## Analisis Komunikasi Nirkabel Menggunakan IoT Network Protocols pada Stasiun Cuaca Mini
Muhammad Ulum Burhani 1 , Dwi Novianto 2 , Risky Via Yuliantari 3
1,2,3 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Tidar Jl. Kapten Suparman 39 Potrobangsan, Magelang Utara, Jawa Tengah 56116 INDONESIA Email: 3 rviay@untidar.ac.id
Abstract - The  influence  of  weather  greatly  affects  various human  activities  such  as  in  the  agricultural,  health, transportation sectors. Information about climate influences to  determine  cropping  patterns,  watering,  agroecological mapping. The development of a wireless mini weather station system  can  be  a  solution for  reading  weather  parameters  in certain areas. In the development of wireless communication using the internet network is called IoT (Internet of Things) with  several  protocols  including  CoAP  (Constrained Application Protocol), HTTP (Hypertext Transfer Protocol), and  MQTT  (Message  Queuing  Telemetry  Transport).  The purpose of this study is to analyze the QoS (Quality of Service) of the communication protocol used on a mini weather station with  the  parameters  of  the  wind  direction  sensor,  light intensity  sensor,  air  pressure  sensor,  wind  speed  sensor, rainfall  sensor,  temperature  sensor,  humidity  sensor.  Based on the research that has been done, the average error value of the  sensor  used  is  5.69%  with  a  3.06%  error  on  the  light intensity  sensor;  12.5%  error  on  the  wind  direction  sensor; 0.88% error on the air pressure sensor; 10.33% error on the wind  speed  sensor;  6.5%  error  on  the  rainfall  sensor;  1.7% error  on  the  temperature  sensor  and  4.9%  on  the  humidity sensor. The QoS measurement method is used to identify the delivery quality of the protocol used to obtain data throughput of 463.01 bps (bits per second) in the very good category, delay of 48.767 ms in the very good category, packet loss of 0.0015% in the very good category. , and a jitter of 0.02ms in the good category.
Abstrak- Pengaruh cuaca sangat berpengaruh terhadap berbagai kegiatan  manusia  seperti  pada  sektor  pertanian,  kesehatan, transportasi.  Informasi  tentang  iklim  berpengaruh  untuk menentukan  pola  tanam,  penyiraman,  pemetaan  agroekologi. Pengembangan sistem mini weather station secara nirkabel dapat menjadi solusi dalam pembacaan parameter cuaca dalam wilayah tertentu. Dalam perkembangannya komunikasi nirkabel menggunakan  jaringan  internet  disebut  dengan  IoT  (Internet  of Things)  dengan  beberapa  protokol  diantaranya  adalah  CoAP (Constrained  Application  Protocol),  HTTP  (Hypertext  Transfer Protocol ),  dan  MQTT  (Message  Queuing  Telemetry  Transport). Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  menganalisis  QoS  (Quality  of Service)  dari  protokol  komunikasi  yang  digunakan  pada  stasiun cuaca  mini  dengan  parameter  sensor  arah  mata  angin,  sensor intensitas cahaya, sensor tekanan undara, sensor kecepatan angin, sensor  curah hujan,  sensor  suhu,  sensor  kelembaban. Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  diperoleh  rerata nilai  error  dari  sensor  yang  digunakaan  adalah  5,69%  dengan 3,06%  error  pada  sensor  intensitas  cahaya;12,5%  error  pada sensor  arah  angin;  0,88%  error  pada  sensor  tekanan  udara;
10,33%  error  pada  sensor  kecepatan  angin;  6,5%  error  pada sensor curah hujan; 1,7% error pada sensor suhu dan 4,9% pada sensor  kelembaban.  Metode  pengukuran  QoS  digunakan  untuk mengidentifikasi  kualitas  pengiriman  protokol  yang  digunakan sehingga memperoleh data throughput sebesar 463,01 bps (bit per secon)  dengan  kategori  sangat  baik,  delay  sebesar  48,767  ms dengan kategori sangat baik, packet loss sebesar 0,0015% dengan kategori sangat baik, serta jitter sebesar 0,02ms dengan kategori baik.
Kata Kunci: QoS, HTTP, Nirkabel, IoT, Stasiun Cuaca.

