## Pengujian Komunikasi Perangkat Lora untuk Pengiriman Data Detak Jantung Menggunakan Topologi Point to Point Berbasis LoraWAN
Iman Fahruzi 1 , Febrian Harlim Timanta 2 , Junaedi Satrio Panjaitan 3 , Wisnu Ferdinan 4 , John Purba Marpaung 5 , Laurent Silalahi 6 , Riki Ricardo 7 , Dessy Oktani 8 , dan Prasaja Wikanta 9 1,2,3,4,5,6,7,8,9 Department of Electrical Engineering, Politeknik Negeri Batam, Indonesia E-mail: imanfahruzi@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  merupakan  implementasi  protokol  LoraWan  untuk  mengirimkan  data  sensor  berupa  rekaman  detak jantung  secara  point  to  point.  Memanfaatkan  keunggulan  jaringan  LoraWAN, data  yang  dikirim memiliki  jangkauan yang jauh dan berdaya rendah sehingga bisa digunakan untuk sistem telemedis pada daerah yang secara geografis sulit dijangkau untuk akses fasilitas kesehatan. Data rekaman detak jantung yang didapat dari setiap sensor yang terkoneksi dan terintegrasi dengan  sistem  telemedis  akan  melakukan  pengiriman  secara  periodik.  Selanjutnya  data  yang  diterima  diteruskan  kepada server  melalui  LoraWAN  Gateway.  Sistem  telemedis  ini  terdiri  dari  sensor  EKG,  arduino  dengan  jaringan  lora,  satu LoraWAN  Gateway  dan  server  yang  terintegrasi  dengan  pusat  data  berbasis  web  dan  aplikasi  android.  Hasil  Pengujian menunjukkan konektivitas antara tiga titik sensor dari beberapa lokasi mampu mengirimkan data sensor dengan baik dengan jarak terbatas kurang dari satu kilometer.
Kata kunci:  telemedis, lora, lorawan, ekg, detak jantung

## Abstract
This study uses the LoraWan protocol to transmit sensor data in the form of point-to-point heart rate recordings. Us- ing the LoraWAN network's advantages, the data sent has a long reach and low power, allowing it to be used for telemedi- cine systems in areas that are geographically difficult to reach for access to health facilities. Heart rate recording data ob- tained from each sensor connected to and integrated with the telemedicine system will be sent on a regular basis. Further- more, the LoraWAN Gateway forwards the received data to the server. An ECG sensor, an Arduino with a Lora network, a LoraWAN Gateway, and a server integrated with a web-based data center and an Android application comprise this tele- medicine system. According to the experimental results show, connectivity among three sensor points spread across multiple locations can transmit sensor data effectively over a short distance of under one thousand metres.
Keywords: telemedicine, lora, lorawan, ecg, heartrate

## Pendahuluan
Layanan  kesehatan  yang  mampu  menjangkau semua  lapisan  masyarakat  saat  ini  terus  diperbaiki. Ketersediaan fasilitas dan layanan kesehatan merupakan  faktor  penting  dalam  pemenuhan  layanan kesehatan  pada  suatu  wilayah.  Saat  ini,  teknologi komunikasi data berkembang pesat dengan banyaknya perangkat terbenam yang memiliki kemampuan dalam mengubungkan  perangkat  satu  dengan  lainnya. Internet  of  things (IoT)  pada  era  digitalisasi  produk dan  layanan  berkembang  dengan  cepat.  Selama pandemi  covid19,  interaksi  antara  manusia  yang terbatas  membutuhkan  konektivitas  yang  handal untuk  menjamin  setiap  layanan  tetap  berjalan. Konektivitas menggunakan perangkat IoT diperkirakan terus tumbuh. Perangkat pada berbagai
industri  seperti  kendaraan,  bangunan,  peralatan elektronik  rumah  tangga, smart  city ,  keamanan, kesehatan, dan bencana, bahkan interaksi social saling bertukar  informasi  secara real  time .  Perangkat  IoT yang  terkoneksi  secara  real  time  dalam  jumlah  yang banyak memberikan tantangan penelitian pada banyak bidang,  antara  lain  keamanan  setiap  perangkat  yang terkoneksi,  teknologi  baterai,  dan  tentu  saja dampaknya  pada  banyaknya  limbah  dari  perangkat elektronika yang rusak atau tidak terpakai lagi.
