Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC              2023                           Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal. 16-22

## Optimalisasi Jumlah Ring Dan Kluster Pada

## Skema Routing Lorawan Berbasis Variasi Model Sebaran Sensor
Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin, Dadang Gunawan
Program Studi Teknik Telekomunikasi Dan Sistem Nirkabel Cerdas, Fakultas Teknik  Elektro Universitas Indonesia E-mail: raden.andhika01@ui.ac.id, ajib.sa@ui.ac.id, guna@eng.ui.ac.id
Abstrak —  Teknologi  Long  Range  Wide  Area  Network (LoRaWAN)  yang  sangat  pesat  untuk  sistem  IoT  tidak  dapat disangkal  karena  komunikasi  nirkabel  LPWAN  memimpin dalam  skalabilitas,  masa  pakai,  kapasitas,  biaya,  dan  jarak transmisi.  terutama  karakteristik  LoRaWAN  yang  dapat melakukan  transmisi  jarak  jauh  dan  konsumsi  energi  yang rendah.  Namun,  konfigurasi  jaringan  yang  tepat  penting dilakukan untuk proses pertukaran paket data agar semua node dapat  terhubung  dengan  konsumsi  energi  rendah.  Menemukan konfigurasi  yang  optimal  untuk  mendapatkan  hasil  maksimal dari  protokol  transmisi  LoRa  merupakan  hal  yang  tidak terpisahkan  sebelum  penerapan.  Distance-Ring  Exponential Stations  Generator  (DRESG)  menghadirkan  skema  perutean yang  memungkinkan  perutean  multi-hop  dan  mengurangi konsumsi  energi  node.  Penelitian  ini  menggunakan  simulasi model  matematis  untuk  memperbaiki  metode  tersebut  dengan mengimplementasikan  pembagian  klaster  pada  busur  lingkaran dengan  berbagai skema penyebaran node, yang memungkinkan sistem memiliki mekanisme perutean dinamis yang menyesuaikan  dengan  distribusi  node. Hasil  simulasi menunjukkan  dengan  kombinasi  skema  distribusi  node random  uniform  centered dapat  meningkatkan  efisiensi  energi antara jumlah virtual ring dan node adalah  3 ring dan 6 ring, nilai bebas atau merata dari div 2 sampai dengan div 8 dengan critical node pada ring 1 dan memiliki energi terendah sebesar 0,56 mJ.
Kata  Kunci— LoRaWAN,  Perutean  multi-hop,  distribusi node

## I. P ENDAHULUAN
Internet  of  things ( IoT )  merupakan  sebuah  konsep teknologi  yang  berkembang  sangat  pesat,  bertujuan  untuk memperluas  manfaat  dari  konektivitas  internet  yang tersambung  secara  terus-menerus  [1]  bertujuan  untuk monitoring  serta  controlling  sehingga  menghasilkan  suatu data yang efisien, efektif, dan valid. Sedangkan pada sistem IoT  merupakan  hal  yang  lebih  kompleks  karena  dapat mengintegrasikan  dari  sensor  di  luar  sistem  utama,  dengan menggunakan  kemampuan  proses  dari  teknologi machine learning dan artificial intelligence.
Dalam  sistem  IoT,  LPWAN  sering  digunakan  untuk menghubungkan  perangkat  akhir  atau  node  ke gateway . Topologi star, dimana setiap node dalam jaringan langsung terhubung  ke gateway ,  merupakan  topologi  default  yang digunakan  dalam jaringan IoT [2]. Ini  memastikan koneksi setiap  node  ke  gateway.  Sebaliknya,  topologi  tidak  efisien dalam  hal  konsumsi  energi.  Node  harus  mempertahankan daya  transmisi  yang  tinggi,  belum  lagi  daya  meningkat dengan jarak dari gateway. Sebagian besar node diberi daya menggunakan  baterai  dengan  jumlah  energi  yang  terbatas [3].  Dengan  demikian,  masa  pakai  perangkat  bergantung pada energi yang dikonsumsi. Mengganti atau mengisi daya
baterai  tidak  akan  merepotkan  dalam  penerapan  perkotaan di  mana  sumber  daya  tersebar  luas.  Masalah  muncul  saat penerapan berada di area terpencil atau tidak dapat diakses di  mana  pemeliharaan  konstan  tidak  dapat  dilakukan.  Oleh karena itu, memperpanjang umur node sangat penting.
Untuk  memenuhi kebutuhan dan kondisi  dari penelitian dilakukan skema protokol multi-hop routing yang bertujuan untuk meningkatkan tingkat efisiensi energi yang digunakan pada perangkat. Jaringan telekomunikasi nirkabel LoRaWAN  menggunakan  teknik  modulasi long  range (LoRa).  Penggunaan  LoRa  memberikan  keunggulan  dari menggunakan  frekuensi  bebas  lisensi  dan  konsumsi  energi yang rendah [4].
Teknologi yang berkembang saat ini LPWAN digunakan dalam  sistem  IoT,  Long-Range  Wide  Area  Network (LoRaWAN) dengan protokol transmisi LoRa memungkinkan  konsumsi  energi  yang  lebih  rendah  dan jangkauan  yang  lebih  luas  [5].  Digunakan  chirp  spread spectrum  yang  membagi  bandwidth  menjadi  multiple narrowband  untuk  mengirim  paket  data  [6].  Konsumsi energi  yang  lebih  optimal  dapat  dicapai  dengan mengkonfigurasi ulang mekanisme routing selain direct-hop routing  pada  topologi  star.  Riset  ini  berfokus  pada perancangan  mekanisme  routing  yang  memungkinkan LoRaWAN menurunkan konsumsi energi tanpa mengurangi tingkat konektivitas. Rancangan yang diusulkan berdasarkan multi-hop  routing  memungkinkan  pertukaran  paket  data antar node sebagai relay untuk gateway.
