TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 DOI : 10. 34010/telekontran. TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 p-ISSN : 2303 Ae 2901 e-ISSN : 2654 Ae 7384 Analisis Kinerja Topologi WSN Untuk Aplikasi Kelembapan Tanah Perkebunan Kentang Performance Analysis for Soil Humadity Monitoring in Potato Plants Using Network Topology Frafana Arifudin Khawas*1. Sri Supatmi2 Program Studi Teknik Elektro. Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Magister Sistem Informasi. Fakultas Pascasarjana Universitas Komputer Indonesia Jl. Dipati ukur No 112. Bandung *Email: frafana@mahasiswa. Abstrak - Kentang merupakan komoditas hortikultura yang berperan penting dalam mewujudkan ketahanan Pemantauan kelembaban tanah dalam perawatan tanaman kentang berperan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan kentang. Banyak kendala yang dihadapi untuk dapat melakukan pengawasan terhadap lahan gambut di Indonesia, maka diperlukan metode surveilans alternatif yang dapat menjangkau lokasi yang sulit. Salah satu pendekatan yang dilakukan adalah kolaborasi antara teknologi Wireless Sensor Network (WSN) dan Internet of Things (IoT) berbasis mikrokontroler. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang node sensor kelembaban tanah dengan menerapkan IoT pada sistem wireless sehingga sistem dapat diakses dari jarak jauh, serta membandingkan akurasi, jarak, dan kecepatan pada topologi Tree dan mesh. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode deskriptif analitis dengan pendekatan Sedangkan pada proses pembangunan aplikasi menggunakanWSN. Sistem ini terintegrasi dengan IoT yang menggunakan ESP8266 sebagai prosesor dari sensor node yang dibuat dan menggunakan Raspberry Pi sebagai server dari seluruh sistem. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem bisa dipantau dari jarak jauh dan memudahkan petani untuk mengetahui kelembaban tanah. Pada akhirnya, aplikasi ini hadir sebagai media informasi untuk menentukan komunikasi antar node sensor di dunia pertanian. Sistem ini juga memiliki fitur terintegrasi dengan instansi atau wilayah setempat untuk melaporkan kelembaban tanah di perkebunan kentang melebihi kelembaban yang ditentukan. Dampak nyata setelah melakukan pengujian ini adalah bisa diaplikasikan oleh petani untuk memudahkan dalam proses menganalisis kelembaban dengan sistem jarak jauh bisa diaplikasikan oleh petani untuk memudahkan dalam proses menganalisis kelembaban dengan sistem jarak Kata kunci : IoT. Mesh. Sensor Soil Moisture. Topologi Jaringan Tree. WSN Abstract - Potato is a horticultural commodity that plays an important role in realizing food security. Monitoring soil moisture in potato plant care plays an important role in potato growth and development. There are many obstacles faced in being able to monitor peatlands in Indonesia, so alternative surveillance methods are needed that can reach difficult locations. One of the approaches taken is a collaboration between Wireless Sensor Network (WSN) technology and IoT based on a microcontroller. The purpose of this study is to design a soil moisture sensor node by implementing IoT on a wireless system so that the system can be accessed remotely, and to compare accuracy, distance, and speed in tree and mesh topologies. The research method used in this research is descriptive analytical method with a qualitative approach. While in the application development process using the Wireless Sensor Network. This system is integrated with the IoT that uses ESP8266 as the processor of the sensor node that was created and uses the Raspberry Pi as a server for the entire system. The results showed that the system could be monitored remotely and made