Berkaitan  dengan  bidang  kesehatan,  konektivitas perangkat IoT berupa kolektivitas data dan pertukaran informasi  medis  menjadi  salah  satu  yang  menarik untuk  diteliti.  Layanan  telemedis  yang  terintegritas pada  suatu  wilayah  perkotaan,  pinggiran  kota  dan pedesaan memiliki tantangan masing-masing. Banyak factor  yang  harus  diperhatikan  agar  data  bisa  dikirim
Vol. 15 No. 2, Oktober 2023, 122-126
e -ISSN: 2548-9828
dari suatu posisi bisa sampai pada alamat tujuan tanpa adanya  kehilangan  atau  kerusakan  paket  data.  Untuk menjamin  hal  tersebut,  diperlukan  sebuah  protokol yang  tepat  dan  sesuai  dengan  kebutuhan  perangkat dan  layanan  yang  disediakan.  Penelitian  yang membahas  mengenai  manfaat  IoT  dalam  bidang medis  berkembang  dengan  sangat  cepat  dalam  hal komunikasi  dan  data  sensor  yang  dikirim, diolah  dan dipantau. Komunikasi dengan jaringan GSM merupakan  pilihan  yang  paling  awal  diminati  karena dukungan  infrastruktur  yang  luas.  Namun,  jaringan GSM  memiliki  keterbatasan  karena  ada  area  yang tidak  bisa  dijangkau  [1].  Perangkat  komunikasi lainnya  adalah  teknologi bluetooth dan  jaringan wifi [2] dengan jangkauan yang juga terbatas. Tidak hanya masalah  teknologi  komunikasi,  data  sensor  yang dikirim  juga  sangat  beragam,  antara  lain  data  dekat jantung, data suhu tubuh, data otak, data otot, dan data medis lainnya.
Penelitian  yang  secara  khusus  menggunakan jaringan berjangkauan luas dan berdaya rendah seperti jaringan long range (Lora) dan long range wide area network  (loraWAN) berkembang  sangat  cepat  dan terus  bertumbuh.  Banyaknya pengujian  pada  jaringan lora dan loraWAN memberikan pengetahuan mengenai  kekurangan  dan  kelebihan  jika  sistem tersebut  diimplentasikan  pada  jarak  jangkauan  yang bervariasi  dan  lingkungan  yang  tidak  terkendali karena  berbagai  factor  seperti  cuaca,  letak  geografis, posisi  perangkat  sensor,  posisi  perangkat  lora  dan penempatan  antena.  Salah  satu  yang  memanfaatkan konsep  lora  untuk  mendeteksi  kandungan  cairan  urin dalam  suatu  sistem  diagnosis  pintar  berbasis  IoT  dan LoraWAN [3]. Penelitian mengenai model LoraWAN yang  tepat  dengan  konsumsi  energi  yang  rendah  [4]. Konsumsi energi bagi jaringan LoraWAN merupakan isu  penting  yang  terus  dikembangkan,  antara  lain pilihan  topologi,  optimalisasi  perangkat  dan  skema pengiriman pesan dari sensor ke gerbang jaringan [5].
Berdasarkan  hasil  penelitian  sebelumnya,  penulis mengembangkan  sebuah  sistem  untuk  optimasi pengiriman  data  dari  titik  sensor  melalui  perangkat pengendali  Arduino,  dan  selanjutnya  diteruskan menuju gerbang jaringan untuk ditampilkan pada situs web  dan  aplikasi  android.  Sistem  telemedis  ini  akan memantau  hasil  pembacaan  sensor  dari  tiga  posisi yang  berbeda  dengan  waktu  pengiriman  secara  terus menerus.