## I. P ENDAHULUAN
Monitoring  cuaca  merupakan  proses  pengumpulan  data  dari parameter  cuaca  yang  ada  pada  atmosfer  yaitu  suhu,  kelembapan, intensitas  hujan,  kecepatan  angin  dan  arah  angin.  Parameter  cuaca tersebut  diteliti  dan  dicocokkan  berdasarkan  waktu  tertentu untuk  memperoleh  data  cuaca  [1].  Terdapat  dua  bagian  utama dalam  penelitian  yaitu  bagian indoor dan outdoor .  Bagian indoor terdiri dari Arduino Uno sebagai reciever komunikasi nirkabel dan penampil  data  parameter  cuaca  yang  dimasukkan  dalam server . Bagian outdoor terdapat sensor, modul nirkabel sebagai komunikasi data dari  bagian indoor [2] . Salah  satu contohnya adalah weather shield 433Mhz  sebagai  dengan transmitter outdoor dan reciever i ndoor yang  berfungsi  untuk  menampilkan  data  cuaca  dan mengirimkannya ke server blynk [3] [4] [5].
Pada perancangan stasiun cuaca mini digunakan perangkat data logger sebagai  pencatatan  data  yang  ditransformasikan  dari mikrokontroler menggunakan bahasa pemrograman yang kemudian diolah  menggunakan microsoft  excel [6].  Dalam  proses memindahkan  data  dari  sensor  pada  data logger diperlukan komunikasi  data  secara  nirkabel  menggunakan  protokol komunikasi  HTTP.  Protokol  HTTP  terbagi  menjadi  dua  metode pengiriman  yaitu  HTTP  POST  dan  HTTP  GET.  Metode  request POST yang merupakan singkatan dari POSTing yang berfungsi mengirim data berupa pengiriman dokumen sentris dengan request body [7].    Dalam  proses  komunikasi  menggunakan  HTPP  perlu dilakukan pengujian performa jaringan menggunakan QoS. Tujuan dilakukan  pengujian  QoS  adalah  untuk  memastikan  kemampuan jaringan  yang  digunakan  memiliki  performa  yang  handal [8] . Indikator  pengujian  QoS  diantaranya  adalah throughtput,  jitter, packet loss dan delay [9].

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  berfokus  pada  QoS  protokol  komunikasi HTTP dengan metode request POST yang merupakan singkatan
dari  POSTing.  Akusisi  data  menggunakan  parameter  sensor arah  mata  angin,  sensor  intensitas  cahaya,  sensor  tekanan undara,  sensor  kecepatan  angin,  sensor  curah  hujan,  sensor suhu, sensor kelembaban.

## Gambar  1. Pembacaan sensor
Gambar  1  menunjukkan  bahwa  input  yang  digunakan berupa  sensor-sensor  untuk  membaca  parameter  cuaca  yang sedang  berlangsung.  Parameter  berupa  data  cuaca  dari  sensor akan  diolah  oleh  mikrokontroler  Arduino  nano  sebagai pengolah data input menyesuaikan output data yang dibutuhkan. Kemudian data dari Arduino nano dimasukan ke dalam ESP-01 untuk  diverifikasi  dan  dilakukan  pencacahan  dengan  variabel array serta disimpan pada database server untuk mendapatkan hasil yang tampil pada halaman website.
Gambar  2. Komunikasi serial Arduino nano dengan ESP-01 dan server
Berdasarkan  Gambar  2,  mikrokontroler  Arduino  nano membaca  data  pada  sensor-sensor  melalui  komunikasi  serial ESP-01  dan protocol HTTP  yang  kemudian  data  masuk  ke dalam database server dan ditampilkan pada halaman interface .