Salah satu metode untuk mengaktifkan multi-hop routing pada LoRaWAN  menggunakan algoritma Routing Protocol for  Low-Power  and  Lossy  Network  (RPL)  pada  [5]. Memodifikasi  fungsi  tujuan  yang  digunakan  dalam  RPL untuk  memilih Spreading  Facto r  (SF)  sebagai  metrik perutean.  Metode  ini  meningkatkan  protokol  lapisan Medium  Access  Control (MAC)  standar  dengan mengimplementasikan  RPL  untuk  menentukan  SF  yang paling  optimal  untuk  setiap  tautan.  Routing  multi-hop  lain yang memanfaatkan SF adalah [7], yang mengusulkan untuk membagi  jaringan  menjadi  cluster.  SF  yang  berbeda  untuk transmisi  untuk  setiap  cluster  memengaruhi  penggunaan energi yang berbeda karena kecepatan data bervariasi.
Penelitian  terdahulu  yang  memanfaatkan  mekanisme perutean  multi-hop  untuk  jaringan  masif  adalah  kerangka kerja Distance-Ring  Exponential  Stations  Generator (DRESG)  di  LoRaWAN  adalah  [8].  Ini  menggunakan jaringan  topologi  pohon  di  mana  setiap  node  terhubung  ke induknya.  Cincin  virtual  menjadi  pedoman  untuk menempatkan  node  dengan  kapasitas  c r-1 untuk  setiap cabang  di  ring  r  dan  c  adalah  rasio  anak  pohon  untuk  satu node.  Memaksa  kenaikan  eksponensial  untuk  node  karena
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22
rasio  harus  konstan  di  seluruh  cabang.  Konsumsi  energi 96%  lebih  rendah  dicapai  dengan  skema  routing  multi-hop jika  dibandingkan  dengan  routing  direct-hop.  Penghematan energi  yang  disebabkan  oleh  lompatan  yang  lebih  pendek untuk transmisi data mengurangi daya transmisi.
Kemudian pada metode DRESG dikembangkan oleh [9] di  mana  diterapkan  distribusi  node  dapat  menyebar  secara acak    sehingga  lebih  mendekati  pada  kehidupan  nyata. Analisis  dan  simulasi  menggunakan  seribu  node  yang dikelompokkan  oleh  cincin  virtual  untuk  mensimulasikan perutean multi-hop dan mendorong kerangka kerja ke batas lain.  Rasio  hubungan  anak-orang  tua  Node  dioptimalkan kembali  untuk  menyesuaikan dengan distribusi. Metode ini menyediakan  beberapa  kombinasi  ring-hop,  yaitu  direct- hop,  next-ring  hop,  dan  variable-hop,  dengan  total kombinasi  R!  di  mana  R  adalah  jumlah  total  ring  yang digunakan.  Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa  kerangka kerja  yang  ditingkatkan  dapat  mencapai  konsumsi  energi 56% lebih rendah daripada routing direct-hop. Namun, tidak memiliki  tingkat  konektivitas  yang  tidak  dapat  mencapai tingkat konektivitas 99% kecuali jarak transmisi maksimum dikurangi  atau  mengubah  pengaturan  transmisi  daya  pada modul LoRa

## II. B AHAN DAN M ETODE
Penelitian  ini  menggunakan  metode  kuantitatif  sebagai sistematika dengan mengumpulkan data untuk meningkatkan jarak  transmisi  yang  lebih  pendek  dan  memungkinkan optimalisasi  dinamis  yang  dapat  beradaptasi  dengan penyebaran  distribusi  node  untuk  setiap  cluster.  Analisis dalam  karya  ini  diselesaikan  dengan  menggunakan pendekatan  model  matematis  yang  diproses  dan disimulasikan  menggunakan  MATLAB®.  Perancangan skema  routing  yang  diusulkan  dimulai  dari  pembuatan cluster dengan membagi node yang terdistribusi dengan ring kemudian membaginya lagi dengan circular arc. Di sisi lain, circular  arc  membatasi  area  untuk  melarang  lompatan  dari satu gugus busur ke gugus lainnya. Kombinasi kedua metode tersebut  membuat  arah  transmisi  lebih  lurus  atau  sejajar dengan  gateway.  Lompatan  yang  kurang  tegak  lurus  ke gateway berarti rute transmisi yang lebih langsung dan lebih pendek.
Pekerjaan  ini  memulai  perancangan  simulasi  skema routing  dengan  mendistribusikan  node  dalam  ruang  kerja melingkar sebagai jarak transmisi maksimum menjadi radius ring  terluar.  Proses  perancangan  dilanjutkan  dengan membuat  cluster-cluster  untuk  node-node  dalam  jaringan, dimulai  dari  cincin  dan  dilanjutkan  dengan  circular  arc. Selanjutnya,  simulasi  menghitung  energi  yang  dikonsumsi untuk  mentransmisikan  dan  menerima  paket  data  dari  node kritis  di  setiap  ring  untuk  setiap  cluster  dan  setiap kemungkinan skema routing.