it easier for farmers to determine soil moisture. In the end, this application is present as an information medium to determine communication between sensor nodes in the agricultural world. This system also has an integrated feature with local agencies or regions to report soil moisture in potato plantations exceeding the specified humidity. The results of this study can be applied by farmers to facilitate the process of analyzing humidity with a remote Keywords :IoT. Mesh. Soil Moisture Sensor. Tree Network Topology. WSN TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 PENDAHULUAN Kentang merupakan komoditas hortikultura yang berperan penting dalam mewujudkan ketahanan Kentang dikenal sebagai alternatif sumber karbohidrat yang dapat menggantikan kebutuhan pokok masyarakat. Produksi fotosintesis yang tinggi menguntungkan tanaman kentang untuk menghasilkan umbi yang lebih besar dengan bobot per tanaman sehingga menghasilkan total umbi yang lebih besar . Pemantauan kelembaban tanah dalam perawatan tanaman kentang memegang peranan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan kentang . Berdasarkan permasalahan tersebut maka Wireless Sensor Network (WSN) dapat menjadi salah satu solusi, dengan memanfaatkan teknologi ini memungkinkan pengiriman data dari akuisisi kondisi secara wireless dari Arduino ke web server yang kemudian disimpan dalam database sehingga petani dapat memonitoring secara real, waktu kondisi setiap saat . WSN umumnya digunakan untuk melakukan pengawasan terhadap sebuah daerah yang sulit dijangkau oleh manusia seperti pada penelitian sebelumnya, lahan gambut terpencil . Berdasarkan permasalahan tersebut Wireless Sensor Network (WSN) bisa menjadi salah satu solusi, dengan memanfaatkan teknologi ini memungkinkan pengiriman data hasil akuisisi kondisi secara nirkabel dari ESP8266 ke web server yang kemudian disimpan di database sehingga petani dapat memantau secara real-time kondisi setiap waktu . Kelembaban tanah merupakan salah satu faktor utama dalam menentukan tingkat kekeringan suatu Kelembaban optimal untuk kentang adalah 40%-60%. Hubungan antara unsur-unsur dasar didalam suatu jaringan yaitu node, link, dan station dalam jaringan komputer atau telekomunikasi disebut yang dinyatakan sebagai topologi jaringan. Pada penelitian ini, topologi jaringan yang dianalisis adalah Tree dan mesh . Parameter yang diukur dalam kinerja jaringan komunikasi nirkabel yaitu Received Signal Strength Indicator (RSSI), jarak jangkauan komunikasi, troughput dan delay. RSSI merupakan suatu ukuran kekuatan sinyal radio yang dapat diterima oleh receiver. Hal yang mempengaruhi besarnya nilai RSSI adalah jarak antara pemancar . WSN merupakan sistem yang telah peneliti rancang, sistem ini merupakan suatu sistem yang terintegrasi dengan IoT. ESP8266 merupakan prosesor yang digunakan dari sendor node dengan memanfaatkan server Raspberry Pi. Sistem yang digunakan ini mengutamakan pencegahan kekeringan dengan mendeteksi tingkat kelembaban lingkungan disetiap node. Hasil yang diharapkan dari sistem ini yaitu bisa dideteksinya kelembaban tanah dengan cara pemantauan jarak jauh . Penelitian sebelumnya tentang jaringan sensor Wireles dilakukan oleh S. Meka dan B. Fonseca . Dalam penelitian tersebut disebutkan bahwa teknologi WSN sangat membantu untuk mendeteksi dan memprediksi hubungan node sensor yang ditentukan node mana yang dilewati. Hal ini senada dengan S. Putra . , yang menyatakan bahwa teknologi IoT berdampak signifikan terhadap pengelolaan data node sensor dan jaringan sensor nirkabel. Ada juga penelitian lain yang mengkaji topologi jaringan untuk perbandingan antara penggunaan topologi bus dan topologi star . Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang node sensor kelembaban tanah dengan menerapkan IoT pada sistem Wireless sehingga pengukuran kelembaban dapat diakses dari jarak jauh, dengan mempertimbangkan kualitas jaringan dalam hal ini kuat sinyal yang dihasilkan berdasarkan jarak antar node. II. METODOLOGI Perancangan alat pada penelitian ini terdapat penentuan jumlah dan posisi node sensor, node server, perangkat keras dan perangkat lunak. Metode untuk menentukan jumlah dan posisi node sensor menggunakan metote topologi jaringan tree dan mesh. Sedangkan untuk perangkat lunak dalam rancangan sistem ini program pengaplikasianya menggunakan Wireles Sensor Network (WSN). WSN merupakan sistem yang telah peneliti rancang, sistem ini merupakan suatu sistem yang terintegrasi dengan IoT. ESP8266 merupakan prosesor yang digunakan dari sensor node dengan memanfaatkan server Raspberry Pi. Sistem yang digunakan ini mengutamakan pencegahan kekeringan dengan mendeteksi tingkat kelembaban lingkungan disetiap node. Hasil yang diharapkan dari sistem ini yaitu bisa dideteksinya kelembaban tanah dengan cara pemantauan jarak jauh . Beberapa parameter yang bisa menilai kinerja jaringan komunikasi nirkabel yaitu Received Signal Strength Indicator (RSSI), jarak jangkauan komunikasi, troughput dan delay, bagian proses blok pada sensor node terdapat pada Gambar 1. TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 Diagram alir sensor yang telah dibuat dijelaskan pada Gambar 1. Node membaca kelembaban lahan menggunakan sensor soil moisture, data yang dihasilkan yaitu berupa data array pembacaan kelembapan disekeliling sensor. Data yang telah dibaca kemudian dikirimkan oleh node ke server atau ke node setelahnya untuk kemudian diterukan ke server. Apabila terjadi masalah seperti terhambatnya pengiriman sinyal, maka akan dilakukan pengiriman kembali yang akan melewati proses delay selama dua detik. Selain itu sistem akan membutuhkan waktu selama t0 detik sebelum proses program selesai. Selama waktu tersebut sensor node akan melakukan pembacaan data dari sensor lainnya . ESP8266 merupakan mikrokontroler yang melakukan perancangan komunikasi antar node. Esp 8266 merupakan hasil dari pengembangan produk IoT berbasis Firmware eLua dan y (SoC) ESP8266-12E. ESP8266 adalah chip WiFi dengan protocol stack TCP/IP lengkap sedangkan board arduino-nya yang digunakan adalah NodeMCU. Node MCU telah menggabungkan ESP8266 ke dalam sebuah board yang kompak dengan berbagai fitur layaknya mikrokontroler. Pada NodeMCU juga terdapat kapabilitas akses untuk mengakses Wifi serta chip komunikasi USB ke serial. Maka dari itu dalam memprogramnya hanya dibutuhkan perpanjangan kabel data USB, hal ini menyerupai Alasan NodeMCU ESP8266 adalah dikarenakan node ini mudah untuk deprogram dan juga pin I/O yang ditandai dengan bisa dilakkan akses jaringan Internet dalam mengirimkan serta mengambil data melalui koneksi internet berbasis WiFi. Bentuk dari Node Sensor terdapat pada Gambar 2. Gambar 34. Flowchart Proses Sensor Node TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 Gambar 35. Bentuk Node Sensor Gambar 2 menunjukan bentuk Node sensor yang digunakan dalam komunikasi antar node. Sensor yang telah dirancang akan disimpan di area tanah sehingga bisa mendeteksi kelembapan tanah pada lahan tersebut. Beberapa alasan dalam pemilihan komponen pada penelitian ini yaitu berdasarkan fungsinya. Fungsi Soil Moisture sebagai input, proses pengolahan data pada mikrokontroller ESP8266 dan Raspberry Pi, sedangkan untuk bagian keluaran . terdapat Pompa dc. Sensor soil moisture yang digunakan bisa menghasilkan keluaran berupa nilai kelembapan yang akan diproses oleh mikrokontroller . ESP8266 mempunyai 10 pin