## A. Error Pengukuran
Perbedaan penggunaan standar sensor menyebabkan selisih pembacaan  pada  parameter  sensor  stasiun  cuaca  mini,  maka diperlukan penentuan sensor-sensor yang memiliki keakurasian pembacaan  paling  sesuai.  Penentuan  penggunaan  parameter sensor  pada  stasiun  cuaca  mini  dapat  ditentukan  melalui perhitungan  persentase  nilai  error  menggunakan  persamaan berikut [10]:
𝐄𝐫𝐫𝐨𝐫 (%) =   | 𝐱−𝐱 𝐢 𝐱 | 𝐱 𝟏𝟎𝟎% (1)
Persentase  nilai  error  merupakan  pengurangan  nilai standar  sensor (𝒙) dengan  nilai  yang  terukur  pada  parameter sensor stasiun cuaca mini (𝒙 𝒊 ) yang dibagi dengan nilai standar sensor (𝒙) . Penentuan nilai error digunakan untuk menghitung nilai simpangan keluaran sensor dengan alat ukur standar.
B. Throughput Throughput merupakan besaran total data yang diterima server dalam waktu tertentu dengan fungsi untuk mengukur efektifitas data  transfer  yang  di  tulisankan  dengan  satuan  bps  ( bit  per secon) [11] .
𝐓𝐡𝐫𝐨𝐮𝐠𝐡𝐩𝐮𝐭 = 𝐛𝐞𝐬𝐚𝐫 𝐝𝐚𝐭𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐝𝐢𝐭𝐞𝐫𝐢𝐦𝐚 (𝐛𝐢𝐭) 𝐰𝐚𝐤𝐭𝐮 𝐩𝐞𝐧𝐠𝐢𝐫𝐢𝐦𝐚𝐧 𝐝𝐚𝐭𝐚 (𝐬𝐞𝐜𝐨𝐧) (2)
Throughput dapat  dikategorikan  berdasarkan  indeks  dan  nilai yang  diperoleh  dari  perhitungan.  Kategori  throughput ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel  1. Kategori throughput Indeks Nilai throughput Kategori throughput 4 75 ≤  throughput sangat baik 3 50 ≤  throughput < 75 baik 2 25 ≤  throughput < 50 sedang 1 0 ≤  throughput < 25 buruk

## C. Delay dan Jitter
Delay disebut juga sebagai latency merupakan waktu yang dibutuhkan  untuk  menempuh  jarak  dari  asal  sampai  ke tujuan  dan  dipengaruhi  oleh  media  fisik,  jarak,  dan kongesti atau juga waktu proses yang lama[11].
𝐑𝐞𝐫𝐚𝐭𝐚 𝐃𝐞𝐥𝐚𝐲 = 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐝𝐞𝐥𝐚𝐲 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐩𝐚𝐤𝐞𝐭 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐝𝐢𝐭𝐞𝐫𝐢𝐦𝐚 (3)
Terdapat  empat  kategori  nilai  delay,  yaitu  buruk  dengan rentang waktu >450 ms, sedang dengan rentang waktu 300 – 450 ms, baik dengan rentang 150 – 300 ms, dan sangat baik dengan rentang <150 ms.
Jitter  merupakan  variasi  dari  delay  antara  delay  awal dengan  delay  selanjutnya.  Kualitas  variasi  delay  akan dipengaruhi  oleh  lebar  transmisi,  sedangkan  jumlah toleransi akan dipengaruhi oleh kedalaman buffer jaringan.
𝐓𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐯𝐚𝐫𝐢𝐚𝐬𝐢 𝐝𝐞𝐥𝐚𝐲 = 𝐝𝐞𝐥𝐚𝐲 − 𝐫𝐞𝐫𝐚𝐭𝐚 𝐝𝐞𝐥𝐚𝐲
(4)
Terdapat  empat  kategori  nilai  jitter,  yaitu  buruk  dengan rentang waktu 125 – 255 ms, sedang dengan rentang waktu 75  – 125 ms, baik  dengan rentang 0  – 75 ms, dan sangat baik dengan rentang 0 ms.