A. Distribusi node
Penelitian  ini  memulai  perancangan  skema  routing dengan mendistribusikan node dalam ruang kerja melingkar. Jaringan menggunakan satu gateway yang terletak di tengah jaringan  yang  mencakup  seribu  node  yang  didistribusikan secara  acak.  Node  yang  terdistribusi  membentuk  area berbentuk  lingkaran  yang  dibatasi  oleh  jarak  transmisi maksimum modul LoRa. Itu menjadi radius area jika diukur dari titik pusat sistem, yang merupakan pintu gerbang
Distribusi seragam merupakan metode yang dipilih untuk mengacak  lokasi  node  [9],  [10].  Ini  dimulai  dengan mendistribusikan  angka  acak  dalam  rentang  populasi  node, membuat  dataset  dalam  satu  dimensi.  Penyebaran  node sebagai  distribusi  area  menggunakan  sistem  koordinat  dua dimensi dengan sumbu vertikal dan horizontal. Menemukan koordinat  menggunakan  produk  sinus  (untuk  vertikal)  dan cosinus  (untuk  horizontal)  dengan  kumpulan  data  yang dihasilkan  sebelumnya.  Metode  skema  random  uniform menciptakan  penyebaran  yang  berjarak  sama  dimana  jarak antar  node  terdistribusi  secara  merata  digambarkan  pada Gambar  1(a).  Metode  lain  yang  digunakan  adalah  dengan mengakar  kuadratkan  kumpulan  data  dan  kemudian menghitung  hasilnya.  Pendekatan  skema random  uniform centered menciptakan  penyebaran  node  yang  lebih  fokus menyebar  ke  node  pusat  atau  tengah  seperti  pada  Gambar 1(b). Skema random fibonacci Gambar 1(c) penyebaran node semakin bertambah mengikuti jumlah ring dari yang terdekat gateway  hingga  terjauh  dari  gateway.  Skema  fibonacci spread  pada  gambar  1(d)  penyebaran  node  yang  tersusun secara  teratur  pada  setiap  ring  dimana  node  semakin bertambah mengikuti jumlah ring dari yang terdekat gateway hingga terjauh dari gateway.
Gambar  1.  Hasil  simulasi  skema multi-hop  routing  (a) random uniform , (b) random uniform centered, (c) random Fibonacci, (d) Fibonacci spread

## B. Pengelompokan Node
Ada  dua  jenis  cluster  yang  digunakan  dalam  skema routing,  ring  dan  circular  arc.  Ring-ring  tersebut  digunakan sebagai  panduan  virtual  untuk  transmisi  data  agar  dapat melakukan  hop  ke  node  lain  seperti  yang  telah  disebutkan pada  [9].  Adapun  circular  arc,  itu  membagi  lingkaran distribusi  node  menjadi  area  transmisi  yang  lebih  kecil seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar    1.  Setiap  kluster membatasi  lompatan dari satu cluster ke kluster lain sambil memungkinkan  hubungan  anak-orang  tua  di  kluster  yang sama.  Area  yang  lebih  kecil  berarti  tampilan  yang  lebih detail  dapat  diterapkan  ke  setiap  kluster  untuk  membuat konektivitas  yang  adaptif  dan  dinamis  antar  node  saat melakukan  multi-hop.  Jarak  routing  akan  lebih  pendek karena  rute  yang  diambil  akan  lebih  tegak  lurus  dengan gateway.
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22
Dalam  skenario  ini,  kluster  ring  memiliki  peningkatan radius  yang  sama  untuk  setiap  ring,  dan  kemampuan  jarak transmisi  maksimum  gateway  akan  menjadi  radius  ring paling  luar.  Untuk  mekanisme  pengelompokan,  ring  dan node  membandingkan  jaraknya  dari  gateway.  Jika  jarak sebuah  simpul  lebih  pendek  dari  jari-jari  cincin,  simpul tersebut akan dianggap sebagai populasi cincin. Begitu juga sebaliknya,  jika  jarak  suatu  simpul  lebih  jauh  dari  jari-jari suatu  cincin,  maka  simpul  tersebut  akan  dianggap  sebagai populasi  cincin  berikutnya.  Semua  node  dalam  jaringan menerapkan  proses  yang  sama.  Cincin  dihitung  dari  cincin paling dalam mulai dari 1.
Adapun circular  arc ,  masing-masing  memiliki  besar sudut yang sama. Garis gradien virtual digambar di jaringan untuk mengelompokkan node untuk menentukan batas setiap kluster. Itu dimulai dengan garis dari pintu gerbang ke utara sampai  lingkar  paling  luar.  Kemudian,  garis  lain  dibentuk dengan memutar garis pertama dengan sudut yang ditentukan dari lingkaran penuh dibagi dengan nilai maksimum circular arc.  Dengan  adanya  gradien  garis  yang  terbentuk  dapat menentukan  koordinat  yang  dilewati  oleh  garis  tersebut. Node-node yang memiliki koordinat antara dua garis tersebut merupakan  bagian  dari  satu  kluster circular  arc .  Proses dilanjutkan  dengan  mengulang  proses  ke  arc  berikutnya searah jarum jam.

## C. Hubungan Anak-Orang Tua pada Node
Hubungan  anak-orang  tua  node  menentukan  jumlah maksimum node anak yang dapat dimiliki oleh  node induk. Meningkatkan  nilai  berarti  node  induk  perlu  menerima  dan memproses  lebih  banyak  paket  data  sebelum  mengirimkan ke  node  induk  berikutnya.  Diperlukan  konfigurasi  dan pengoptimalan tergantung pada populasi node dan distribusi untuk  menyeimbangkan  konsumsi  energi  dan  tingkat konektivitas
DRESG pertama  pada [8],  setiap  cabang  memiliki  rasio anak-induk  yang  tetap.  Kerangka  kerja  yang  ditingkatkan menggunakan  pendekatan  berbeda  yang  memperhitungkan distribusi  node  akun.  hubungan  anak-orang  tua  tidak  lagi tetap,  tetapi  bergantung  pada  jumlah  node  di  setiap  ring. Mengingat jumlah cincin dan busur lingkaran adalah R dan K,  C k adalah  matriks  hubungan  anak-orang  tua  R×R  dari circular arc ke-k dengan 𝑘 = 1, 2, … , 𝐾 . Elemen matriks 𝑐 , mengacu pada jumlah anak pada ring ke-j yang terhubung ke simpul induk di ring ke-i sebagai,
𝑐 , = ⌈ ⌉ (1)
di mana fungsi pembulatan ke atas dan 𝑁 adalah jumlah simpul pada busur lingkaran ke-k dan cincin ke-j dengan i<j, sebaliknya untuk 𝑁 . Karena matriks yang diterapkan untuk upstream dalam  kerangka  kerja, 𝑐 , adalah  nol  ketika  i  ≥  j untuk  setiap  kluster  k  yang  membentuk  matriks  menjadi segitiga bawah. Berbeda dengan penelitian sebelumnya, nilai K  adalah  1  karena  tidak  memperhitungkan  busur  lingkaran [9].
