Terbit online pada laman web jurnal: http://journal.isas.or.id/index.php/JACOST

## JOURNAL OF APPLIED COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY (JACOST)
Vol. 5 No. 1 (2024) 40 – 49 | ISSN: 2723-1453 (Media Online)

## Prototipe Deteksi Letak Kebocoran Pipa dengan Optimalisasi Kinerja
Penerimaan Paket LoRa menggunakan Pengkodean Parameter Fisik
Dedy Wahyu Herdiyanto 1 , Freska Meliniar Alfian 2 , Catur Suko Sarwono 3 , Dodi Setiabudi 4 , Andrita Ceriana Eska 5 , Muh. Asnoer Laagu 6 1,2,3,4,5,6 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember, Jember, Indonesia
1 dedy.wahyu@unej.ac.id, 2 freskaa4@gmail.com, 3 catur.teknik@unej.ac.id, 4 dodi@unej.ac.id,
5 andritacerianaeska@gmail.com, 6 muh.asnoer@gmail.com

## Abstract
The purpose of this research is to determine the effect of the physical coding of LoRa communications on monitoring water pipelines. Optimizing the performance of packet receivers in the LoRa communication system using coding on the physical parameters SF (spreading factor), BW (bandwidth), and CR (coding rate). The detection system consists of 3 sensor nodes, 3 intermediate nodes, and 1 receiver node. Data from these sensors is sent to a cloud database. The SX1278 LoRa communication module works using a 433 MHz frequency. During the transmission process on the LoRa communication system, optimization is carried out for receiving data packets using the parameter coding method of physical spread factors, bandwidth, and coding rate.  As  a  result  of  the  research,  it  is  shown  that  the  greater  the  value  of  the  third  parameter  (SF,  BW,  and  CR),  such  as improvement  in  packet  reception  performance,  improvement  in  bit  security,  and  increasing  packet  resistance  to  various disturbances in transmission, but the time required for sending data be longer. The optimal parameters for detecting pipe leak locations include SF 10, BW 500 KHz, and CR 4/8. The LoRa SX1278 scenario is optimal with a distance of 400 meters, where packet and byte reception are obtained 100%.
Keywords: pipeline, LoRa, coding rate, bandwith, spreding factor

## Abstrak
Tujuan  dari  penelitian  ini,  untuk  mengetahui  pengaruh  pengkodean  fisik  komunikasi  LoRa  pada  pemantauan  saluran  pipa pengairan. Optimalisasi kinerja penerima paket pada sistem komunikasi LoRa menggunakan pengkodean pada parameter fisik SF (spreading factor) , BW (bandwidth) , dan CR (coding rate) . Sistem pendeteksian terdiri dari 3 node sensor, 3 node perantara, dan 1 node penerima. Data dari sensor-sensor tersebut dikirim ke cloud database. Modul komunikasi LoRa SX1278 bekerja menggunakan  frekuensi  433  MHz.  Selama  proses  transmisi  pada  sistem  komunikasi  LoRa  tersebut  dilakukan  optimalisasi untuk penerimaan paket data menggunakan metode pengkodean paramter fisik spreading factor, bandwidth, dan coding rate. Sebagai  hasil  dari  penelitian  ditunjukkan bahwa  semakin  besar  nilai  pada  ketiga  parameter  (SF,  BW,  dan  CR)  diantaranya memperbaiki performa penerimaan paket, meningkatkan keamanan bit, dan meningkatkan ketahanan paket terhadap berbagai gangguan dalam pengirimannya, tetapi waktu yang dibutuhkan dalam pengiriman data  menjadi lebih lama. Parameter yang optimal pada skenario deteksi letak kebocoran pipa diantaranya dengan nilai SF 10, BW 500 KHz dan CR 4/8. Skenario LoRa SX1278 tersebut optimal dengan jarak 400 meter, dimana penerimaan paket dan byte sebesar 100%.
Kata kunci: saluran pipa, LoRa , coding rate , bandwith, spreding factor

## 1. Pendahuluan
Indonesia  merupakan  negara  yang  memilki  sebutan sebagai negara agraris, sektor pertanian masih menjadi lapangan  pekerjaan  yang  paling  banyak  menyerap tenaga  kerja  domestik  [1].  Dibutuhkan  usaha  optimal dan  tepat  dalam  pengelolaan  sistem  irigasi  untuk mendapatkan  peningkatan  produktifitas  panen.  Sistem irigasi  dan  pemantauannya  secara  konvensional  jelas tidak  efektif  dari  segi  waktu  dan  tenaga,  sedangkan sistem  irigasi  dengan  aliran  air  pada  pipa  mengalami beberapa kendala yang terjadi pada lapangan dari suatu penelitian pada pipa berdiameter 3 Inci dengan debit air
14.5  liter/detik  pada  kecepatan  aliran  air  0.45 meter/detik,  terjadi  gesekan  antara  pipa  dan  air menghasilkan  koefisien  gesek  sebesar  0.022, dari hasil penelitian tersebut terdapat ancaman kondisi jangka panjang  pipa  mengalami  kebocoran  dikarenakan gesekan air dari dalam dan faktor lainnya dari luar [2]. Dalam  waktu  belakangan,  teknologi  yang  mendapat perhatian khusus dan juga popularitas dari para peneliti dan praktisi adalah Internet of Things (IoT) dikarenakan pengembangan  bidang  aplikasinya  yang  beragam  dan dapat menyelesaikan beragam permasalahan, Studi yang sedang  dan  telah  berlangsung  menemukan  berbagai
manfaat dengan penggunaan teknologi IoT terkhususnya guna  monitoring  kondisi  dan  deteksi  letak  kebocoran pipa [3,4].