masukan atau keluaran, dimana pada 10 buah pin tersebut bisa sebagai GPIO. Fungsionalitas PWM, antarmuka I2C dan SPI Antar muka 1 wire, power input. ADC, dan tombol reset. Raspberry Pi merupakan salah satu komponen yang memiliki fungsi sebagai sensor dalam penerimaan data, pengirim data, dan juga dalam pemroses data. Dalam perancangan perangkat keras harus disesuaikan berdasarkan kebutuhan dari sistem. Sedangkan untuk pembuatan Software mengendalikan seluruh proses kerja sistem. Perangkat lunak yang telah dibuat akan memberikan intruksi kepada perangkat keras untuk melaksanakan tugas tertentu agar sistem bisa merespon masalah yang muncul di lingkungan . Dalam system yang telah dirancang ini terdapat tiga bagian yaitu sensor Soil Moisture untuk melakukan penginderaan kelembapan pada lahan tanah yang menjadi masukan, pengendalian system node sensor dilakukan oleh ESP8266 serta Raspberry pi sebagai penerima data, pengirim data, atau juga berfungsi sebagai pemroses data, bentuk dari blok diagram terdapat pada Gambar 3. Seperti ditunjukan pada Gambar 3, bagian masukan sistem menggunakan sensor Soil moisture yang nantinya bisa ditempatkan di lahan gambut, data yang dibaca kemudian akan di proses, sehingga kesalahan pembacaan sensor dapat di Mikrokontroller ESP8266 berfungsi untuk melakukan pemrosesan data kelembapan. Setelah proses selesai maka digunakan untuk masukan topologi jaringan WSN . Untuk bagian keluaran terdapat satu Pompa air dc yang memiliki fungsi sebagai keluaran jika terjadi kekeringan dari pembacaan sensor soil moisture yang telah mengalami proses pengiriman data. Skematik rangkaian yang telah dibuat yaitu di Gambar 4 menunjukan adanya jalur kaki komponen yang nantinya akan saling terhubung. dalam menyalurkan tegangan antar komponen. Perancangan kaki komponen yang dirancang dapat dilihat pada Tabel I. Gambar 36. Blok Diagram TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 penyederhanaan proses baris program yang akan digunakan bisa dilihat pada Flowchart pada Gambar 1. Gambar 37. Skematik Rangkaian Tabel IV. Saluran kaki pin Pin Esp Gambar 5. Rancangan 5 buah node sensor Komponen Fungsi Sensor Soil Relay Pembacaan kelembapan tanah Aktuator pompa Pada Gambar 5. Terdapat perancangan node yang digunakan menggunakan ESP8266. Sensor Soil moisture, batere dan pompa. Dirancang untuk mendeteksi kelembapan tanah dan pengiriman data antar node sensor. Perancangan perangkat keras merupakan langkah awal dalam penyusunan Penggambaran Gambar 6. Merupakan hasil pengujian pengiriman data dari Esp 8266 sebagai input kemudian di proses di Raspberry pi setelah itu ditampilkan pada dashboard Web server. Terdapat beberapa indikator yang ditampilkan, diantaranya nilai kelembapan tanah yang di persentasikan dengan persen. Nilai RSSI. Nilai bars dan grafik kekuatan sinyal berdasarkan waktu yang telah Pengujian berhasil dilakukan dengan ditampilkanya beberapa indikator dan fungsinya. Gambar 6. Tampilan web server dari 5 buah node sensor TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 Kinerja jaringan komunikasi nirkabel dapat dinilai berdasarkan beberapa parameter yaitu RSSI, jarak jangkauan komunikasi, troughput dan Besarnya nilai RSSI ditentukan oleh jarak antara pemancar dan penerima, nilai RSSI didapat dari dalam Persamaan: ycIycIycIya = ycyyc Oe ycEya Oe 10 log ycu ycc ycUOy . ccyaAyc. Dimana simbol ycEyc merupakan daya pancar, ycEya merupakan rugi lintasan, n ialah eksponen rugi lintasan, d ialah jarak serta ycUO merupakan variabel acak gaussian dari lingkungan propagasi. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian pertama dilakukan pada lingkungan lapangan luas. Pada pengambilan data ini dilakukan pengujian sebanyak 5 sampai 10 kali percobaan data yang diambil yaitu mencari nilai kelembapan yang tepat untuk dijadikan nilai yang akan ditampilkan pada web server, kedua adalah mengukur akurasi, jarak dan kecepatan pengiriman data dari 1 node sensor ke node sensor lain. Pengujian dan implementasi sistem bertujuan untuk melihat apakah sistem yang dirancang sudah sesuai dengan apa yang diinginkan atau belum, setelah dilakukanya pengujian dan implementasi, kualitas sebuah sistem akan terlihat. Berikut ini adalah implementasi dari perancangan sistem. Hasil pengujian pengiriman data dari Esp 8266 sebagai input kemudian di proses di Raspberry pi setelah itu ditampilkan pada dashboard Web Terdapat beberapa indikator yang ditampilkan, diantaranya nilai kelembapan tanah yang di persentasikan dengan persen. Nilai RSSI. Nilai bars dan Grafik kekuatan sinyal berdasarkan waktu yang telah ditentukan. Pengujian berhasil dilakukan dengan ditampilkanya beberapa indikator dan fungsinya. Pengujian Topologi jaringan Pada tahap pengujian topologi jaringan dan mengimplementasikan suatu konfigurasi pada jaringan yang telah dibuat dan mendefinisikan parameter-parameter konfigurasi yang dibutuhkan agar bisa berjalan dengan baik dan sesuai apa yang Sensitifitas node yaitu tolak ukur untuk mengetahui baik atau buruknya suatu kualitas sinyal pada node. Semakin baik sinyal wifi ESP8266 yang di hasilkan maka semakin cepat juga konektivitas nya. Besaran sinyal wifi di tunjukkan dengan dBm. Standar sensitifitas pada wifi ESP8266 dengan indikator Level Signal, seperti yang ditujukan pada Tabel II. Tabel II. Skala tingkatan kualitas sinyal node Kualitas Sinyal Sangat baik Baik Cukup baik Buruk Sangat buruk Nilai kuat sinyal . 0 to -60 dBm -60 to Ae 70 dBm -71 to - -80 dBm -81 to -90 dBm -90 to -100 dBm Dala mempertimbangkan kekuatan node maksimum dan minimum yang diterima. Perbedaan antara kedua kekuatan tersebut menciptakan faktor toleransi yang menyediakan koneksi ke semua node dalam Dengan demikian, toleransi secara langsung mempengaruhi daya pemancar yang terdapat pada Gambar 7. Gambar 7. Skema jangkauan node Pada Gambar 7 merupakan jangkauan minimum dan maksimum dari sebuah node, perbedaan pada gambar tersebut menciptakan faktor toleransi. Sehingga toleransi secara langsung mempengaruhi daya pemancar yang Untuk hasil pengukuran range node, dapat dilihat seperti pada Tabel i. Tabel i. Hasil pengukuran range node Range ESP Range Minumum Range Maksimum Jarak 1 meter 2 meter 3 meter 4 meter 5 meter 6 meter 7 meter 8 meter 9 meter 10 meter RSSI Bars TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 Hasil pada pengukuran ini didapat sesuai jarak sebenarnya yang ada pada lingkaran ESP8266 sehingga mendapatkan nilai RSSI yaitu pengukuran daya yang ada dalam sinyal radio yang Tabel IV menunjukan ID node setiap Titik dan jarak dari server Gateway menuju node, sehingga bisa didapatkan kualitas kuat sinyal yang terukur dari setiap node yang terbaca. Pada Gambar 9. komunikasi antar node menggunakan topologi jaringan tree berhasil dilakukan dengan terhubungnya dari satu node ke node dengan ditampilkanya server topologi jaringan tree. Tabel IV. Pembacaan ID Node dan Jarak Node Nama Titik Titik A Titik B Titik C Titik D Titik E ID Node Jarak . Pengujian kuat sinyal Hasil pengukuran pembacaan node menggunakan jaringan topologi mesh didapatkan bahwa setiap node memiliki kualitas sinyal yang baik, dimana Semua node tidak diperlukan untuk terhubung ke access point (AP) sebagai gantinya node dapat terhubung ke node tetangga. Node saling bertanggung jawab untuk menyapaikan transmisi satu sama lain, jika terdapat dua atau lebih jalur router maka node akan memilih jalur tercepat atau terdekat dari