D. Kombina si Ring-Hop dengan Circular Arc Cluster Untuk  setiap  cluster  busur  lingkaran  k,  sebuah  node  di ring  r  dapat  mengirimkan  data  langsung  ke  gateway  atau node  lain  di  ring  yang  lebih  dekat  ke  gateway  [9].  Jika sebuah node dari ring r mengirim paket data ke sebuah node di  ring  (r-1),  itu  mendefinisikan  koneksi  sebagai  one  hop
atau  d(r)=1.  Ini  juga  berlaku  untuk  koneksi  dua  hop  atau d(r)=2  ketika  dikirim  ke  node  dalam  ring  (r-2)  dan  lebih banyak  lagi  yang  sama.  Koneksi  gateway  langsung didefinisikan  sebagai  d(r)=r  saat  paket  data  melompati sejumlah  r.  Rancangan  koneksi  jaringan  dalam  kerangka yang  diusulkan  ini  didasarkan  pada  nilai  d(r)  dengan menggabungkan berbagai kemungkinan multi-hop.
kombinasi R! ring-hop potensial untuk jaringan cincin R. Kombinasi  ring-hop  terdiri  dari direct  hop (DH), next-ring hop (NRH),  dan variable  hop (VH).  DH  atau  single-hop routing memberi tahu node untuk mengirim data langsung ke gateway.  NRH  adalah  perutean multi-hop yang  mengirim data  dalam  rantai  melalui  semua  cincin  sebelum  diterima oleh gateway. Sedangkan VH menggabungkan kedua metode yang  disebutkan  sebelumnya.  Jaringan  dengan  opsi  R=1 terbatas  pada  DH  karena  node  mengirim  data  langsung  ke gateway. Jaringan dengan R=2 memperoleh NRH di atas DH sebagai opsi karena node mampu melakukan satu lompatan. Untuk  VH  terjadi  Minimal  R=3  diperlukan  dan  mungkin untuk diterapkan dalam jaringan. Dengan alasan yang sama, potensi  kombinasi  VH  adalah  R!-2.  Tabel  1  mencerminkan kombinasi  ring-hop  untuk  jaringan  dengan  R=3  untuk membuat konsep DH, NRH, dan VH.
TABEL 1. P OTENSI K OMBINASI R ING -H OP U NTUK J ARINGAN R ING T IGA
Kombinasi Ring-Hop 𝒅(𝒓) = 𝟏 𝒅(𝒓) = 𝟐 𝒅(𝒓) = 𝟑 1 (DH) 1 2 3 2 (NRH) 1 1 1 3 (VH) 1 1 2 4 (VH) 1 2 1 5 (VH) 1 1 3 6 (VH) 1 2 2
Setiap  kombinasi  ring-hop  pada  Tabel  I  digambarkan dengan matriks konektivitas yang merepresentasikan jumlah paket  data  yang  dibawa  dalam  transmisi  untuk  satu  node pada  ring  tertentu  [8].  Matriks  konektivitas  ke-k  yang direpresentasikan dalam ∆ k adalah matriks segitiga atas tanpa offset. Elemen 𝜆 , menyatakan nilai biner dalam  matriks ∆ k dari  baris  i  dan  kolom  j.  Untuk 𝜆 , =1,  node  pada  ring  i mengirimkan  data  ke  ring  j.  Sebaliknya, 𝜆 , =0,  node  pada ring i tidak mengirimkan data ke ring j. Tabel 2 memberikan kombinasi  ring-hop  yang  dikonversi  dari  Tabel  1  ke  dalam matriks konektivitas.
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22
TABEL 2. KEMUNGKINAN MATRIKS CONNECTIVITY PADA JUMLAH VIRTUAL RING TIGA Skema Routing Connectivity matrix ∆ 𝒌 1 (DH) 1  0  0 0  1  0
0  0  1 2 (NRH) 1  1  1 0  1  1 0  0  1 3 (VH) 1  1  1 0  1  0 0  0  1 4 (VH) 1  0  0 0  1  1 0  0  1 5 (VH) 1  1  0 0  1  0 0  0  1
6 (VH) 1  0  1 0  1  0 0  0  1
Tabel 2, elemen diagonal matriks konektivitas (i=j) selalu 1 karena sebuah node harus mengirimkan paket datanya pada baseline  minimum.  Elemen  segitiga  bawah  (i<j)  selalu  0 karena  kerangka  perutean  multi-hop  bukan  untuk  transmisi hilir. Diasumsikan bahwa gateway memiliki akses ke saluran untuk  mengirimkan  sinyal  langsung  ke  node,  dibandingkan dengan node dengan sumber daya terbatas dari baterai.