Tabel 1. Perbandingan performansi modul komunikasi bluetooth,
Wifi, Zigbee dan LoRa No Model Komunikasi Jarak Terjauh Max. Rate Konsumsi Daya 1 Bluetooth 10 m 2 Mb/s Rendah 2 WiFi 60 m 54 Mb/s Besar 3 Zigbee 1500 m 250 Kb/s Rendah 4 LoRa 15 km 600 Kb/s Rendah
Penggunaan  teknologi IoT dengan  komunikasi  secara wireless  guna  monitoring  kondisi  pipa  memiliki tantangan  tersendiri  perihal  efisiensi  dari  segi penggunaan  bagi  masyarakat.  Dalam  penggunaannya WSN memiliki beragam modul komunikasi yang kerap kali  digunakan  antara  lain  modul Wifi,  Bluetooth, ZigBee,  dan  Long-Range  (LoRa) .  Tabel  1.  Merupakan perbandingan  performansi  dari  beberapa  modul komunikasi  yang  populer  digunakan  [5].  Dari perbandingan  performansi  tiap  modul  komunikasi didapatkan  bahwa  teknologi LoRa mendapati  jarak komunikasi sebesar 0 hingga 15 km, max. Rate sebesar 600 KB/s dengan  konsumsi  daya  termasuk  rendah. Diantara  beberapa  modul  komunikasi,  modul LoRa dirasa  bisa  menjadi  solusi  penggunaan  teknologi komunikasi  berbasis IoT untuk  permasalahan  dalam jarak  transmisi  data  dengan  berbagai  skenario  yang dapat diterapkan berdasarkan teknik transmisi modulasi Chirp  Spread  Spectrum  (CSS) yang  merupakan  teknik modulasi  akses  ganda  spektrum  tersebar  dapat menampung banyak pengguna dalam satu saluran pada waktu yang sama [4].
Parameter  fisik LoRa menggunakan  teknik  modulasi Chirp Spread  Spectrum  (CSS) yang  merupakan  teknik modulasi  akses  ganda  spektrum  tersebar  dapat menampung banyak pengguna dalam satu saluran pada waktu yang sama. Pada proses modulasi jenis chirp yang berjalan  adalah up-chirp yang  meningkatkan  frekuensi dari  rendah  ke  tinggi,  sedangkan  pada  proses demodulasinya menggunakan down-chirp (menurunnya frekuensi tinggi ke frekuensi yang rendah). Keuntungan dari modulasi ini adalah pengaturan waktu dan frekuensi antara pemancar dan penerima. Pada modulasi ini juga memiliki  skema  koreksi  kesalahan  variabel  sehingga meningkatkan  ketahanan  sinyal  yang  ditransmisikan untuk  setiap  4- byte informasi  yang  dikirim.  Parameter sangat  berpengaruh  terhadap  kinerja  dari LoRa [6]. Namun  pada  skenario  deteksi  letak  kebocoran  pipa diperlukan  performa LoRa yang  optimal  dalam penerimaan  paket  data  informasi  debit  air  pada  tiap jaringan  pipa  dikarenakan  sedikit  saja  paket  atau byte yang hilang dapat mengacaukan algoritma program pada pendeteksian  letak  kebocoran,  telah  diteliti  detail penting  dari  hubungan  antara  parameter physical  layer LoRa antara lain Spreading factor (SF) , Bandwidth (BW) dan Coding rate dengan kinerja penerimaan paket LoRa , ditemukan  bahwa  parameter  fisik  memiliki  dampak
yang  besar  pada  kinerja  penerimaan  paket LoRa [6]. Dalam  permasalahan  kinerja  penerimaan  paket  data diperlukan  kombinasi  parameter physical  layer yang optimal.
Teknologi  komunikasi  pada Wireless  Sensor  Network menggunakan LoRa memiliki  konsep  perancangan sensor node yang  berfungsi  mengirim  hasil  data pembacaan  sensor  setelah  diolah  di mikrokontroller kemudian dikirimkan menuju node penerima, data yang diterima  oleh node penerima  diteruskan  ke  database milik  sistem  [7,8].  Dari  hal  tersebut  diperlukan pemilihan  serta  pengelolaan  database  yang  baik  guna memudahkan pengguna dalam penggunaannya [9]. Jenis database  yang  paling  cocok  dalam  mendukung perancangan aplikasi android adalah Firebase Realtime Database dikarenakan  database  ini  tersimpan  di cloud dan support  multiplatform seperti Android,  IOS  dan Web .  Database  firebase  akan  melakukan  sinkronisasi secara  otomatis  terhadap  aplikasi user yang  terhubung kepadanya [10].

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  perancangan  bertahap pada tiap node yang memiliki fungsinya masing-masing antara  lain node pengirim, node perantara  dan node penerima.  Protokol  komunikasi  dari  keseluruhan node yang  saling  terhubung  untuk  mendukung  evaluasi kinerja  penerimaan  paket  data  adalah point  to  point dimana  setiap  satu node berkomunikasi  dengan  satu node lain tanpa adanya interfensi [11,12].
2.1. Tahapan Penelitian
Gambar  1  menunjukkan  diagram  alir  dari  penelitian yang  dilakukan.  Pada  gambar  tersebut,  penelitian dimulai  dari  pencarian  sumber  literatur  sesuai  dengan topik  dan  masalah  yang  akan  diselesaikan  bersumber pada  buku  dan  jurnal  ilmiah  nasional  sampai internasional bereputasi yang dapat dipertanggungjawabkan kredibilitasnya. Sumber tersebut  menjadi  acuan  peneliti  dalam  menentukan solusi  yang  tepat  untuk  menyelesaikan  masalah  dan topik  yang  diangkat  dengan  mempertimbangkan keterbaruan.  pengkalibrasian  tiap  komponen  dalam pemenuhan  kebutuhan  perancangan  serta  spesifikasi yang  tepat  sesuai  keterbaruan  perkembangan  zaman sehingga hasil produk yang dihasilkan bisa tercapai segi kebermanfaatan dan performanya.
