran, RSSI.

## I. P ENDAHULUAN
Untuk  memenuhi  kebutuhan  air  di  kampus  Politeknik Negeri  Samarinda  (Polnes),  sebagian  besar  pasokan  air diperoleh  dari  PDAM,  sementara  dari  sumur  bawah  tanah hanya digunakan untuk  masjid kampus. Terdapat dua saluran masukan/intake  yang  masing-masing  dialirkan  ke  bak penampungan yang berbeda. Karena kedua bak penampungan tersebut  berada  pada  posisi  yang  rendah,  maka  air  dari  bak- bak penampungan tersebut dipompa secara regular ke tangki- tangki yang terdapat di tiap gedung.
Masalahnya,  lahan  di  kampus  Polnes  berbukit-bukit, sehingga ketinggian tangki di tiap gedung berbeda. Akibatnya ketika  air  dipompa  selama  periode  tertentu  untuk  mengisi tangki-tangki  yang  berada  pada  jaringan  tertentu,  beberapa tangki akan penuh dan airnya terus meluber, sementara tangka di  tempat  yang  lebih  tinggi  belum  terisi  sepenuhnya.  Untuk mengatasi  melubernya  air,  sebenarnya  pernah  dipasang  kran apung, tetapi usianya tidak cukup panjang karena tekanan air yang mengalir pada pompa cukup tinggi.
Selain itu, karena pengamatan volume tangki dilakukan
1 Dosen, Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Samarinda, Jl. Dr. Ciptomangunkusumo, Samarinda 75131 INDONESIA (tlp: 0541-260588, fax: 0541-260355; e-mail: pmurdiyat@polnes.ac.id)
2 Dosen, Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Samarinda,  Jl. Dr. Ciptomangunkusumo, Samarinda 75131 INDONESIA (tlp: 0541-260588, fax: 0541-260355; e-mail: sunupradana@polnes. ac.id)
3 Dosen,  Jurusan  Teknik  Elektro  Politeknik  Negeri  Samarinda, Jl.  Dr.  Ciptomangunkusumo, Samarinda 75131  INDONESIA  (tlp: 0541-260588, fax: 0541-260355; e-mail: abdulhamid kurniawan@polnes.ac.id)
secara manual oleh satu operator, tinggi muka air saat itu sulit untuk  diketahui.  Pekerjaan  mengamati  isi  tangki  tampaknya juga  dirasa  terlalu  merepotkan,  sehingga  tiap  hari  pompa diaktifkan  hanya  dalam  kurun  waktu  yang  dianggap  sudah mencukupi.  Maka  melubernya  air  di  satu  tangki  dan kurangnya volume air di tangki lain makin sering terjadi.
Untuk  memperbaiki  mekanisme  pengelolaan  air  agar menjadi  lebih  baik,  di  mana  seluruh  tangki  dapat  terisi  tanpa ada  air  terbuang,  di  Polnes  akan  dirancang  bangun  sistem pengelolaan air yang dapat diamati dan dikontrol secara

