## Rancang Bangun Komunikasi Lora Multi Node pada Navigation Buoy Sebagai Stasiun Cuaca
Noviarianto 1 , P Tony Kusumartono 2 , Suyono 3 , Joko Triyono 4
1,2, Studi Nautika, Jurusan Nautika Politeknik Maritim Negeri Indonesia 3,4 Teknika, Jurusan Teknika Politeknik Maritim Negeri Indonesia Jalan Pawiyatan Luhur I/1 Bendan Duwur Semarang  50233 Email: novi@polimarin.ac.id
Abstract-  Navigation  buoys  are  installed  at  sea  and  used  as boundary markers for safe shipping lanes. Buoys have certain colors and  shapes  according  to  their  functions.  In  addition,  it  is  also equipped with lights that will turn on at night, in foggy weather and rain.  In  this  study,  the  function  of  buoys  other  than  as  navigation aids will be maximized by the addition of weather sensor equipment such as temperature, air humidity, and air pressure. Microcontrollers  process  all  sensors.  The  data  generated  in  the process was sent using LoRa communication media to the master at a certain distance. 2 nodes as models of 2 buoys, and one master were placed  in  the  role  of  receiving  data  from  nodes.  Each  node  was equipped with sensors, microcontrollers, and Lora. The node sends data to the master or gateway equipped with a microcontroller and Lora. The results of reading the data on the node were displayed on the master screen. Testing has been carried out around the campus area.  The  farthest  distance  from  the  node  that  the  master  could receive was about 450m with a standard 3db antenna. In multi-node testing, node1 and node2 work well alternately in sending data to the master.
Abstrak-  Navigation  buoy  dipasang  dilaut  dan  digunakan sebagai  penanda  batas  alur  pelayaran  yang  aman.  Buoy mempunyai warna dan bentuk tertentu sesuai dengan fungsinya. Selain itu dilengkapi pula dengan lampu yang akan menyala pada malam hari,  cuaca berkabut, maupun hujan. Pada penelitian ini fungsi  buoy  selain  sebagai  peralatan  bantu  navigasi  akan dimaksimalkan  dengan  penambahan  peralatan  sensor  cuaca seperti  suhu,  kelembaban  udara,  tekanan  udara.  Semua  sensor tersebut diproses oleh mikrokontroler. Data yang dihasilkan pada proses tersebut akan dikirimkan menggunakan media komunikasi LoRa  menuju  master  yang  berada  pada  jarak  tertentu.  2  buah node sebagai model dari 2 buah buoy, dan 1 master ditempatkan berperan  menerima  data  dari  node.  Masing  –  masing  node dilengkapi dengan sensor, mikrokontroler, dan Lora.  Node akan mengirimkan  data  ke  master  atau  gateway  yang  dilengkapi mikrokontroler dan Lora. Hasil pembacaan data pada node akan ditampilkan  pada  layar  master.  Pengujian  telah  dilakukan  di sekitar area kampus. Jarak terjauh dari node yang dapat diterima oleh  master  didapat  sekitar  450m  dengan  antena  standar  3db. Pada  pengujian  multi  node  dihasilkan  bahwa  node1  dan  node2 bekerja dengan baik secara bergantian dalam mengirimkan data ke master.
Kata  Kunci:  Lora,  Navigation  Buoy,  Microcontroller,  Data Communication, Arduino.

## I. P ENDAHULUAN
Navigation buoy dipasang dilaut dan digunakan antara lain sebagai  penanda  batas  alur  pelayaran  yang  aman.  Alur pelayaran  menjadi  lebih  aman  untuk  dilalui.  Saat  ini  buoy sebagai  penanda  hanya  digunakan  secara  visual  berupa bentuknya  pada  siang  hari.  Warna,  sorot  lampu,  dan  jumlah kedipan  pada  malam  hari  menjadi  penanda  adanya  batas  atau alur pelayaran. Pemasangan buoy di lautan tentu mendapatkan perhatian  karena  jaraknya  yang  cukup  jauh  dari  daratan. Pengecekan posisi, kondisi dan lampu yang ada, akan dilakukan secara langsung ke lokasi buoy berada. Pemodelan buoy sudah pernah dilakukan pada penelitian sebelumnya [1].
Pada penelitian yang akan dilakukan ini, penambahan sensor suhu, kelembaban, tekanan atmosfer, dan level ketinggian akan melengkapi  fungsi  buoy  menjadi  stasiun  cuaca.  Data  yang dihasilkan  oleh  buoy  atau  node  akan  dikirimkan  ke  master  di tempat  lain  menggunakan  media  komunikasi  LoRa  atau  long range.  Data  akan  ditampilkan  pada  layar  LCD  master. Pengujian  jarak  dalam  pengiriman  data  dilakukan  untuk mengetahui  kehandalan  sistem  yang  dibuat.  Skenario  multi node  diuji  dalam  mengirimkan  data  secara  bergantian  tanpa terjadi tabrakan.