Pengujian sistem dilakukan dengan beberapa parameter antara  lain  pada  pengujian  perancangan  yaitu keakurasian  pembacaan  pada  aplikasi  dengan  kondisi aktual  dari  prototpe  kebocoran  pipa  menandakan seberapa  baik  hasil  perancangan  dalam  penelitian  ini, dan  pada  pengujian  pengaruh  parameter  modulasi terhadap performa penerimaan paket komunikasi LoRa SX1278  diambil  data  dengan  perubahan  variabel  pada jarak  komunikasi  antar  pengirim  dan  penerima dengan
hasil  parameter  antara  lain Time  on  Air ( ToA ), Packet Reception  Ratio ( PRR (%)),  dan Byte  Reception  Ratio ( BRR (%)).
Gambar 1. Diagram alir tahapan penelitian
2.2. Diagram Blok dan Flowchart alat
Gambar 2 menunjukkan diagram blok keseluruhan pada sistem. Sistem terdiri atas 3 node sensor dengan masing- masing node berisi  komponen  dalam  menunjang keberhasilan  alat  antara  lain  arduino  uno  R3,  2  sensor water flow dan modul komunikasi bluetooth HC-05 yang telah diatur sebagai fungsi master yang berarti modul ini dapat  berkomunikasi  pengiriman  data  ke  modul  lain. Sensor water  flow berfungsi  sebagai  pendeteksi  aliran debit  air  dan  akan  menjadi  bagian  inti  dari  sistem  ini [13].
Gambar 2. Diagram blok keseluruhan sistem.
Ketiga node perantara  yang  berisi mikrokontroller arduino  uno  R3,  modul  bluetooth  HC-05  yang  telah dikonfigurasi sebagai node slave yang berarti modul ini hanya  dapat  menerima  data  dari  modul bluetooth lain. Node penerima yang berisi mikrokontroller arduino uno R3,  modul  komunikasi  LoRa  SX1278-Ra02  bersama antena omni-directional 5 dBi dan mikrokontroller
nodeMCU  ESP8266, node penerima  berfungsi  sebagai perangkat  penerimaan  data  dari  ketiga node perantara komunikasi  LoRa  dan  data  yang  diterima  diteruskan oleh  nodeMCU  menuju Firebase  Realtime  Database menggunakan internet.

## Gambar 3. Diagram alir kerja alat
Alur kerja keseluruhan alat dapat dilihat pada Gambar 3. Proses  dimulai  dari  inisiasi  program  seluruh  perangkat dari mulai node sensor, node perantara, node penerima dan firebase database, data dari sensor yang telah diolah pada mikrokontroller dikirimkan  oleh node sensor menuju node perantara,  kemudian  dilakukan parsing data pada node perantara dan data distrukturkan dikirim menuju node penerima menggunakan komunikasi LoRa . Pada node penerima  data  yang  diterima  oleh  arduino dilakukan parsing bertipe arduino JSON sampai diterima oleh  NodeMCU  yang  bertugas  mengirim  menuju firebase  database  untuk  selanjutnya data dan  algoritma program dapat ditampilkan melalui aplikasi.
2.3. Perancangan Perangkat
Perangkat  yang  dibutuhkan dalam  penelitian  ini  antara lain 3 buah node sensor yang terhubung dengan modul bluetooth untuk komunikasi data, 3 buah node perantara yang  digunakan  sebagai  relay  komunikasi  antara bluetooth  dengan  komunikasi LoRa ,  1  buah node penerima yang berfungsi menerima sekaligus mengirimkan  data  dari LoRa menuju  database  dan perancangan keseluruhan jaringan pipa dengan analisis debit air yang mengalir pada tiap lokasi pipa. Hasil akhir perancangan perangkat ditunjukkan pada Gambar 4.
Node penerima, sebagai elemen penting dalam struktur jaringan, dirancang untuk menerima serta mengirimkan data  dari  teknologi  LoRa  ke  dalam  database  yang dijadikan sebagai pusat pengumpulan dan penyimpanan informasi  dari  penelitian  ini. Node  ini  memiliki  fungsi ganda,  mendukung  aliran  data  dari  jaringan  LoRa  dan
memastikan  integrasi  yang  lancar  dengan  sistem database.
Gambar 4. Hasil perancangan node sensor
2.3.1 Node Sensor
Gambar 5 menggambarkan bentuak rangkaian elektronika  dari  sensor node .  Komponen  utama  dari sensor node terdiri dari arduino uno R3, 2 sensor water flow dengan modul komunikasi bluetooth HC-SR05.
Gambar 5. Rangkaian node sensor
Dalam  perancangannya  setiap  pin  sensor  terhubung dengan pin digital PWM yang dimiliki arduino uno.R3 dengan dengan modul bluetooth terkoneksi pada pin RX dan TX dari arduino. Pemrosesan data yang didapat dari sensor  dilakukan  oleh  arduino  Uno  R3  sehingga mendapat parameter volume air yang terdeteksi, sensor water flow membutuhkan input tegangan sebesar 5 Volt yang telah tersedia pada pin arduino uno R3 sedangkan untuk  modul  bluetooth  hanya  membutuhkan  input tegangan sebesar 5 volt yang tersedia pada pin arduino uno R3.