## JTE UNIBA, Vol. 6, No. 1, Oktober 2021
terpusat.  Dengan  adanya  system  ini  juga  akan  dapat  diukur penggunaan  air  di  tiap  tangki.  Sistem  yang  dibangun merupakan  sebuah  jaringan  sensor  nirkabel  ( Wireless  Sensor Network /WSN)  [1]  yang  konfigurasinya  ditunjukkan  dalam Gambar. 1.
Gambar. 1 Konfigurasi jaringan sensor nirkabel yang digunakan untuk system pengelolaan air di Polnes.
Sebagaimana  ditampilkan  dalam  Gambar.  1, sensor  and actuator  node (SAN)  yang  diletakkan  di  dekat  tangki  akan mengukur  ketinggian  air  dan  volume  konsumsinya.  Kedua data  tersebut  akan  dikirim  ke  sebuah gateway yang  akan melanjutkannya ( forward ) ke sebuah komputer server melalui jaringan  internet  dalam  kampus.  Operator  yang  mendapat otoritas  akan  mempunyai  akses  untuk  dapat  membaca  data pada  server.  Melalui  server  pula,  operator  yang  mendapat otoritas  juga  dapat  menutup/membuka valve pada  masukan tangki,  mematikan/  menghidupkan  pompa.  Jika  operator mengatur  setting valve agar  bekerja  secara  otomatis,  maka program  dapat  disetting  agar valve terbuka/tetutup  berdasar ketinggian air di tangki.
Untuk  kemudahan  instalasi,  komunikasi  antara  SN  dengan gateway dilakukan  melalui  teknologi  radio.  Selain  itu,  biaya instalasi  juga  akan  lebih  rendah  dibanding  menggunakan kabel.  Mengingat  luas  kampus  Polnes  yang  mencapai  10 hektar,  dan  jarak  gedung  yang  mencapai  hingga  500  meter, salah  satu  teknologi  radio  yang  murah  dan  dapat  mencapai jarak tersebut adalah long range (LoRa) [2].
LoRa  merupakan  salah  satu  kandidat  kuat  untuk teknologi komunikasi nirkabel yang digunakan dalam Internet of Things (IoT) [3]. Menurut spesifikasinya [2], LoRa mampu mencapai jarak  hingga  5  km  di  area suburb dan  15  km  di  area rural . Tetapi  secara  teoritis  LoRa  mencapai  jarak  921  km  [4]. Ternyata  hal  tersebut  dapat  dibuktikan  di  [5],  di  mana  rekor jarak  terjauh  telah  mencapai  832  km  yang  diperoleh  ketika pemancar  LoRa  dibawa  oleh  balon  udara  pada  ketinggian  83 km.
Akan  tetapi  semua  hasil  tersebut  diperoleh  dalam  kondisi Line  of  Sight (LoS),  di  mana  antara  antena  pemancar  dan penerima  tidak  terdapat  penghalang.  Pada  kenyataannya, kampus Polnes mempunyai kontur yang beragam, banyak
pohon-pohon tinggi, dan bangunan bertingkat. Maka, berbagai fenomena  perambatan  gelombang  radio  seperti  refleksi, transmisi, difraksi, difusi, dan guiding [6] dapat terjadi ketika sinyal radio dari pemancar merambat ke penerima. Akibatnya jarak jangkau LoRa akan menurun.
Untuk  menilai  apakah  LoRa  dapat  diandalkan  untuk menjadi infrastruktur jaringan komunikasi sistem pengelolaan air  di  Polnes,  penelitian  ini  mengukur  parameter received signal strength indication (RSSI).