## II. L ANDASAN TEORI
Implementasi  komunikasi  Lora  pada  aplikasi  internet  of things sudah banyak dilakukan. Memodelkan jarak jejak yang hilang dengan daya pancar dan antena bervariasi didapat antara 3  -  9,79  km  [2].  Pemodelan  Algoritma  menggunakan  virtual force  Oriented omnidirectional perceptual coverage algorithm (VFOPCA) didapat kecepatan jaringan antar node dan hotspot meningkat    [3].    Pengujian  model  buoy  untuk  mengirim  data suhu  pada  jarak  2,5  km  jumlah  data  diterima  50%  [1]. Pengujian  performa  poin  to  poin  pada  kondisi  indoor didapatkan  PRR  97%  pada  jarak  maksimum  45m  indoor hambatan  [4].    Pengujian  smart  city  dengan  berbagai  macam sensor selama 8 bulan dihasilkan sistem dapat berjalan lancar [5].  Pengujian  wireless  water  level  meter  menggunakan  lora pada gedung sampai dengan lantai 7  masih terbaca baik pada konsentrator [6]. Implementasi Lora pada kapal nelayan didapat jarak terjauh pengiriman data sampai 7,2 km [7].

## A. LoRa Shield
LoRa  Shield  dengan  chipset  SX1276/SX1278  dapat digunakan  pada  aplikasi  jaringan  sensor  nirkabel  profesional seperti  sistem  irigasi,  pengukuran  cerdas,  kota  pintar,  deteksi
ponsel  cerdas,  otomatisasi  bangunan,  dan  sebagainya.  Bentuk lora  seperti  pada  Gambar  1.  Teknik  modulasi  LoRa  yang dipatenkan  oleh  Semtech,  LoRa  Shield  dapat  mencapai sensitivitas  lebih  dari  -148dBm  yang  tersusun  menggunakan kristal  dan  material  berbiaya  rendah.  Sensitivitas  tinggi dikombinasikan dengan power amplifier +20 dBm menghasilkan link anggaran terdepan di industri  membuatnya optimal untuk aplikasi apa pun yang membutuhkan jangkauan atau ketahanan. LoRa juga memberikan keuntungan signifikan dalam  pemblokiran  dan  selektivitas  dibandingkan  teknik modulasi  konvensional,  menjawab  permasalahan  desain tradisional  antara  jangkauan,  ketahanan  gangguan,  dan konsumsi daya.
Gambar 1. LoRa Shield Dragino

## B.  BMP 180
Selain  digunakan  untuk  mengukur  ketinggian,  sensor seperti pada Gambar 2 telah banyak digunakan untuk mengukur tekanan  atmosfer  kaitannya  dengan  cuaca.    BMP180  dapat mengukur  tekanan  barometrik  dari  300  hingga  1100  hPa (9000m hingga -500m di atas permukaan laut), dan suhu dari - 40°C hingga 85°C dengan akurasi ±1,0°C [8].
Gambar 2. Sensor BMP 180

## C.  LoRa Node
Rancangan node1 dan node2 terdiri dari arduino uno, lora shield, sensor dht11, sensor bmp180, lcd 16x2 i2c, batere 18650 x2, dan penurun tegangan. Rangkaian node disusun seperti pada Gambar 3.