2.3.2 Node perantara
Gambar  6  memberikan  gambaran  terkait  rangkaian elektronika dari node perantara. Komponen dalam node perantara  hanya  terdiri  dari  arduino  uno  R3  sebagai pusat kendali dari penerimaan data dan pengiriman data dalam  komunikasi  tanpa  adanya  akuisisi  data  oleh sensor.  Modul  bluetooth  sebagai  penerima  komunikasi sensor node dan  modul LoRa SX1278-Ra02  dengan tambahan  antena  omni-directional  sebagai  perangkat penunjang dalam pengiriman ke node penerima.
Penggunaan node perantara  salah  satunya  bertujuan untuk meningkatkan performa komunikasi LoRa dengan menempatkan node perantara  pada  tempat  yang  lebih
tinggi  sehingga  diharapkan  dapat  meminimalisir halangan yang dapat menyebabkan banyaknya gangguan  dari  transmisi  komunikasi LoRa .  Diperlukan tinggi optimal dari peletakan node perantara dengan cara melakukan pengujian pada performansi modul bluetooth HC-05.
Gambar 6. Rangkaian node perantara
2.3.3 Node Penerima
Rangkaian node penerima ditunjukkan oleh  Gambar 7. Merupakan  hasil  perancangan  pada node penerima hanya terdiri dari LoRa SX1278-Ra02 sebagai penerima data  yang  dikirim  jarak  jauh  oleh node perantara  yang telah  dirancang  ditunjang  dengan  antena  omni- directional.  Dengan Mikrokontroller berjenis  Arduino Uno  R3  yang  dihubungkan  menggunakan  komunikasi Software  Serial  kepada  nodeMCU  dengan  tujuan  data yang diterima oleh Lora diteruskan ke nodeMCU yang digunakan  guna  pengiriman  data  seluruh  pembacaan sensor menggunakan internet menuju firebase realtime database .
Gambar 7. Rangkaian node penerima
Pada  ESP8266  terhubung  dengan  internet  dan  kode authorisasi  yang  diberikan  oleh firebase  database sehingga koneksi antara nodeMCU dengan firebase bisa berjalan.  Sehingga  nodeMCU  dan  firebase  bisa melakukan  komunikasi  karena  telah  diberikan  akses dengan  kode  athorisasi  yang  telah  dimasukan  pada program modul nodeMCU.

## 2.4 Jaringan Pipa
Desain jaringan pipa yang ditunjukkan pada  Gambar 8 bertujuan untuk mempermudah pemetaan jaringan pipa dan  memudahkan  algoritma  program  yang  akan dijalankan untuk deteksi letak kebocoran pada prototipe
ini.  Hambar  8  merupakan  desain  dan  hasil  rancangan jaringan pipa pada penelitian ini.
Gambar 8. Mapping jaringan pipa keseluruhan
Pada  gambar  desain  tersebut  terdapat  sebanyak  6  titik sensor dengan tiap sensor mendeteksi volume pada satu pipa dengan panjang tiap pipa bisa dilihat pada gambar, 3 titik sensor antara lain sensor 1, sensor 2 dan sensor 3 akan terhubung pada perangkat sensor node 1, 3 sensor water flow lain terhubung dengan perangkat sensor node 2.  Pipa  yang  digunakan  berukuran  ½  inci,  Untuk mendorong  air  dari  penampungan  ke  pipa  digunakan pompa  air  dengan  spesifikasi  DC  12  Volt  berdaya  22 Watt. Guna mempermudah pengujian untuk mendapatkan berbagai kondisi letak kebocoran. Bentuk akhir dari jaringan pipa terdapat pada Gambar 9.
Gambar 9. Bentuk fisik jaringan pipa keseluruhan
2.5 Perancangan protokol komunikasi keseluruhan alat
Seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  10,  protokol komunikasi yang digunakan dalam pengujian pengaruh parameter physical layer adalah point to point . Masing- masing node memiliki  hubungan master-slave agar komunikasi tidak terputus.
Protokol komunikasi Lora yang digunakan menggunakan  prinsip  topologi tree dengan  metode pengiriman  waiting  protokol,  pada  5  detik  pertama pengiriman  dilakukan  oleh node satu  dengan node lainnya  menunggu  pengkodean  untuk  melakukan perintah pengiriman data, kemudian pada detik 6 sampai 10 pengiriman data dilakukan oleh node dua, pada detik ke 11 sampai detik ke 15 pengiriman data dilakukan oleh node tiga, pada detik ke 16 fungsi millis direset sehingga pada node penerima kembali ke detik 1[14].
Gambar 10. Diagram alir protokol komunikasi keseluruhan
2.6 Skema optimalisasi kinerja penerimaan paket Lora
Pengujian dilakukan pada jarak 100 Meter – 1100 Meter, pengambilan  data  dilakukan  pada  serial  monitor Arduino  Uno  pada  transmitter  dan  receiver  untuk  data waktu kirim dan waktu terima serta paket yang dikirim dan  paket  yang  diterima  oleh node penerima.  Skema pengujian pengaruh pengkodean fisik ditunjukkan pada Gambar 11.

## Gambar 11. Skema pengujian pengkodean parameter fisik
Persiapan lain yang dilakukan sebelum pengujian adalah mapping area. Tujuan dari mapping area adalah untuk memastikan  tingkat  presisi  dari  jarak  pengujian komunikasinya.  Secara  lengkap, mapping  area dapat dilihat  pada  gambar  11.  Variabel  yang  dipilih  dalam performa penerimaan paket antara lain adalah Time on Air  ( ToA ),  Packet  Reception  Rate  ( PRR )  dan Byte Reception  Ratio ( BRR ),  berikut  merupakan  persamaan yang digunakan dalam menentukan nilai ToA pada suatu transmisi [15].