## II. M ETODE P ENELITIAN
Untuk  mengukur RSSI, sebuah pemancar  LoRa diletakkan di  Laboratorium  Jurusan  Teknik  Elektro,  di  mana gateway akan  dipasang.  Ketika  dilakukan  pengukuran,  pemancar dioperasikan untuk mengirim paket data secara periodik.
Paket  dibangkitkan  oleh  sebuah  Arduino  Nano,  yang kemudian  mengirim  data  digital  ke  pemancar  LoRa  Semtech SX1278  yang  bekerja  pada  frekuensi  433  Mhz.  Setting  daya pemancar menggunakan nilai default sebesar 17 dBm. Antena yang digunakan adalah slim jim yang mempunyai gain sebesar 6  dBi.  Rangkaian  Arduino  Nano,  pemancar  LoRa  dan antenanya  ditunjukkan  dalam  Gambar.  2,  sedang  hasil pemasangannya  ditunjukkan  dalam  Gambar.  3.  Antena terpasang setinggi 5 m di atas tanah. Sementara itu, rangkaian penerima  terdiri  dari  sebuah  Arduino  Uno,  penerima  LoRa Dragino  433  MHz,  dan liquid  crystal  display (LCD)  20x4. Agar  bisa  dibawa  ke  mana-mana  ( mobile ),  suplai  rangkaian berupa  sebuah  baterai  9  V.  Bagian  dalam  dan  tampilan  luar dari penerima ditunjukkan dalam Gambar. 4.
Gambar. 2 Rangkaian Arduino Nano, pemancar LoRa, dan antenna sebelum dipasang.
Gambar. 3 Hasil pemasangan unit pemancar dan antenna pada tiang
Gambar. 4 Bagian dalam dan tampilan luar bagian penerima
Untuk bagian penerima, dua  jenis antenna  yang digunakan adalah rubber  duck dan  Yagi  3  elemen,  yang  berturut-turut mempunyai  gain  sebesar  3  dBi  dan  7,37  dBi.  Bentuk  kedua antenna ditunjukkan dalam Gambar. 5.
Gambar. 5 Antena rubber duck dan Yagi 3 elemen yang akan dipasang pada bagian penerima.
Pengukuran  nilai  RSSI  dilakukan  di  tujuh  lokasi  tangki, yaitu:  tangki  dekat  tower  antenna  radio  FM  (No.  1),  gedung Jurusan  Teknologi  Informasi/TI  lokasi  1  (No.  2),  gedung  TI lokasi  2  (No.  3),  gedung  Jurusan  Desain  Produk/DP  (No.  4), gedung  Jurusan  Pariwisata  (No.  5),  kantor  Satuan  Pengawas Internal/SPI  (No.  6),  dan  Tandon  Utama  lokasi  2  (No.  7). Tinggi antena penerima saat dilakukan pengukuran adalah dua meter di atas tanah.
Letak  tiap-tiap  lokasi  tersebut  di  atas  ditunjukkan  dalam peta  pada  Gambar.  6.  Di  antara  seluruh  lokasi  pengukuran, yang  mempunyai  jarak  terpendek  dari  pemancar  adalah Tandon  Utama  (No.  7)  yang  mempunyai  jarak  sekitar  90  m. Akan tetapi, antara pemancar dengan Tandon Utama terdapat dua  gedung  yang  menghalangi.  Sementara  itu,  lokasi  dengan jarak paling jauh dari gateway adalah kantor SPI (No. 6) yang mempunyai  jarak  sekitar 165  m. Di antara keduanya terdapat kurang lebih lima bangunan dan beberapa pohon tinggi. Selain itu  kontur  tanah  di  antara  keduanya  cukup  tinggi,  sehingga walaupun  tidak  ada  gedung  sekalipun,  sulit  untuk  mendapat kondisi  line  of  sight  (LoS),  kecuali  dengan  menggunakan tiang antenna yang cukup tinggi.
Gambar. 6 Lokasi pemancar dan titik-titik pengukuran dalam kampus
Polnes

## III. H ASIL DAN D ISKUSI
Dari hasil pengukuran RSSI yang dilakukan masing-masing tiga  kali  untuk  antenna rubber  duck dan  tiga  kali  untuk antenna  Yagi  di  tujuh  lokasi,  diperoleh  rata-rata  nilai  RSSI seperti ditampilkan dalam Tabel I.
T ABEL I H ASIL P ENGUKURAN RSSI DI T IAP L OKASI No Lokasi Jarak (m) RSSI (dB) Rubber duck Yagi 1 Tower antenna pemancar FM 115 -94 -80
2 Gedung TI lokasi 1 160 -99 -93 3 Gedung TI lokasi 2 151 -102 -95 4 Gedung DP 107 -85 -82 5 Gedung Pariwisata 96 -88 -84 6 Kantor SPI 165 -107 -100 7 Tandon utama 90 -92 -77
Tampak bahwa nilai RSSI terbesar adalah sebesar -107 dB. Dibandingkan dengan nilai minimum RSSI yang dapat
JTE UNIBA, Vol. 6, No. 1, Oktober 2021
diterima  oleh  Dragino  sebesar  -148  dB  [7],  nilai-nilai  RSSI hasil pengukuran dalam Tabel I tersebut masih berada jauh di atas.  Sehingga  dapat  dinyatakan  bahwa  LoRa  layak  untuk digunakan  sebagai  infrastruktur  jaringan  komunikasi  sistem pengelolaan air di Polnes.
Temuan  lain  menunjukkan  bahwa  nilai  RSSI  yang dihasilkan  oleh  penerima  dengan  menggunakan  antenna  Yagi selalu  lebih  besar  daripada  yang  dihasilkan  oleh  antenna rubber  duck .  Hasil  ini  sudah  tepat  karena  penguatan/ gain antenna  Yagi  memang  lebih  besar.  Akan  tetapi,  karena antenna Yagi  mempunyai  pola radiasi uni  direction maka ada kemungkinan  bahwa  nilai  RSSI  yang  dihasilkankannya  bisa lebih kecil daripada yang dihasilkan oleh antenna rubber duck , jika  arah  antenna  tidak  tepat.  Namun  hasil  pada  Tabel  1 membuktikan bahwa arah antenna Yagi sudah sesuai.
Lebih  jauh,  hasil  pada  Tabel  I  juga  membuktikan  bahwa jarak  yang  pendek  antara  penerima  dengan  pemancar  tidak selalu  menghasilkan  nilai  RSSI  yang  lebih  besar.  Sebagai contoh, dengan menggunakan antenna rubber duck, nilai RSSI pada Tandon Utama yang hanya berjarak 90 m adalah sebesar -92  dB,  jauh  lebih  kecil  dibanding  dengan  hasil    yang diperoleh  di  Gedung  DP  dan  Pariwisata  yang  berturut-turut hanya  sebesar  -85  dB  dan  -88  dB.  Padahal  jarak  keduanya terhadap  pemancar  adalah  lebih  jauh  dibanding  jarak  antara Tandon  Utama  dengan  pemancar.  Hal  ini  beralasan  karena seperti disampaikan dalam Bab III, pemancar dan penerima di lokasi kantor SPI terhalang oleh dataran tinggi, beberapa buah gedung,  serta  pohon-pohon  tinggi.  Beruntung,  nilai  RSSI tersebut  bisa  ditingkatkan  dengan  cara  menggunakan  antenna Yagi.  Sehingga  nilai  RSSI  yang  diperoleh  menjadi  -77  dB, paling tinggi dibanding RSSI  yang diperoleh  lokasi  lain  yang lebih  jauh.  Ini  menunjukkan  bahwa  arah  antenna  Yagi  untuk menerima  sinyal  terkuat  yang  datang  dalam  bentuk  pantulan, difraksi, atau sejenisnya, sudah tepat.