Setelah  menentukan  kombinasi  ring-hop  potensial, langkah  selanjutnya  adalah  menemukan  perutean  multi-hop hemat  energi  untuk  node  kritis  [9].  Node  kritis  bertindak sebagai  perwakilan  untuk  jaringan  karena  menghabiskan energi paling banyak dibandingkan dengan node lainnya. Di DH,  simpul  kritis  adalah  cincin  terjauh  karena  perlu menggunakan  lebih  banyak  daya  untuk  mengatasi  jarak transmisi. Di NRH, simpul kritis adalah cincin terdekat saat meneruskan paket data dari cincin lain
E. Konsumsi Energi Node
Node  kritis  memiliki  masa  hidup  yang  lebih  pendek. Semakin  banyak  node  kritis  mati,  semakin  pendek  umur jaringan.  Oleh  karena itu,  cara  memilih  kombinasi  ring-hop terbaik  yang  dapat  mengurangi  konsumsi  energi  node  kritis menjadi  penting.  Pemilihan  kombinasi  ring-hop  yang  tepat dimulai  dengan  memodelkan  konsumsi  energi  node.  Pada penelitian  ini  model  energi  transceiver  digunakan  karena konsumsi  energi  terbesar  diperlukan  untuk  transmisi  dan penerimaan. Model ini juga telah digunakan oleh penelitian Biswajid Paul [9].
Untuk setiap busur lingkaran k dan cincin r, jumlah paket yang ditransmisikan dapat dirumuskan sebagai
𝑛 (𝑟) = 1 + ∑ 𝜆 , 𝑐 , (2)
Energi  yang  dibutuhkan  untuk  simpul  pada  busur lingkaran  k  dan  cincin  r  untuk  transmisi  didefinisikan sebagai
𝐸 (𝑟) = ( ) ( ) (3)
Masalah  seumur  hidup  jaringan  adalah  penipisan  energi yang  tidak  seragam  dari  node  yang  berbeda.  Dengan  kata lain, bagaimana mengurangi konsumsi energi dari node kritis dengan  memilih  kombinasi  ring-hop  terbaik.  Perhitungan konsumsi  energi  dimulai  dengan  mencari  spesifikasi  energi modul  komunikasi.  Salah  satu  modul  LoRa  standar  dan banyak  tersedia  adalah  SX1272  oleh  Semtech.  Modul memiliki  tingkat  daya  transmisi  yang  dapat  dikonfigurasi pada  Tabel  3  dan  sensitivitas  penerima  pada  Tabel  4 berdasarkan lembar data yang disediakan dari pabrikan [11].
TABEL 3.  KOMUNIKASI TX MODUL LoRa SX1272
Modul LoRa SX1272 Daya TX (dBm) Arus TX (dBm) 20 125 17 90
13 28 7 18 TABEL 4. KOMUNIKASI RX MODUL LoRa SX1272 Modul LoRa SX1272 Date Rate (kbps) Sensivitas (dBm) Arus RX (mA) 9.380 -122 10.5 1.172 -131 0.586 -134 0.293 -137
Konfigurasi dipilih berdasarkan link budget yang tersedia di  jaringan.  Jaringan  LoRaWAN  merupakan  jaringan nirkabel yang mengalami kehilangan transmisi yang dikenal dengan  path  loss  yang  dihitung  dengan  persamaan  (2)  dari [8]. Variabel d adalah jarak transmisi, dan f adalah frekuensi yang digunakan untuk transmisi. Persamaan dapat dikonversi untuk  beradaptasi  dengan  kehilangan  jalur  tertentu  dan menyesuaikan jarak node dengan (3)
𝑃𝐿(𝑑) = 23.3 + 37.6(𝑑)   + 21( ) ) (4)
𝑑 = 10 ( ) . ( ) / . (5)
Setiap node di setiap ring membutuhkan perhitungan path loss  karena  setiap  node  mungkin  memiliki  jarak  transmisi yang berbeda. Proses penghitungan menggunakan node kritis yang  mewakili  cluster  yang  terhubung  ke  nilai  maksimum yang  dinyatakan  dalam  matriks  hubungan  anak-orang  tua untuk  memastikan  bahwa  hasil  simulasi  sebanding  dengan pekerjaan  sebelumnya.  Dengan  demikian,  simulasi menghitung  satu  simpul  untuk  setiap  cincin  di  setiap  busur lingkaran.
Perhitungan  dimulai  dengan  mencari  konsumsi  energi transmisi. Node yang memiliki anak perlu mengirimkan data dirinya dan anak mereka. Total paket  yang perlu diteruskan dijelaskan dalam [9] sebagai
𝑛 (𝑟) = 1 + ∑ 𝛬 , 𝑐 , (6)
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22
di  mana  r  adalah  cincin  simpul  saat  ini.  Karena  metode yang diusulkan memiliki klaster lain dengan busur lingkaran yang  dilambangkan  dengan  K  untuk  jumlah  klaster  dan  k untuk busur simpul saat ini, persamaannya menjadi
𝑛 (𝑟) = ∑ 1 + ∑ 𝛬 , 𝑐 , (𝑘) (7)
untuk mengetahui jumlah rata-rata paket yang dikirimkan untuk satu node dalam cincin tertentu dari seluruh busur.