## Metode Penelitian
Sistem  telemedis  yang  dikembangkan  adalah sebuah topologi yang menghubungkan tiga perangkat lora yang setiap lora terhubung dengan sebuah sensor detak  jantung.  Selanjutnya  masing-masing  lora  akan berkomunikasi  kepada  sebuah  gateway  yang  akan menghubungkannya  ke  system  database  berbasis cloud  dan  selanjutnya  akan  menampilkan  hasilnya melalui sebuah website dan aplikasi berbasis android.
Arsitektur  yang  diusulkan  seperti  yang  ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Desain Telemedis EKG

## A. Sensor AD8232
Penggunaan  sensor  AD8232  untuk  mendapatkan rekaman  elektrokardiogram  (EKG).  Rekaman  ini merupakan  representasi  dari  aktivitas  jantung  saat sedang  bekerja.  Kondisi  jantung  bisa  diketahui  dari gelombang-gelombang  yang  dihasilkan  oleh  sensor ini.  Setiap  perubahan  yang  terjadi  pada  gelombang sebagai indikator adanya bagian jantung yang berkerja normal atau tidak normal. Sensor AD8232 merupakan alat  yang  dilengkapi  dengan  rangkaian  penguatan untuk  merekam  aktivitas  listrik  pada  jantung  seperti yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Sensor  ini menggunakan  satu  sadapan  dengan  kebutuhan  arus yang  rendah  170µA  dan  sumber  tegangan  berkisar  2 Volt sampai 3.5 Volt [6].
Gambar 2. Sensor AD8232

## B. Perangkat Komunikasi Lora
Perangkat yang digunakan untuk mengirimkan data rekaman  EKG  berupa  sebuah  modul  yang  dengan kemampuan  komunikasi  data  berdasarkan  protokol Lora.  Dengan  kemampuan  tersebut,  modul  ini  secara teori  mampu  menjangkau  area  kemampuan  sampai dengan  13.4  KM,  namun  untuk  mencapai  jangkauan tersebut,  diperlukan  pengaturan-pengaturan  seperti posisi  penempatan  modul  dan  posisi  antena  dengan kemampuan  area  dengan  sebaran  yang  luas  tanpa halangan.  Modul  Lora  jenis Lora  Ray  V1 memiliki kareakteristik  seperti  pada  Tabel  1.  Komponen  Lora ini  memiliki  kelebihan  karena  sudah  dilengkapi dengan  Arduino  ATMega  sebagai  pengendali,  dan komponen  untuk  komunikasi  RFM95  seperti  yang
ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Perangkat Lora Rayv1

## Hasil dan Pembahasan
Proses  komunikasi  dengan  topologi point  to  point menghasilkan  sebuah  skema  yang  distribusi  data hanya  melibatkan  dua  perangkat  yang  dihubungkan secara line  of  sight .  Untuk  mengetahui  dan  menguji komunikasi  dua  perangkat  Lora  ray  V1,  pada penelitian  ini  dilakukan  dengan  tiga  skenario. Penerapan  skenario  ini  bertujuan  untuk  mengetahui kekuatan transmisi berdasarkan jangkauan yang masih dapat  diterima  saat  terjadinya  komunikasi.  Adapun skenarionya adalah:
1. Skenario  1:  Dua  perangkat  lora  diletak  pada posisi  ketinggian  masing-masing  ±50  meter, dengan jarak antara keduanya sejauh ±200 meter.
2. Skenario  2:  Dua  perangkat  lora  diletak  pada posisi  ketinggian  masing-masing  ±50  meter, dengan jarak antara keduanya sejauh ±500 meter.
3. Skenario  3:  Dua  perangkat  lora  diletak  pada posisi  ketinggian  masing-masing  ±50  meter, dengan  jarak  antara  keduanya  sejauh  lebih  dari ±1 Kilometer.
Pengujian  pada  sistem  terintegrasi  untuk  telemedis dengan  data  sensor  detak  jantung  dilakukan  dengan skenario  1  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4. Sensor dan lora diletakkan pada Gedung Utama (GU) kampus  Politeknik  Negeri  Batam  dengan  jangkauan transmisi sejauh ±200-meter tanpa halangan letak dan posisi  geografis.  Secara  geografis  letak  perangkat pengirim dengan modul sensor pada GU berada pada koordinat
latitude
dan
longitude 1.1185647037284885, 104.04758690666701. Sedangkan  perangkat  penerima  diletakkan  pada Gedung  RTF  dengan  koordinat  posisi latitude dan longitude : 1.1190887149571551, 104.04985804976933.