## D. Packet Loss
Packet  loss  merupakan  indikator  untuk  mengetahui paket  yang  gagal  diterima  oleh server dikarenakan  tabrakan data, kegagalan pengiriman atau penerimaan data. packet  loss dapat  dihitung  dengan  cara  membagikan  antara  pengurangan
dari pengiriman dan penerimaan data dengan pengiriman data [12] .
𝑷𝒂𝒄𝒌𝒆𝒕 𝒍𝒐𝒔𝒔 (%) = 𝐏𝐞𝐧𝐠𝐢𝐫𝐢𝐦𝐚𝐧 𝐝𝐚𝐭𝐚−𝐩𝐞𝐧𝐞𝐫𝐢𝐦𝐚𝐚𝐧 𝐝𝐚𝐭𝐚 𝐩𝐞𝐧𝐠𝐢𝐫𝐢𝐦𝐚𝐧 𝐝𝐚𝐭𝐚 𝐱 𝟏𝟎𝟎% (5)
Packet loss dibagi dalam empat kategori, yaitu buruk  dengan nilai  >  25%,  sedang  dengan  rentang  nilai  12  –  24  %,  baik dengan    rentang  nilai  3  –  14  %,  sangat  baik    dengan  rentang nilai 0 – 2 %

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai  simpangan  keluaran  sensor  dengan  alat  ukur  standar pada  parameter  sensor  stasiun  cuaca  mini  ditentukan berdasarkan persamaan error pengukuran, sehingga nilai error tiap sensor ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar  3. Persentase Nilai Error Parameter Sensor Stasiun Cuaca Mini
Berdasarkan Gambar 3 diperoleh persentase rerata nilai error dari sensor yang digunakaan adalah 5,69% dengan  3,06% error pada  sensor  intensitas  cahaya;12,5%  error  pada  sensor  arah angin;  0,88%  error  pada  sensor  tekanan  udara;  10,33%  error pada  sensor  kecepatan  angin;  6,5%  error  pada  sensor  curah hujan;  1,7%  error  pada  sensor  suhu  dan  4,9%  pada  sensor kelembaban.
Hasil  pembacaan  pada  pengujian  sensor  yang  dilakukan Arduino  nano  dengan  parameter  sensor  arah  mata  angin,  sensor intensitas  cahaya,  sensor  tekanan  undara,  sensor  kecepatan  angin, sensor curah hujan, sensor suhu, sensor kelembaban  dilakukan pada ketinggian  6  meter  diatas  permukaan  tanah  mulai  30  April  2022 sampai  dengan  9  Mei  2022.  Kemudian  data  dimasukkan  dalam database  server dan  ditampilkan  pada  halaman interface  website. Setelah  semua  data  tersimpan  dan  tampil  pada interface  website dilakukan  pengujian protocol HTTP  untuk  mengetahui  dan mengidentifikasi kualitas parameter QoS pada pengiriman protokol yang digunakan. Adapun kualitas parameter QoS :

## A. DELAY
Pengujian  delay  dilakukan  dengan  menghitung  jeda  waktu  pada pengiriman  data  yang  dilakukan  oleh  perangkat  stasiun  cuaca. Semakin  kecil  nilai delay maka  semakin  baik  pula  protokol komunikasi yang digunakan. Berdasarkan pengujian selama 10 hari sehingga  diperoleh  nilai  rerata  delay  sesuai  persamaan  (3)  seperti berikut :

## 𝑅𝑒𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 = 487,67 10

## 𝑅𝑒𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 = 48,767ms
Perhitungan  diatas  nilai  rerata delay yaitu  48,767  ms. Berdasarkan indikator delay dibawah 150 ms masuk dalam indeks 4 atau kategori sangat baik .