Jika paket membutuhkan agregasi sebelum mentransmisikan untuk mengurangi muatan transmisi. Hasil dari  (4)  atau  (5)  dibagi  dengan  nilai  agregasi  yang dilambangkan  dengan 𝑛 [ ] yang  disebutkan  dalam  [9] sebagai
𝑛 [ ] (𝑟) = ( ) [ ] (8)
Hasil yang diterapkan pada perhitungan konsumsi energi dijelaskan dalam [8] sebagai
𝑒 [ ] (𝑟) = 𝑛 [ ] (𝑟) × [ ] × 𝐼 [ ] (𝑝) × 𝑉 (9)
di mana L DP adalah ukuran data dalam kilobyte dan S [TX] adalah  kecepatan  data  yang  digunakan  untuk  mengirimkan paket  dari  Tabel  II.  Produk  dari  kedua  variabel  ini  adalah total  waktu  dalam  detik  untuk  mengirimkan  paket  data. Kemudian,  I [TX] adalah  variabel  arus  transmisi  modul  dari Tabel  II  dan  V DD adalah  untuk  tegangan  kerja  modul. Tegangan  dengan  arus  digabungkan  akan  memberikan  nilai daya  yang  digunakan  dalam  Watt.  Kemudian,  konsumsi energi  akan  menjadi  hasil  perkalian  daya  dengan  waktu dalam satuan Joule.
Untuk konsumsi energi pada sisi penerima, perhitungannya seperti yang dijelaskan pada [8] dengan
𝑒 [ ] (𝑟) = ∑ 𝛬 , 𝑐 , ∑ , , [ ] × , [ ] ×
𝐼 [ ] (𝑝) × 𝑉 (10)
dimana memiliki metode yang sama dengan menghitung energi transmisi, dimulai dengan mencari jumlah paket yang diterima  kemudian  mencari  waktu  dan  tenaga  yang dibutuhkan  untuk  memproses.  Untuk  mengadaptasi  cluster busur lingkaran, (10) diubah menjadi
𝑒 [ ] (𝑟) = 1 K Λ r,i+1 R-1 i=r c i+1,  r (k) 1+ ∑ Λ i+1,j R j=i+2 c j,  i+1 (k) n p [max] K k=1 × LDP Si+1, r [TX] ×I [ RX ] (p)×V DD (11)
Menemukan  konsumsi  energi  total  hanya  menambahkan kedua hasil dari (7) dan (9) seperti pada
𝑒 [ ] (𝑟) = 𝑒 [ ] (𝑟) + 𝑒 [ ] (𝑟) (12)
di  mana  (r)  artinya  perhitungan  yang  disajikan  adalah untuk  cincin  tunggal.  Oleh  karena  itu,  untuk  menghitung konsumsi energi total untuk sistem dan setiap kemungkinan kombinasi skema perutean membutuhkan pengulangan untuk setiap  langkah.  Sebuah  loop  untuk  setiap  matriks
konektivitas,  konsumsi  energi  total  setiap  cincin,  dan  setiap busur lingkaran.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pendekatan kerja ini menggunakan model matematis dan disimulasikan  menggunakan  MATLAB®.  Inisialisasi  dan konfigurasi  simulasi  menggunakan  modul  LoRa  SX1272 pada frekuensi 868 MHz dan data telemetri GPS untuk LoRa dengan  sebaran  node  yang  berbeda.  Untuk  parameter lengkap yang digunakan dalam simulasi ini, lihat Tabel 5 .

## TABEL 5. PARAMETER PENGUJIAN PADA SIMULASI
Parameter Value Jumlah Node 1000 Distribusi Node Random Uniform, Random Uniform Centered, Random Fibonacci, Fibonacci Spread Frekuensi Kerja 868 MHz Besar Data 19 Byte Tegangan Kerja 3 V Aggregasi Data Tidak Digunakan
A. Simulasi  total  konsumsi  minimum  energi  circular  ring dengan distribusi penyebaran node random uniform.
Tujuan  simulasi  pertama  adalah  untuk  membandingkan dengan  pekerjaan  sebelumnya  di  [9].  Perbandingan  yang dilakukan  adalah  dengan  membuat  kembali  kerangka  kerja untuk memastikan hasil dalam kondisi dan lingkungan yang sama. Total konsumsi energi minimum adalah jumlah energi yang  dikonsumsi  oleh  node  di  setiap  ring  dengan  energi terendah.  Ini  akan  mendapatkan  gambaran  energi  yang dibutuhkan  untuk  siklus  pertukaran  data  paket  dalam jaringan. Hasil simulasi ditunjukkan pada Tabel 6.

## TABEL 6. HASIL KONSUMSI ENERGI MINIMUM PADA VIRTUAL RING
B. Simulasi total  konsumsi  minimum  energi virtual  ring dan circular arc  menggunakan distribusi penyebaran node Random  Uniform,  Random  Uniform  Centered, Random Fibonacci, Fibonacci Spread
Skema penyebaran node dengan kluster dilakukan untuk mengurangi  jarak  transmisi  antar node yang  dilakukan  saat melakukan hop antar ring .dan mempersempit  daerah transmisi,  dengan  memperhitungkan  konfigurasi  yang berbeda  pada  masing-masing virtual  ring dan  kluster circular arc sehingga memungkinkan untuk konsumsi energi dapat dioptimalkan.