𝑇𝑜𝐴 (𝑚𝑆) = waktu terima − waktu kirim (1)
Persamaan  yang  digunakan  dalam  menentukan  nilai PRR pada suatu transmisi dari komunikasi LoRa adalah
𝑃𝑅𝑅(%) = ∑ Paket yang diterima ∑ Paket yang dikirim 𝑥100% (2)
Persamaan  yang  digunakan  dalam  menentukan  nilai BRR pada suatu transmisi dari komunikasi LoRa adalah
𝐵𝑅𝑅 (%) = ∑ Byte yang diterima ∑ Byte yang dikirim 𝑥100% (3)
Untuk  pemetaan  lokasi  pengujian  ditunjukkan  pada Gambar  12  sesuai  dengan  jarak  yang  telah  ditentukan sebelumnya.
Gambar 12. Mapping pengujian pengkodean parameter fisik

## 3.   Hasil dan Pembahasan
Pada pengujian pengaruh parameter fisik ini, dijalankannya  skema  pengujian  yang  sesuai  sehingga bisa  didapatkan  analisis  dari  pengaruh  parameter  fisik modul Lora antara lain spreading factor, bandwidth dan coding  rate  terhadap  performa  penerimaan  paket  data komunikasi  antar  modul LoRa dengan  variabel  yang digunakan sebagai acuan analisis antara lain ToA ( Time on  Air )  dalam  satu  transmisi  data,  Rasio  paket  yang berhasil  diterima  dalam  persen  ( PRR (%)),  dan  Rasio byte yang berhasil diterima dalam persen ( BRR (%)).
3.1 Pengaruh nilai Spreading Factor
Hasil  pengaruh  dari  pemberian spreading  factor dapat dilihat secara lengkap pada Tabel 2, 3, dan 4. Pengaruh parameter  fisik SF terhadap Time  on  Air dalam  suatu transmisi  yaitu  semakin  besar  nilai spreading  factor dalam modulasi LoRa SX1278 maka akan membutuhkan  waktu  dalam  transmisi  data LoRa SX1278  yang  semakin  besar,  hal  ini  sesuai  dengan tinjauan  teoritis  bahwa  meningkatnya spreading  factor berarti  meningkatnya  jumlah  bit  yang  dimodulasi sehingga  membutuhkan  waktu  yang  lebih  lama  untuk proses modulasinya.
Pengaruh parameter SF terhadap rasio penerimaan paket dalam  pentransmisian  data  menggunakan  modul LoRa SX1278  adalah  semakin  besar spreading  factor yang diterapkan  maka  komunikasi  akan  semakin  kebal terhadap  gangguan  yang  dalam  penelitian  ini menggunakan variabel perubahan jarak, dibuktikan pada salah satu jarak yaitu 600 Meter dengan nilai SF yaitu 7
ratio byte yang diterima ( BRR ) sebesar 35% sedangan dengan nilai SF yaitu 12 mendapatkan rasio byte yang berhasil diterima sebesar 90%, juga pada parameter rasio penerimaan  paket  ( PRR )  nilai spreading  factor yang semakin  besar  akan  meningkatkan  rasio  penerimaan paket  dalam  komunikasi  modul LoRa SX1278  hal  ini dikarenakan  jumlah  bit  yang  dimodulasi  semakin banyak sehingga paket data maupun byte yang dikirim bisa lebih tahan terhadap noise .
Tabel 2. Pengaruh Spreading Factor Terhadap ToA
Jarak (meter) TOA (ms) SF=7 SF=10 SF=12 100 26 210 851 200 46 218 826 300 73 147 929 400 53 186 907 600 51 44 393 800 54 201 975 1000 347 1402 1381 1100 null null 1250 Tabel 3. Pengaruh Spreading Factor Terhadap PRR Jarak (meter) PRR (%) SF=7 SF=10 SF=12 100 100 100 100 200 95 100 100 300 100 100 100 400 65 70 100 600 40 75 90 800 25 50 100 1000 10 40 45 1100 0 0 15 Tabel 4 Pengaruh Spreading Factor Terhadap BRR Jarak (meter) BRR (%) SF=7 SF=10 SF=12 100 100 100 100 200 93.33 100 100 300 100 100 100 400 60.83 70 100 600 35 75 90 800 25 50 90 1000 5 36.67 45 1100 0 0 11.67

## Gambar 13. Pengaruh spreading factor terhadap ToA
Dari hasil grafik yang ditunjukkan pada Gambar 13, 14, dan  15,  dapat  dianalisa  bahwa  pengkodean  nilai Spreading  Factor ( SF )  parameter  fisik  pada Lora memengaruhi  performa  penerimaan  paket,  semakin besar  nillai spreading  factor ( SF )  maka  performa  dari
penerimaan  paket  modul  LoRa  SX1278  akan  semakin baik  namun  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  transmisi akan semakin lama.
Gambar 14. Pengaruh spreading factor terhadap PRR (%)
Dalam penerapannya untuk memenuhi skenario dengan kebutuhan jarak pendek 100 hingga 800 Meter lebih baik menggunakan SF rendah  untuk  mendapatkan  waktu pengiriman  yang  optimal,  namun  untuk  memenuhi skenario  dengan  kebutuhan  jarak  lebih  jauh  lebih  baik menggunakan SF besar  untuk  mempertahankan  paket data walaupun terjadi banyak gangguan.