posisi node tersebut sehingga hanya satu node saja yang terhubung ke dalam AP sehingga mengurangi beban pada AP. Hal ini juga memungkinkan jaringan untuk memiliki jangkauan yang lebih jauh lebih besar karena node masih dapat mencapai interkonektifitas tanpa perlu berada dalam jangkauan AP Pada Gambar 8. komunikasi antar node menggunakan topologi jaringan mesh berhasil dilakukan dengan terhubungnya dari satu node ke node dengan ditampilkanya server topologi jaringan mesh. Gambar 9. komunikasi antar node menggunakan topologi jaringan Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Secara keseluruhan, sistem komunikasi antara node sensor dengan ESP8266 sebagai data counter dibagi menjadi menjadi tiga bagian yaitu transmitter , router, dan receiver. Berikut bagian transmitter, router, dan receiver. Berdasarkan hasil pengujian seluruh Sensor node dengan delay yang berbeda pada setiap titik pengaruh delay yang didapat didasari dari kuat sinyal yang didapat dari tiap node. Hal ini berpengaruh terhadap jarak dan kecepatan internet yang dimiliki di lapangan dalam pengiriman pesan kontrol pada setiap nodenya. Seperti pada Tabel V- Tabel VII. Tabel V. Tabel pengujian seluruh node Nama Titik A Titik B Titik C Titik D Titik E ID Node RSSI Kelembapan . (%) Tabel VI. Hasil pengujian kuat sinyal dengan topologi jaringan tree ID Node Gambar 8. komunikasi antar node menggunakan topologi jaringan mesh RSSI Kualitas Baik Baik Baik Baik Baik Pengiriman Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Hasil menggunakan jaringan topologi tree didapatkan bahwa setiap node memiliki kualitas sinyal yang baik, dengan rata-rata nilai RSSI . -29,4 TELEKONTRAN. VOL. NO. OKTOBER 2023 dBm. Dimana semua node tidak diperlukan untuk terhubung ke access point (AP) sebagai gantinya node dapat terhubung ke node tetangga. Node saling bertanggung jawab untuk menyampaikan transmisi satu sama lain, jika terdapat dua atau lebih jalur router maka node akan memilih jalur tercepat atau terdekat dari posisi node tersebut sehingga hanya satu node saj-a yang terhubung ke dalam AP sehingga mengurangi beban pada AP. Hal ini juga memungkinkan jaringan untuk memiliki jangkauan yang lebih jauh lebih besar interkonektifitas tanpa perlu berada dalam jangkauan AP. Komunikasi topologi jaringan tree terdapat pada Gambar 9. Tabel VII. Hasil pengujian kuat sinyal dengan topologi jaringan ID Node RSSI Kualitas Baik Baik Baik Baik Pengiriman Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Hasil menggunakan jaringan topologi mesh didapatkan bahwa setiap node memiliki kualitas sinyal yang baik dengan rata-rata nilai RSSI . -40,6 dBm. Dimana Semua node tidak diperlukan untuk terhubung ke access point (AP) sebagai gantinya node dapat terhubung ke node tetangga. Node saling bertanggung jawab untuk menyapaikan transmisi satu sama lain, jika terdapat dua atau lebih jalur router maka node akan memilih jalur tercepat atau terdekat dari posisi node tersebut sehingga hanya satu node saja yang terhubung ke dalam AP sehingga mengurangi beban pada AP. Hal ini juga memungkinkan jaringan untuk memiliki jangkauan yang lebih jauh lebih besar interkonektifitas tanpa perlu berada dalam jangkauan AP. Komunikasi topologi jaringan mesh terdapat pada Gambar 8. IV. KESIMPULAN Data sensor telah berhasil di tampilkan secara jarak jauh dengan server Node-Red. Kekuatan sinyal masing-masing node sensor telah berhasil didapatkan untuk node 1 kekuatan sinyal RSSI nya dengan rata-rata nilai -75 dBm. RSSI topologi jaringan tree rata-rata nilai 29,4 dBm dan topologi mesh rata-rata nilai -40,6 dBm. Sinyal yang diterima topologi jaringan tree lebih baik dibandingkan dengan penerimaan sinyal dari topologi mesh. DAFTAR PUSTAKA