Jumlah Virtual Ring Critical Ring Kosumsi Energi (mJ) 3 1 2,02 4 1 4,27 5 1 8,10 6 2 2,59 7 2 3,24
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22
Simulasi  kedua  membandingkan  dampak  penggunaan virtual ring  dalam jaringan. Skenario ini menerapkan sistem ring  clustering  dengan  menggunakan  distribusi  penyebaran node Random Uniform, Random Uniform Centered, Random Fibonacci,  Fibonacci  Spread ,  untuk  mencari  penggunaan metode  penyebaran critical node  pada ring sebagai  energi yang terendah.
a) Distribusi penyebaran node Random Uniform
Tabel  7,  menunjukan  hasil  yang  menerapkan  sistem clustering  pada  virtual  ring  dengan  dengan  metode distribusi node random uniform
TABEL  7.  HASIL  SIMULASI  TOTAL  KONSUMSI  ENERGI MINIMUM  DISTRIBUSI  NODE RANDOM  UNIFORM PADA

## VIRTUAL RING DAN SISTEM CLUSTERING
Jumlah  Critical Kosumsi Energi (mJ) Skema virtual Ring Div 2 Div 3 Div 4 Div 5 Div 6 Div 7 Div 8 Routing ring 3 1 2,08  2,08  2,20  2,07  2,07  2,07  1,88 NRH 4 1 4,51  4,51  4,51  6,06  6,32  5,46  4,79 NRH 5 1 11,9  10,1  9,66  10,7  8,98  9,17  7,07 NRH 6 1 1,88  2,20  2,39  2,39  2,39  2,53  2,53 NRH 7 2 3,31  3,24  3,82  4,09  4,17  3,59  3,08 NRH
Hasil  simulasi  pada  tabel  7  menunjukkan  bahwa dengan  distribusi  yang  berifat  random  uniform kombinasi optimal antara jumlah virtual ring dan node adalah    3  virtual  ring  yang  memiliki  energi    terendah sebesar  2.20  mJ  pada  divisi  4  dengan  critical  ring  1 menggunakan skema routing Next Ring Hop (NRH)
b) Distribusi  penyebaran  node Random  Uniform centered
TABEL 8 . HASIL  SIMULASI  TOTAL  KONSUMSI  ENERGI
MINIMUM DISTRIBUSI NODE RANDOM UNIFORM CENTERED PADA VIRTUAL RING DAN SISTEM CLUSTERING Jumlah  Critical Kosumsi Energi (mJ) Skema Routing virtual Ring Div 2 Div 3 Div 4 Div 5 Div 6 Div 7 Div 8 ring 3 1 0,56  0,56  0,56  0,56  0,56  0,56  0,56 NRH 4 1 0,88  0,88  0,88  0,88  0,88  0,88  0,88 NRH 5 1 1,27  1,27  1,27  1,27  1,27  1,27  1,27 NRH 6 1,2 0,56  0,56  0,56  0,56  0,56  0,56  0,56 NRH 7 1 0,88  0,88  0,88  0,88  0,88  0,88  0,88 NRH
Hasil  simulasi  pada  tabel  8  menunjukkan  bahwa dengan  distribusi  yang  berifat random  uniform centered kombinasi optimal antara jumlah virtual ring dan  node  adalah    3  ring  dan  6  ring,    nilai  bebas  atau merata  dari  divisi  2  sampai  dengan  divisi  8  dengan critical node pada ring 1 dan memiliki energi terendah
sebesar  0,56  mJ  menggunakan  skema routing  Next Ring Hop (NRH)
c) Distribusi penyebaran node Random Fibonacci
Hasil  simulasi  pada  tabel  9  menunjukkan  bahwa dengan  distribusi  yang  berifat  random  fibonacci kombinasi  optimal  antara  jumlah  virtual  ring  dan circular  arc  adalah  3  virtual  ring,  mempunyai  nilai energi  total  terendah  sebesar  2,71  mJ  pada  divisi  7 dengan  critical  ring  pada  ring  1  menggunakan  skema routing Next Ring Hop (NRH)
TABEL 9 . HASIL  SIMULASI  TOTAL  KONSUMSI  ENERGI MINIMUM  DISTRIBUSI  NODE  RANDOM  FIBONACCI  PADA VIRTUAL RING DAN SISTEM CLUSTERING
Jumlah  Critical Kosumsi Energi (mJ) Skema Routing virtual Ring Div 2 Div 3 Div 4 Div 5 Div 6 Div 7 Div 8 ring 3 1 1,63  2,34  2,20  1,63  1,81  2,71  2,53 NRH 4 1 3,24  4,33  5,41  6,57  5,86  3,77  4,09 NRH 5 1 5,22  7,89  7,28  4,76  6,83  11,5  5,85 NRH 6 1,2 1,88  2,71  1,69  2,20  1,69  3,08  9,01 VRH 7 1,2 3,92  0,88  3,43  2,41  2,15  2,95  5,12 VRH
d) Distribusi penyebaran node Fibonacci Spread
TABEL 10 . HASIL  SIMULASI  TOTAL  KONSUMSI  ENERGI MINIMUM  DISTRIBUSI  NODE FIBONACCI  SPREAD PADA

## VIRTUAL RING DAN SISTEM CLUSTERING
Jumlah Critical Kosumsi Energi (mJ) Skema virtual Ring Div 2 Div 3 Div 4 Div 5 Div 6 Div 7 Div 8 Routing ring 3 1 2,02  2,02  2,02  2,02  2,02  2,02  2,02 NRH 4 1 4,07  4,07  4,07  4,51  4,07  4,51  4,07 NRH 5 1 7,53  8,36  8,36  10,1  9,03  11,2  9,47 NRH 6 1 2,20  2,20  2,20  2,20  2,59  2,20  2,20 VRH 7 1,2 3,22  3,45  3,41  3,45  3,45  3,43  3,45 VRH
Hasil  simulasi  pada  tabel  10  menunjukkan  bahwa dengan  distribusi  yang  berifat  random  fibonacci kombinasi  optimal  antara  jumlah  virtual  ring  dan circular arc adalah 3 virtual ring yang mempunyai nilai energi  total  bebas  atau  merata  dari  divisi  1  sampai divisi  8  dengan  energi  terendah  sebesar  2.02  mJ, critical ring pada ring 1 dan skema routing yang ideal menggunakan Next Ring Hop (NRH)
Dari perbandingan hasil simulasi tabel 7, tabel 8, tabel 9 dan  tabel  10,    simulasi  skema  distribusi  node Random Uniform centered memiliki nilai energi terendah sebesar 0,56 mJ  dikarenakan  peningkatan  efisiensi  energi  mengartikan node dapat memiliki masa aktif yang lebih lama.