Gambar 15. Pengaruh spreading factor terhadap BRR (%)
3.2 Pengaruh nilai bandwidth
Hasil  pengujian  pengaruh  nilai bandwidth dilakukan pengkodean nilai Bandwidth sebanyak 3 pada tiap jarak pengiriman data LoRa antara lain 125 kHz , 250 kHz , dan 500 kHz tanpa  merubah  nilai spreading  factor (SF=7) dapat  dilihat  pada  Tabel  5,  6,  dan  7.  Pengujian  tiap pengiriman  dan  penerimaan  data  dilakukan  selama  40 detik.  Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui pengaruh perubahan nilai Bandwidth terhadap performa penerimaan paket data dari transmisi modul komunikasi LoRa SX1278.
Tabel 5. Pengaruh Bandwidth Terhadap ToA
Jarak (meter) TOA (ms) SF=7 SF=10 SF=12 100 26 210 851 200 46 218 826 300 73 147 929 400 53 186 907 600 51 44 393 800 54 201 975 1000 347 1402 1381 1100 null null 1250
Tabel 6. Pengaruh Bandwidth Terhadap PRR Jarak (meter) PRR (%) SF=7 SF=10 SF=12 100 100 100 100 200 95 100 100 300 100 100 100 400 65 70 100 600 40 75 90 800 25 50 100 1000 10 40 45 1100 0 0 15 Tabel 7. Pengaruh Bandwidth Terhadap BRR Jarak (meter) BRR (%) SF=7 SF=10 SF=12 100 100 100 100 200 93.33 100 100 300 100 100 100 400 60.83 70 100 600 35 75 90 800 25 50 90 1000 5 36.67 45 1100 0 0 11.67 Pengaruh  parameter  fisik bandwidth terhadap  waktu yang dibutuhkan paket untuk sampai ke penerima/ Time on Air ( ToA ) yaitu dalam pengkodean besar bandwidth memengaruhi Time on Air namun tidak signifikan dari data  yang  dihasilkan  pada  pengujian,  dikarenakan pengujian  dengan  lingkungan  yang  hampir  sama  besar nilai pathlossnya menghasilkan Time on Air yang stabil dari  ketiga bandwidth yang  digunakan,  hal  ini dikarenakan bandwidth merupakan  lebar  pita  sehingga latensi  jaringan  yang  tinggi  pada  daerah urban yang padat traffic peningkatan bandwidth bisa  tidak memberikan  peningkatan  kecepatan  transmisi  yang tidak signifikan.
Pengaruh bandwidth terhadap  presentase  penerimaan paket  dan byte dari  transmisi  dapat  dianalisis  bahwa semakin besar nilai bandwidth /lebar pita dari modulasi CSS modul LoRa SX1278  performa  penerimaan  data dalam transmisi lebih baik dikarenakan dalam modulasi Chirp  Spread  Spectrum milik Lora dengan bandwidth lebih tinggi akan menimbulkan sensitivitas yang rendah (adanya  integrasi  kekebalan  kebisingan  tambahan) sehingga  presentase  penerimaan  paket  lebih  baik menggunakan bandwidth yang besar, dengan bandwidth yang  lebih  besar  paket  yang  diterima  pada  satu pengiriman akan lebih banyak dan lebih tahan terhdadap gangguan pada nilai bandwidth 500 kHz daripada nilai bandwidth 125 kHz.
Sama  halnya  dengan  presentase  penerimaan byte data semakin  lebar  pita byte yang  dapat  diterima  akan semakin baik namun lebih sering terjadi noise /kehilangan byte walaupun pada jarak yang pendek. Dalam  penggunaan  skenario  yang  membutuhkan  jarak jangkauan optimal dengan penerimaan paket stabil, lebih baik  menggunakan bandwidth yang  besar.  Ini ditunjukkan  pada  grafik  analisis  pada  Gambar  16,  17, dan 18.
Gambar 17. Pengaruh bandwidth terhadap BRR (%)
Gambar 18. Pengaruh bandwidth terhadap PRR (%)
3.3 Pengaruh nilai Coding Rate
Pengaruh  parameter  modulasi coding  rate terhadap waktu  yang  dibutuhkan  paket  untuk  sampai  ke penerima/ Time  on  Air ( ToA )  yaitu  dalam  pengkodean besar  coding  memengaruhi  Time  on  Air  namun  tidak signifikan  dalam  sebuah  transmisi,  pengujian  dengan lingkungan  yang  hampir  sama  besar pathlossnya / dengan  kondisi  minim  halangan  pada  jarak  0  hingga 800-meter  menghasilkan Time  on  Air yang  stabil  dari ketiga coding rate yang digunakan. Dari pengujian yang telah dilakukan, diperoleh hasil seperti pada Tabel 8, 9, dan 10.