## Gambar 3. Skema Rangkaian node Lora
D.  LoRa Master
Lora  Master  hampir  sama  dengan  node  dilengkapi  juga dengan layar LCD 16x2. Pada bagian belakang kotak terdapat antena.  Lora  master  juga  dilengkapi  dengan  batere  18650 sebanyak 2 buah, modul mikrokontroler arduino uno dan Lora shield, dan rangkaian penurun tegangan. Bentuk master seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Skema Rangkaian Lora Master

## III. METODOLOGI
Topologi  pada  perancangan  ini  adalah  mengacu  pada penelitian  yang  dikembangkan  [4].  Pada  penelitian  ini dilakukan dengan menempatkan 2 buah node atau end device, dan  satu  buah  master  sebagai  gateway.  Jarak  dari  node  ke master  akan  diobservasi  sehingga  didapatkan  jarak  terjauh dengan  kondisi  data  terkirim  yang  bagus.  Pemenpatan  posisi node  node  dan  master  juga  menjadi  tahapan  yang  menjadi perhatian.  Gangguan  lingkungan  sekitar  akan  diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal. Bentuk topologi pegujian seperti pada Gambar 5.
Pengiriman  data  dari  node  ke  master  atau  gateway  berada pada  jarak  yang  relatif  jauh.  Pemilihan  media  dan  frekuensi yang sesuai akan meningkatkan keandalan sistem. Banyaknya data yang dikirim juga menjadi perhatian yang akan diobservasi. Hasil yang diharapkan ini berupa model komunikasi jarak jauh menggunakan  LoRa.  Node  dan  master  ditempatkan  dalam kotak seperti pada Gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian Lora dalam enclosure
Node  di  letakkan  pada  jarak yang  sama  sekitar  100m  dari master. Data diatur untuk dikirim secara bergantian, pengaturan pengiriman  data  dilakukan  pada  unit  master  dengan  interval waktu pergantian pengiriman setiap 5 detik.
Gambar 7. Lokasi pengujian Lora
Alur  proses  penelitian  seperti  pada Gambar  8 .  Master melakukan  inisialisasi  sistem,  dilanjutkan  pengiriman  beacon ke  node1.  Pada  saat  node1  merespons  maka  data  dari  node1 akan  diterima  dan  ditampilkan  ke  layar  lcd.  Setelah  selesai  5 detik  pengiriman  data,  master  akan  mengirimkan  beacon  ke node2. Jika node2 merespon maka akan dilanjutkan penerimaan data dari node2 dan ditampilkan pada layar lcd.
Gambar 8. Alur proses penerimaan data

## IV. H ASIL DAN PE MBAHASAN
Node1 dan node2 diatur waktu pengiriman datanya  dalam interval 5 detik pada master. Hasil yang didapat bahwa node1 dan node 2 berhasil mengirimkan data secara bergantian. Node1 dengan  kode  alamat  0xbb.  Sedangkan  node2  dengan  kode alamat  0xcc.  Sedangkan  pada  master  menggunakan  kode alamat 0xff. Setiap node dapat mengirimkan data selama 5 detik. data yang dikirim berupa suhu, kelembaban, tekanan atmosfer, dan ketinggian, serta kuat sinyal pembawa. Sampling data pada serial master seperti pada Gambar 9. Dapat dilihat bahwa data yang dikirimkan oleh node akan diterima oleh master dan dalam interval  waktu  yang  ditentukan  diterima  data  dari  node  yang lain.
Gambar 9. Proses penerimaan data pada master
Pola spektrum pada frekuensi 915 Mhz  yang dipancarkan oleh node1 dan node2 secara bergantian  dapat diamati  seperti pada Gambar 10.
Gambar 10. Pola spektrum LoRa pada node1 dan node 2
Hasil  pengamatan  pada  beberapa  siklus  pengiriman  data oleh node1 dan node2 didapat seperti pada tabel 1 dan tabel 2. Pada tabel 1 dan tabel 2 dapat dilihat bahwa sebagian besar data yang dikirimkan oleh node1 dan node2 dapat diterima dengan baik,  meskipun  ada  beberapa  data  yang  gagal  dikirimkan  ke master. Hal ini dapat disebabkan karena sinyal pembawa yang mengalami  penurunan  maupun  gangguan  dari  lingkungan sekitar.
Tabel 1. Sampling data lora node1
Tabel 2. Sampling data lora node2