Vol 10 No. 1 @ 2022 Raden Andhika Ajiesastra, Ajib Setyo Arifin & Dadang JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER TRIAC                2023                          Gunawan https://journal.trunojoyo.ac.id/triac                                                     hal 16-22

## IV. K ESIMPULAN
Penelitian  telah  dilakukan  untuk  perancangan  skema multi-hop routing menggunakan virtual ring dan circular arc untuk  sistem  telekomunikasi  LoRaWAN  dengan  tujuan untuk  meningkatkan  efisiensi  energi  dari  beberapa  skema distribusi node . Perancangan dilakukan dengan menggunakan simulasi model matematis untuk mendapatkan nilai  konsumsi  energi  berdasarkan  spesifikasi  modul  LoRa SX1272  dari  masing-masing  skema.  Dapat  disimpukan  dari penelitian ini bahwa
1. Perancangan    penelitian  dengan  metoda  skema  kluster distribusi node virtual ring dan circular arc untuk multi- hop  routing dapat  meningkatkan  efisiensi  energi  pada critcal node pada ring dibanding denga n tanpa circular arc.
2. Dengan  kombinasi  skema  distribusi  node random uniform  centered dapat  meningkatkan  efisiensi  energi antara jumlah virtual ring dan node adalah  3 ring dan 6 ring,    nilai  bebas  atau  merata  dari  div  2  sampai  dengan div  8  dengan critical  node pada  ring  1  dan  memiliki energi  terendah  sebesar  0,56  mJ  menggunakan  skema routing Next Ring Hop (NRH).
3. Dari  beberapa  skema  penelitian  ini  dengan  distribusi yang  berifat random  fibonacci memiliki  energi  total tertinggi  sebesar  2.71  mJ  dengan  kombinasi  optimal antara jumlah virtual ring dan node adalah  3 virtual ring pada divisi 7 dengan critical ring 1.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Yoyon Efendi,” Internet Of Things (Iot) Sistem Pengendalian Lampu Menggunakan  Raspberry  Pi  Berbasis  Mobile”,  Jurnal  Ilmiah  Ilmu Komputer, Vol. 4, No. 1, April 2018.
[2] F. Muteba, K. Djouani, and T. Olwal, “A comparative Survey Study on LPWA  IoT  Technologies: Design, considerations, challenges and solutions,” Procedia Comput. Sci. , vol. 155, pp. 636–641, Jan. 2019, doi: 10.1016/J.PROCS.2019.08.090.
[3] R.  Ratasuk,  N.  Mangalvedhe,  Y.  Zhang,  M.  Robert,  and  J.  P. Koskinen, “Overview of narrowband IoT in LTE Rel-13,” 2016 IEEE Conf.  Stand.  Commun.  Networking,  CSCN  2016 ,  Dec.  2016,  doi: 10.1109/CSCN.2016.7785170.
[4] R. Sanchez-Iborra, J. Sanchez-Gomez, J. Ballesta-Viñas, M. D. Cano, and  A.  F.  Skarmeta,  “Performance  evaluation  of  lora  considering scenario conditions,”Sensors (Switzerland), vol. 18, no. 3, Mar. 2018, doi: 10.3390/s18030772 .
[5] B.  Sartori,  S.  Thielemans,  M.  Bezunartea,  A.  Braeken,  and  K. Steenhaut,  “Enabling  RPL  multihop  communications  based  on LoRa,” Int.  Conf.  Wirel.  Mob.  Comput.  Netw.  Commun. ,  vol.  2017- October, Nov. 2017, doi: 10.1109/WIMOB.2017.8115756
[6] L.  Vangelista,  “Frequency  Shift  Chirp  Modulation:  The  LoRa Modulation,” IEEE Signal  Process. Lett. , vol. 24, no. 12, pp. 1818– 1821, Dec. 2017, doi: 10.1109/LSP.2017.2762960.
[7] G.  Zhu,  C.  H.  Liao,  M.  Suzuki,  Y.  Narusue,  and  H.  Morikawa, “Evaluation  of  LoRa  receiver  performance  under  co-technology interference,”  in CCNC  2018  -  2018  15th  IEEE  Annual  Consumer
Communications  and  Networking  Conference ,  Jan.  2018,  vol.  2018- Janua, pp. 1–7, doi: 10.1109/CCNC.2018.8319183.
[8] S. Barrachina-Muñoz, B. Bellalta, T. Adame, and A. Bel, “Multi-hop communication in the uplink for LPWANs,” Comput. Networks , vol. 123, pp. 153–168, Aug. 2017, doi: 10.1016/j.comnet.2017.05.020.
[9] B.  Paul,  “A  Novel  Energy-Efficient  Routing  Scheme  for  LoRa Networks,” IEEE Sens. J. , vol. 20, no. 15, pp. 8858–8866, Aug. 2020, doi: 10.1109/JSEN.2020.2983765.
[10] M.  O.  Farooq,  “Multi-hop  communication  protocol  for  LoRa  with software-defined  networking  extension,” Internet  of  Things ,  vol.  14, p. 100379, Jun. 2021, doi: 10.1016/J.IOT.2021.100379
[11] “Semtech  SX1272/73  Datasheet  Rev.  4,”    2023.  Accessed:  april.  5, 2023. [Online]. https://manualzz.com/doc/55353362/semtech-sx1272- lora%C2%AE-transceiver-datasheet