## IV. K ESIMPULAN
Dari  hasil  pengukuran  dan  pembahasan  dalam  Bab  III terbukti  bahwa  LoRa  dapat  digunakan  sebagai  infrastruktur jaringan komunikasi untuk sistem pengelolaan air di Poiteknik Negeri  Samarinda.  Juga  diperoleh  bahwa  nilai  RSSI  yang diperoleh  dari  penerima  yang  menggunakan  antena  Yagi adalah  lebih  tinggi  dibanding  RSSI  yang  diperoleh  penerima dengan  menggunakan  antena rubber  duck .  Selain  itu,  juga telah dibuktikan nilai RSSI tidak hanya dipengaruhi oleh jarak, tetapi  juga  oleh  kontur  tanah  di  Polnes  yang  berbukit-bukit, serta  gedung  dan  pohon  tinggi  yang  terletak  di  antara pemancar dan penerima

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Pusat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat (P3M) Politeknik Negeri Samarinda  yang  telah  memberikan  dana  sehingga  penelitian ini dapat terlaksana.
[2] Semtech, “LoRa and LoRaWAN: A technical overview”, Technical paper, Semtech Corporation, 2020.
[3] Z.  H.  Ali,  H.  A.  Ali,  M.  M.  Badawy,  “Internet  of  things  (IoT): Definitions,  challenges  and  recent  research  directions”, International Journal of Computer Applications 128(1), October 2015, pp 37-47. [4] T,  Janssen,  N.  BniLam,  M.  Aernouts,  R.  Berkvens,  dan  M.  Weyn, “LoRa  2,4  Ghz  Communication  Link  and  Range”, Sensors  2020  20 , 2020.
[5] The  Things Network  Team, “LoRa world record broken: 832 km/517 mi  using  25  mW“,  https://www.thethingsnetwork.org/article/lorawan- world-record-broken-twice-in-single-experiment-1, April 2020.
[6] H.  Sizun,  “Radio  wave  propagation  for  telecommunication applications”, Springer, Paris, 2003, pp 44-51.
[7] --------,  “Arduino  shiled  featuring  LoRa  technology”  https://www. dragino.com /products/lora/item/102-lora-shield.html, August 2020.

## R EFERENSI
[1]  I.  F.  Akyildiz,  W.  Su,  Y.    Sankarasubramaniam,  and  E.  Caryici,  “A survey  on  sensor  networks”,  in IEEE  Communication  Magazine , August 2002, pp 102-114.