Tabel 8. Pengaruh Coding Rate Terhadap ToA
Jarak (meter) TOA (ms) CR=0 CR=4/5 CR=4/8 100 86 45 68 200 49 38 37 300 49 35 46 400 45 51 46 600 37 70 61 800 90 61 68 1000 663 null Null 1100 null null Null
Tabel 9. Pengaruh Coding Rate Terhadap PRR Jarak (meter) PRR (%) CR=0 CR=4/5 CR=4/8 100 90 100 100 200 80 75 90 300 100 80 100 400 70 90 100 600 70 80 100 800 60 65 85 1000 20 0 30 1100 0 0 0 Tabel 10. Pengaruh Coding Rate Terhadap BRR Jarak (meter) BRR (%) CR=0 CR=4/5 CR=4/8 100 87.5 100 100 200 70.8 70 86.7 300 87.5 80 100 400 70 90 96.7 600 65 78.33 100 800 58.33 70 85 1000 11.67 0 24.2 1100 0 0 0 Pengaruh Coding  Rate ( CR )  terhadap  presentase penerimaan paket dan byte dari transmisi dapat dianalisis bahwa  semakin  besar  nilai coding  rate dari  modulasi CSS modul  LoRa  SX1278  performa  penerimaan  data dalam transmisi lebih baik dikarenakan dalam modulasi Chirp  Spread  Spectrum milik  LoRa  SX1278  semakin besar  nilai coding  rate mengartikan  semakin  besar  bit redundan yang dikirim pada setiap 4 bit data, sehingga makin  banyak bit  redundan bisa  meningkatkan kemampuan anti-interfensi Lora dengan metode korelasi kesalahan pada tiap bit redundan yang digunakan namun semakin  banyak  bit  redundan  yang  diikutkan  dalam modulasi  maka  waktu  yang  diperlukan  dalam pengiriman data akan semakin lama sehingga pada jarak 1000 Meter pengujian tanpa menggunakan Coding Rate data  dapat  diterima  namun  pada  coding  rate  4/5  tidak dapat  menerima  data  karena penambahan  bit  redundan menyebabkan  kekuatan  sinyal  menurun  seiring dengan adanya  halangan.  Dalam  skenario  yang  membutuhkan kekebalan data yang dikirim terhadap noise diperlukan nilai coding  rate yang  besar.  Untuk  memudahkan perbandingan hasil pengujian,  dapat dilihat pada grafik di Gambar 19, 20, dan 21.
Gambar 19. Pengaruh Coding Rate terhadap ToA (ms)
Gambar 20. Pengaruh Coding Rate terhadap BRR (%)
Gambar 21. Pengaruh Coding Rate terhadap PRR (%)
3.4 Hasil Deteksi Letak Kebocoran Pipa
Dari hasil deteksi letak kebocoran pipa pada Gambar 22 dilakukan  perubahan  sebanyak  3  kondisi  yang diasumsikan  terjadinya  kebocoran  pipa  pada  tiap  titik sensor,  dapat  dianalisa  bahwa  hasil  dari  perancangan prototipe secara keseluruhan dapat berjalan dengan baik dikarenakan  dari  perubahan  kondisi  yang  diberikan dapat  mentrrigger  pulse  sensor  water  flow  kemudian berhasil  diolah  pada  arduino  node  sensor  sekaligus berhasil  menjalakan  protokol  komunikasi  dengan  baik menggunakan  metode relay komunikasi  berjenis bluetooth dengan modul komunikasi LoRa.
Gambar 22. Hasil deteksi letak kebocoran pipa menggunakan modul komunikasi LoRa
Parsing data  pada  tiap  penerimaan  dilakukan  dengan berhasil kemudian data dapat diunggah oleh nodeMCU menuju  Firebase  realtime  database  yang  telah diintegrasikan kepada aplikasi android yang akan setiap saat  melakukan request  data ke  firebase  sehingga
monitoring bisa terus dilakukan secara realtime dengan menampilkan  data  pembacaan  semua  sensor  serta berhasil  memberikan  informasi  letak  kebocoran  pipa yang  sesuai  dengan  kondisi  real  jaringan  pipa  yang terpasang.

## 4.   Kesimpulan
Hasil penelitian dari pengaruh fisik modulasi CSS pada LoRa  SX1278  terhadap  terhadap  performa penerimaan paket data didapatkan bahwa ketiga parameter SF , BW , dan CR yang  lebih  besar  dapat  mengoptimalkan persentase  paket  dan byte yang  dapat  diterima Lora dengan  jarak  transmisi  yang  lebih  jauh.  Hal  ini dikarenakan spreading  factor merupakan  jumlah  bit yang  dimodulasi  semakin  banyak  sehingga  paket  data maupun byte yang  dikirim  bisa  lebih  tahan  terhadap gangguan.
Semakin besar nilai bandwidth maka semakin lebar pita frekuensi  sehingga  memiliki  sensitivitas  yang  lebih rendah  terhadap  gangguan,  sedangkan  semakin  besar coding  rate maka  semakin  banyak  penambahan bit redundant yang  bisa  meminimalisir  jumlah byte yang error, tetapi semakin besar ketiga parameter fisik waktu transmisi  /  pengiriman  data  yang  dilakukan  akan  lebih lama daripada menggunakan nilai SF , BW , dan CR yang rendah  sehingga  keseluruhan kinerja  penerimaan  paket dari  protokol  komunikasi  prototipe  deteksi  letak kebocoran pipa berhasil dilakukan.
Perolehan data dari LoRa berhasil diterima oleh firebase realtime  database dengan parsing  data jenis JSON dengan jenis komunikasi menggunakan metode waiting protokol,  hasil  optimalisasi  parameter  fisik  LoRa SX1278  didapatkan SF 10, BW 500  KHz  dan CR 4/8 dengan  keberhasilan  paket  dan byte yang  diterima sebesar 100% dengan jarak transmitter dengan receiver adalah  400  meter.  Pada  pengujian  modul  komunikasi LoRa yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  diharapkan dapat mencapai jarak transmisi yang lebih jauh dengan menggunakan optimalisasi parameter fisik LoRa terbaik sehingga  data  sensor  yang  dibangun  dan  dikirim  bisa lebih  banyak  dengan  berbagai  skenario  pengiriman Lora .

## Ucapan Terimakasih
Terima kasih kepada Universitas Jember melalui LP2M atas  dukungan  dana  hibah  Penelitian  KeRis.  Kami mengapresiasi izin penelitian berdasarkan Surat Rektor Nomor: 7575/UN25/KP/2023 dan perjanjian penugasan Nomor:  3340/UN25.3.1/LT  Tanggal  3  April  2023. Tanpa dukungan ini, hasil penelitian ini tidak mungkin tercapai.