Tabel 1 . Modul Telemedis EKG Modul Karakteristik Keterangan AD8232 Konsumsi arus: 170µA dan sumber tegangan 2-3.5 Volt Pin +IN adalah bagian yang dihubungkan
dengan elektroda left arm (LA), Sedangkan Pin -IN
Modul Karakteristik Keterangan dihubungkan dengan elektroda right arm (RA), LA dan RA
merupakan posisi penempatan elektroda pada tubuh. Modul  Lora  ray V1 Bootloader: ARDUINO PRO
MINI 3.3V 8MHz
Lora Chip : RFM95 915MHz Supporting Frequency : 915- 925MHz Antenna : 3 dBi Mikrokontroler :
Atmega328 3.3V Input Voltage :
Battery 3.7-4.2V Kemampuan antenna 3dbi pada frekuensi 915MHz, dengan kemampuan ini hasil komunikasi bisa dilakukan dengan jarak 1
KM
Pengujian  dilakukan  dengan  merekam  aktivitas listrik  jantung,  hasilnya  dikirimkan  secara  langsung menggunakan  jaringan  tanpa  kabel  dengan  protokol lora. Hasil rekaman EKG diperoleh dengan melakukan  pengukuran  seperti  pada  Gambar  5.a. Hasil  rekaman  diterima  oleh  bagian  penerima selanjutnya  ditampilkan  pada  arduiono  IDE,  seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.b.
Gambar. 4.  Pengujian sistem telemedis dengan jangkauan 200 meter
a b
Gambar 5. Rekaman EKG yang diterima dari GU; a. Pengambilan data;, b. Data EKG diterima
Pengujian selanjutnya dilakukan dengan skenario 2, skema ini untuk mengetahui jarak yang masih handal untuk proses pengiriman data. Titik sensor diletakkan
sejauh  ±500-meter  antara  pengirim  dan  penerima seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Pemasangan  perangkat  Lora  sebagai  pengirim dilakukan  pada  dua  titik  dengan  koordinat latitude : 1.1185647037284885, dan longitude : 104.04758690666701  berlokasi  pada  Gedung  Tower A  Kampus  Politeknik  Negeri  Batam.  Sedangkan perangkat  penerima  diletakkan  pada  Gedung  RTF dengan koordinat posisi latitude : 1.1190887149571551, dan posisi koordinat longitude : 104.04985804976933. Pengiriman data sensor dengan jarak yang lebih jauh dibandingkan dengan skenario 1 bagian  penerima  masih  bisa  menerima  data  EKG secara terus-menerus dengan kekuatan sinyal Receive Signal Strength  Indicator (RSSI)  yang  diterima sebesar  -37dBm  sampai  61dBm.  Indikator  ini  bisa menjadi  perbaikan  penempatan  perangkat  penerima dan pengirim secara lebih optimal.