## B. PACKET LOSS
Pengujian  packet  loss  dilakukan  dengan  menghitung  jumlah data  yang  rusak  atau  data  yang  gagal  terkirim.  Semakin  kecil prosentase packet loss semakin baik pula protokol komunikasi yang digunakan.  Berdasarkan  pengujian  selama  10  hari  maka  diperoleh nilai packet loss sesuai persamaan (5) seperti berikut:
𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠 = 0 + 32 + 1 + 0 + 1 + 5 + 0 + 0 + 0 + 0 25804 𝑥100%

## 𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠 = 0,0015%
Perhitungan  diatas  diperoleh  prosentase  packet  loss  adalah 0,0015% . Berdasarkan indeks indikator dengan prosentase dibawah 3% kategori packet loss pada protokol HTTP dengan metode HTTP POST adalah 4 atau sangat baik.

## C. JITTER
Pengujian Jitter dilakukan  dengan  menghitung  jumlah  rerata delay per data yang dikirimkan. Semakin kecil nilai Jitter semakin baik  pula  protokol  komunikasi  yang  digunakan.  Berdasarkan pengujian selama 10 hari  maka diperoleh rerata nilai Jitter sebagai berikut:
𝐽𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 = 0.200 10
𝐽𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 = 0.02 ms
Kategori Jitter pada protokol HTTP dengan metode HTTP POST adalah 3 atau baik , dimana nilai dari jitter berada direntang 75-0 ms.

## D. T HROUGHTPUT
Pengujian Throughput dilakukan  dengan  menghitung pembagian  antara  besar  data  yang  dikirim  (bit)  dengan  waktu pengiriman (detik) sesuai dengan. Besar data yang diterima sebesar 3.5 MiB.

## 𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 = 3,5 MiB 26339 𝑆
𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 = 29360128 bit
26339 𝑆

## 𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 = 463,01 𝑏𝑝𝑠
Berdasarkan  perhitungan  diatas  maka  dapat  diketahui  nilai throughtput adalah 463,01 bps. Dapat disimpulkan throughtput dari pengiriman  data    menggunakan  protokol  HTTP  diatas  75  bps sehingga dikategorikan 4 atau sangat baik .
0 5 10 Pe rse n ta se (% ) Parameter Sensor Persentase Nilai Error Parameter Sensor Stasiun Cuaca Mini Intensitas Cahaya Arah angin
Tekanan udara
Kecepatan angin
Curah hujan
Suhu
Kelembaban

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  serta  pengujian  yang  telah  dilakukan diperoleh rerata nilai error dari sensor yang digunakaan adalah 5,69% dengan  3,06% error pada sensor intensitas cahaya;12,5% error pada sensor arah angin; 0,88% error pada sensor tekanan udara; 10,33% error pada  sensor  kecepatan  angin;  6,5% error pada  sensor  curah hujan;  1,7% error pada  sensor  suhu  dan  4,9%  pada  sensor kelembaban. analisis komunikasi nirkabel menggunakan iot network protocols pada stasiun cuaca mini menggunakan metode pengukuran QoS digunakan untuk mengidentifikasi kualitas pengiriman protokol yang  digunakan  sehingga  memperoleh  data throughput sebesar 463,01 bps ( bit per secon ) dengan kategori sangat baik, delay sebesar 48,767 ms dengan kategori sangat baik, packet loss sebesar 0,0015% dengan  kategori  sangat  baik,  serta jitter sebesar  0,02ms  dengan kategori baik.