## Daftar Rujukan
[1] Badan  Pusat  Statistik.  (2020).  Penduduk  Indonesia  Hasil Long Form Sensus Penduduk 2020.
[2]  Asid N.J. (2020) Evaluasi Kondisi Pipa pada Sistem Irigasi Perpipaan . Narotama Jurnal Teknik Sipil. Volume 4 Nomor 2 Nopember 2020.
[3]  Dwi Prasetya, A., Kunto Aji Wibisono, dan, Teknik Elektro, J., Teknik, F., Trunojoyo Madura Jl Raya Telang, U., Telang Indah,  P.,  Bangkalan,  K.,  &  Timur,  J.  (2020). Rancang Bangun  Sistem  Monitoring  dan  Pendeteksi  Lokasi Kebocoran  Pipa  Berdasarkan  Analisis  Debit  Air  Berbasis IoT . In Tahun (Vol. 12, Issue 1).
[4]  Firdaus, Daru Quthni; Chaidir, Ali Rizal; Muldayani, Wahyu; Kalandro, Guido Dias; Setiabudi, Dodi. Sistem Pemantauan Hasil  Tampung  Nira  Kelapa  Berbasis  IoT  (Internet  of Things) . Jurnal J-Innovation Vol.11, No.1, Juni 2022.
[5]  Wang,  K.  (2017). Application  of  wireless  sensor  network based  on  LoRa  in  city  gas  meter  reading .  International Journal of Online Engineering, 13(12), 104–115. https://doi.org/10.3991/ijoe.v13i12.7887
[6]  Guo, Q., Yang, F., & Wei, J. (2021). Experimental evaluation of  the  packet  reception  performance  of  LoRa  Sensors (Switzerland), 21(4),
1–23.
https://doi.org/10.3390/s21041071.
[7]  Irfanianingrum, I’zaaz; Chaidir, Ali Rizal; Sumardi; Rahardi, Gamma Aditya; Herdiyanto, Dedy Wahyu. Sistem Pendeteksi Dini  Kebakaran  Hutan  Berbasis  Logika  Fuzzy  dengan Integrasi Telegram . Jurnal Emitor. Vol 23, No 2: September 2023.
[8]  F.  A.  Zulafah,  D.  Dewatama,  and  S.  Siswoko. Rancang Bangun  Stasiun  Cuaca  Berbasis  Wireless  Sensor  Network Dengan LORA SX1278. TESLA, vol. 24, no. 2, pp. 116–128, Oct. 2022.
[9]  Rifaldi  Poliama, R.  S., Eka  Putra  Surusa. Rancang  Bangun Alat  Sistem  Monitor  Lampu  Jalan  Umum  Tenaga  Surya Berbasis  Teknologi  Lo-Ra.  Prodi  Teknik  Elektro,  F.,  & Kurniyanto  Abdullah,  R .  (2019).  Volume  3  Nomor  2  Juli 2021.  Jambura  Journal  of  Electrical  and  Electronics
Engineering.
[10]  Dirjen,  S.  K.,  Riset,  P.,  Pengembangan,  D.,  Dikti,  R.,  & Firman Maulana, I . Penerapan Firebase Realtime Database pada  Aplikasi  E-Tilang  Smartphone  berbasis  Mobile Android .  (2017).  Terakreditasi  SINTA  Peringkat  2  Masa Berlaku Mulai, 1(3), 854–863.
[11]  Setiabudi,  Dodi;  Herdiyanto,  D.W.;  A.  Kurniawan,  W. Muldayani,  A.  R.  Chaidir  and  G.  A.  Rahardi. Design  of Wireless sensor network (WSN) System Using Point to point and Waiting Protocol Methods For Solar Panel Monitoring . 2022  International  Conference  on  Electrical  Engineering,
Computer and Information Technology (ICEECIT), Jember, Indonesia, 2022, pp. 232-240, doi:
10.1109/ICEECIT55908.2022.10030602.
[12]  Herdiyanto,  Dedy  Wahyu;  Gamma  Aditya  Rahardi;  Erika Fiqrilinia;  Ali  Rizal  Chaidir;  Dodi  Setiabudi;  Arizal Mujibtamala Nanda Imron. Prototype of Building Monitoring System  Using  Vibration  Sensor  Based  on  Wireless  Sensor Network .  2022  International  Conference  on  Electrical Engineering,  Computer  and  Information  Technology (ICEECIT),  Jember,  Indonesia.  22-23  November  2022. 10.1109/ICEECIT55908.2022.10030309.
[13]  Ramadhan, A. B., Sumaryo, S., & Priramadhi, R. A. Desain Dan  Implementasi  Pengukuran  Debit  Air  Menggunakan Sensor  Water  Flow  Berbasis  IoT .  eProceedings  of Engineering. Vol 6, No 2, 2019. Telkom University.
[14]  Rofii,  F.,  Hunaini,  F.-,  Sholawati,  S.  (2018). Kinerja Jaringan Komunikasi Nirkabel Berbasis Xbee pada Topologi Bus,  Star  dan  Mesh .  ELKOMIKA:  Jurnal  Teknik  Energi Elektrik,  Teknik  Telekomunikasi,  &  Teknik  Elektronika, 6(3), 393. https://doi.org/10.26760/elkomika.v6i3.393.
[15]  Guo, Q., Yang, F., & Wei, J. (2021). Experimental evaluation of  the  packet  reception  performance  of  LoRa .  Sensors (Switzerland), 21(4), 1–23. https://doi.org/10.3390/s21041071.