## V. K ESIMPULAN
Pengujian  dan  pengambilan  data  pada  daerah  terbatas menggunakan media komunikasi Lora sudah berhasil dilakukan. Hasil didapat bahwa Lora node yang berjumlah 2 buah sebagai pengganti buoy 1 dan buoy 2 dapat bekerja secara bergantian dalam  mengirimkan  data  ke  master.  Data  dapat  diterima sempurna  oleh  master  yang  berada  pada  jarak  100m. Penambahan  sensor  posisi  akan  dilakukan  pengujian  lebih lanjut. Penerapan pada daerah pantai juga perlu dilakukan untuk mengetahui  kehandalan  sistim.  Master  Lora  yang  terhubung dengan  ESP32  sebagai  gateway  akan  semakin  melengkapi kinerja  sistim.  ESP  32  terhubung  ke  internet  dan  dashboard sebagai unit pemantau akan dikembangkan lebih lanjut.

## VI. U CAPAN T ERIMAKASIH
Terima  kasih  kepada  semua  pihak  yang  telah  mendukung terlaksananya penelitian ini. Penelitian ini dibiayai oleh DIPA Politeknik Maritim Negeri Indonesia tahun anggaran 2022.

## REFERENSI
[1] S. MITRA UTAMA, A. M. RAFI, J. RISTOADI, and HARIYANTO,  “Rancang  Bangun  Sistem  Buoy Menggunakan Sistem Komunikasi Long Range Untuk Pengamatan Wilayah Pesisir,” Jurnal Ilmu dan Inovasi Fisika ,  vol.  3,  no.  1,  pp.  19–25,  2019,  doi: 10.24198/jiif.v3i1.20623.
[2] M.  Sandra,  S.  Gunnarsson,  and  A.  J.  Johansson, “Internet  of  Buoys:  An  Internet  of  Things Implementation  at  Sea,” Conf  Rec  Asilomar  Conf Signals Syst Comput , vol. 2020-Novem, pp. 1096–1100, 2020, doi: 10.1109/IEEECONF51394.2020.9443538.
[3] L.  Xia,  Z.  Jiandao,  and  W.  Huafeng,  “A  LoRa  Buoy Network  Coverage  Optimization  Algorithm  Based  on Virtual  Force,” 2019  2nd  IEEE  International Conference on Information Communication and Signal Processing,  ICICSP  2019 ,  pp.  204–209,  2019,  doi: 10.1109/ICICSP48821.2019.8958591.
[4]
Y.  Triwidyastuti,  “Performance  Analysis  of  Point-to- Point  LoRa  End  Device  Communication,” Lontar Komputer : Jurnal Ilmiah Teknologi Informasi , vol. 10, no. 3, p. 140, 2019, doi: 10.24843/lkjiti.2019.v10.i03.p02. [5] W.  Guibene,  J.  Nowack,  N.  Chalikias,  K.  Fitzgibbon, M. Kelly, and D. Prendergast, “Evaluation of LPWAN Technologies for Smart Cities: River Monitoring Use- Case,” 2017  IEEE  Wireless  Communications  and Networking Conference Workshops, WCNCW 2017 , pp. 1–5, 2017, doi: 10.1109/WCNCW.2017.7919089.
[6] Y. Li, X. Yan, L. Zeng, and H. Wu, “Research on water meter reading system based on LoRa communication,” 2017  IEEE  International  Conference  on  Smart  Grid and  Smart  Cities,  ICSGSC  2017 ,  pp.  248–251,  2017, doi: 10.1109/ICSGSC.2017.8038585.
[7] O. PUSPITORINI, H. MAHMUDAH, A. WIJAYANTI, and N. A. SISWANDARI,
“Implementasi  Telemetri  dan  Evaluasi  Performansi Sistem  Komunikasi  Lora  di  Daerah  Pesisir  Pantai,”
ELKOMIKA:  Jurnal  Teknik  Energi  Elektrik,  Teknik Telekomunikasi,  &  Teknik Elektronika , vol. 11, no. 1, pp. 180–194, Jan.
2023,
doi: 10.26760/elkomika.v11i1.180.
[8] last minute engineers, “Interface BMP180 Barometric Pressure  &  Temperature  Sensor  with  Arduino.” Accessed:  Dec.  21,  2022.  [Online].  Available: https://lastminuteengineers.com/bmp180-arduino- tutorial/