## R EFERENSI
[1] A. Prakiraan Cuaca dengan Parameter Suhu, T. Udara, dan Kecepatan Angin Menggunakan Regresi Linear Berganda Ardytha Luthfiarta, A. Febriyanto,  H.  Lestiawan,  and  W.  Wicaksono,  “Analisa  Prakiraan Cuaca  dengan  Parameter  Suhu,  Kelembaban,  Tekanan  Udara,  dan Kecepatan  Angin  Menggunakan  Regresi  Linear  Berganda,” JOINS (Journal of Information System) , vol. 5, no. 1, pp. 10–17, May 2020, doi: 10.33633/JOINS.V5I1.2760.
[2] V.  Wiendyas  Gandoria,  V.  Vekky,  R.  Repi,  and  A.  Wibowo, “Rancang  Bangun  Pengamat  Parameter  Cuaca  Menggunakan Komunikasi Nir Kabel,” Jurnal Ilmiah Giga , vol. 22, no. 1, pp. 14–
21, Jan. 2020, doi: 10.47313/JIG.V22I1.739.
[3] S. Sabila, E. Pratama Yudha, M. W. Kasrani, A. Fitri, S. Rahman, and T. Elektro, “Pembuatan Prototipe Sistem Pemantauan Gejala Aritmia dan Hipoksemia Berbasis IoT,” 2022.
[4] M.  Abdul-Niby,  M.  Farhat,  M.  Abdullah,  and  A.  Nazzal,  “A  Low Cost Automated Weather Station for Real Time Local Measurements,” Engineering, Technology & Applied Science Research , vol. 7, no. 3, pp. 1615–1618, Jun. 2017, doi: 10.48084/ETASR.1187.
[5] L.  O.  M.  Asardin,  M.  W.  Kasrani,  and  A.  F.  S.  Rahman, “PERANCANGANSISTEM MONITORING
KECEPATAN KENDARAAN DI BANDARA BERBASIS GPS DENGAN FITUR GEOFENCEDAN WIRELESS,” JTE UNIBA , vol. 5, no. 1, pp. 89– 93, 2020.
[6] “(PDF)  Stasiun  Cuaca  Mini  Portable  Pengukur  Komponen  Cuaca untuk Menunjang Kegiatan
Agribisnis.” https://www.researchgate.net/publication/330447820_Stasiun_Cuac a_Mini_Portable_Pengukur_Komponen_Cuaca_untuk_Menunjang_ Kegiatan_Agribisnis (accessed Jun. 24, 2022).
[7] “Perancangan  Dan  Implementasi  Hidroponik  Berbasis  Internet  Of Things  (IOT)  Menggunakan  Protokol  Http  |  Abdurahman  | eProceedings of Engineering.” https://openlibrarypublications.telkomuniversity.ac.id/index.php/eng ineering/article/view/12938 (accessed Jun. 24, 2022).
[8] “ANALISIS  QUALITY  OF  SERVICE  PROTOKOL  MQTT  DAN HTTP  PADA  PENERAPAN  SISTEM  MONITORING  SUHU BERBASIS  NODEMCU  (STUDI  KASUS  RUANG  SERVER KAMPUS  3  IST  AKPRIND  YOGYAKARTA)  |  Jurnal  Jarkom.” https://journal.akprind.ac.id/index.php/jarkom/article/view/2265 (accessed Jun. 24, 2022).
[9] A. Budiman, M. F. Duskarnaen, and H. Ajie, “ANALISIS QUALITY OF  SERVICE  (QOS)  PADA  JARINGAN  INTERNET  SMK NEGERI  7  JAKARTA,” PINTER :  Jurnal  Pendidikan  Teknik Informatika dan Komputer , vol. 4, no. 2, pp. 32–36, Dec. 2020, doi: 10.21009/PINTER.4.2.6.
[10] R.  Atma  Ivory,  N.  Kholis,  and  F.  Baskoro,  “Review  Penggunaan Sensor  Suhu  Terhadap  Respon  Pembacaan  Skala  Pada  Inkubator Bayi,” Jurnal Teknik Elektro , vol. 10, no. 1, pp. 185–194, 2021.
[11] A.  Amrullah,  M.  Udin,  H.  al  Rasyid,  I.  Winarno,  and  :  M  Udin, “Implementasi  dan  Analisis  Protokol  Komunikasi  IoT  untuk Crowdsensing  pada  Bidang  Kesehatan  Corresponding  author,”
Jurnal Invotek Polbeng , vol. 7, no. 1, p. 2022, 2022.
[12] A. ;  P.  S.  D.  Fattah,  “Perencangan  dan  Implementasi  Virtual  Area Network pada Jaringan Universitas Balikpapan,” JTE Uniba , vol. 7, no. 1, 2002.