Gambar. 6.  Pengujian sistem telemedis dengan jangkauan 500 meter
Pengujian skenario 3 dilakukan untuk mengetahui kekuatan  dan  kemampuan  dua  perangkat  lora  dalam berkomunikasi dengan jarak jangkauan yang diperluas. Komunikasi antara titik sensor dengan jarak lebih  dari  1  KM  menunjukkan  hasil  bahwa  rekaman EKG  tidak  bisa  diterima  oleh  perangkat  penerima seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar. 7.  Pengujian sistem telemedis dengan jangkauan 3.4 Kilo meter
Pengujian dengan jangkauan lebih luas membutuhkan pengaturan  pada  antenna  sehingga  kekuatan  sinyal yang  diketahui  melalui  parameter  RSSI.  Nilai  level RSSI  ini  mengindikasikan  daya  yang  diterima  oleh perangkat  penerima.  Penelitian  mengenai  kekuatan sinyal dengan variasi nilai RSSI pada ketinggian yang
berbeda menunjukkan bahwa semangkin tinggi posisi perangkat  pengirim  akan  menghasilkan  penguatan pada  nilai  level  RSSI  [7].  Oleh  karena  itu,  untuk mendapatkan  hasil  rekaman  data  sensor  yang  lebih baik,  diperlukan  pengaturan  posisi  antenna  pada kedua  perangkat,  baik  pada  bagian  pengirim  dan penerima.  Berdasarkan  pengujian  data  EKG  akan dikirim  secara  baik  selama  terus-menerus  jika  nilai RSSI antara -56dBm sampai -61dBm. Sedangkan jika nilai RSSI tidak stabil kurang dari -37dBm, maka bisa dipastikan  data  sensor  yang  dikirim  oleh  perangkat pengirim  tidak  akan  diterima  dengan  baik  oleh perangkat  penerima  seperti  yang  terjadi  pada pengujian menggunakan skenario 3.

## Kesimpulan
Komunikasi  data  yang  memanfaatkan  jaringan Lora dan LoraWAN memiliki keunggulan karena area jangkauan  yang  luas  dan  berdaya  rendah.  Pada penelitian  ini,  proses  pengiriman  data  dengan jangkauan  kurang  dari  1  KM,  setiap  titik  sensor mampu mengirimkan data rekaman EKG secara terus menerus  tanpa  gangguan.  Namun,  saat  titik  sensor diletakkan  pada  lokasi  lebih  dari  1  KM,  bagian perangkat  penerima  tidak  mampu  menerima  data dengan  baik.  Hal  tersebut  disebabkan  karena  posisi antena  pada  setiap  titik  sensor  dan  gerbang  jaringan berada  pada  posisi  yang  tidak  ideal,  sehingga  data sensor  yang  dikirim  oleh  bagian  pengirim  tidak mampu  diterima  oleh  bagian  penerima  secara  baik. Selain  itu,  adanya  pengaruh  lingkungan  seperti kondisi  cuaca,  letak  geografis  dan  derau  pada  setiap perangkat  yang  digunakan  menjadi  penghambat proses transmisi data.

## Daftar Pustaka
[1] D.  S.  Nugroho  and  I.  Fahruzi,  “An  Applica- tion  Real-time  Acquiring  EEG  Signal  from  Single Lead  Electrode  to  Recognize  Brain  Activity  using Neurosky Sensor,”  in 2019  International  Seminar  on Application  for  Technology of  Information  and  Com- munication (iSemantic) , Sep. 2019, pp. 400–404.
[2] K.  N.  Swaroop,  K.  Chandu,  R.  Gorrepotu, and  S.  Deb,  “A  health  monitoring  system  for  vital signs using IoT,” Internet Things , vol. 5, pp. 116–129, Mar. 2019.
[3] P.  A.  Catherwood,  D.  Steele,  M.  Little,  S. Mccomb,  and  J.  Mclaughlin,  “A  Community-Based IoT Personalized Wireless Healthcare Solution Trial,” IEEE  J.  Transl.  Eng.  Health  Med. ,  vol.  6,  pp.  1–13, 2018.
[4] T. Bouguera, J.-F. Diouris, J.-J. Chaillout, R.
Jaouadi,  and  G.  Andrieux,  “Energy  Consumption Model  for  Sensor  Nodes  Based  on  LoRa  and  Lo- RaWAN,” Sensors , vol. 18, no. 7, p. 2104, Jun. 2018.
[5] A.  Augustin,  J.  Yi,  T.  Clausen,  and  W. Townsley,  “A  Study  of  LoRa:  Long  Range  &  Low Power Networks for the Internet of Things,” Sensors , vol. 16, no. 9, p. 1466, Sep. 2016. [6] A.  S.  Prasad  and  N.  Kavanashree,  “ECG Monitoring  System  Using  AD8232  Sensor,”  in 2019 International  Conference  on  Communication  and Electronics Systems (ICCES) , Jul. 2019, pp. 976–980