bab ii landasan teori 2.1 tinjauan...
TRANSCRIPT
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Pada sub bab ini akan menjelaskan tentang teori atau bentuk komunikasi yang
terkait dengan penelitian.
2.1.1 Hutan
Hutan merupakan SDA atau sumber daya alam yang tidak ternilai karena
pada hutan terkandung keanekaragaman hayati sebagai sumber air, sumber hasil
hutan kayu dan non-kayu, pengatur tata air, sebagai pencegah banjir, erosi,
kesuburan tanah, rekreasi, kebudayaan, perlindungan alam hayati untuk
kepentingan ilmu pengetahuan, pariwisata dan sebagainya. Pemanfaatan hutan dan
perlindungan hutan telah diatur dalam UUD 45, UU No. 5 tahun 1990, UU No. 41
tahun 1999, UU No 32 tahun 2009, PP No 28 tahun 1985 dan beberapa keputusan
Menteri Kehutanan serta beberapa keputusan Dirjen PHPA dan Dirjen Pengusahaan
Hutan. [15].
2.1.2 Kebakaran Hutan
Kebakaran hutan dan lahan adalah salah satu bencana yang yang sering
terjadi di Indonesia terutama terjadi setiap musim kemarau, yaitu pada bulan
Agustus sampai oktober atau pada masa peralihan (transisi) iklim [4]. Kebakaran
hutan merupakan salah satu bentuk gangguan yang sering terjadi saat ini. Dampak
negatif yang ditimbulkan oleh kebakaran hutan sangat besar mencakup kerusakan
ekologis, perubahan iklim mikro maupun global, merosotnya nilai ekonomi hutan
dan produktivitas tanah, menurunnya keanekaragaman hayati dan asap yang
ditimbulkan mengganggu kesehatan dan kehidupan masyarakat serta mengganggu
aktivitas transportasi baik darat, sungai, laut, udara dan sebagainya. Gangguan asap
yang terjadi karena kebakaran hutan di Indonesia akhir-akhir ini telah melintasi
batas negara [16].
7
Berdasarkan definisi kebakaran hutan diatas, disimpulkan bahwa kebakaran
hutan adalah salah satu bencana yang sering terjadi di Indonesia yang terjadi pada
bulan agustus sampai oktober yang dapat merusak rantai kehidupan, ekonomi,
aktivitas makhluk hidup dan kesehatan.
2.1.2.1 Faktor Penyebab Kebaran Hutan dan Lahan di Indonesia
Dilihat dari kelompok faktor penyebab kebakaran hutan dan lahan di
Indonesia, faktor alam memegang peranan yang sangat kecil, sedangkan faktor
manusia menyebabkan hampir 100% dari kejadian kebakaran hutan dan lahan, baik
sengaja maupun tidak sengaja. Faktor penyebab kebakaran hutan dan lahan secara
alami antara lain disebabkan oleh letusan gunung berapi, batu bara dan petir.
Negara-negara subtropis, faktor alam memegang peranan penting dalam
menyebabkan kebakaran hutan dan lahan. Negara subtropis seperti Kanada
terjadinya kebakaran hutan dan lahan disebabkan oleh petir hampir 42%. Daerah
Rocky Mountain kebakaran hutan dan lahan disebabkan oleh petir mencapai 64%
dan diwilayah pasifik mencapai 31%. Berbeda dengan negara subtropis, Indonesia
merupakan Negara tropis yang jarang mengalami kebakaran hutan yang disebabkan
oleh petir. Kejadian kebakaran hutan dikarenakan petir hampir tidak mungkin
karena bersamaan dengan terjadinya hujan. Hasilnya, percikan api dari petir yang
mengenai bahan bakar tidak dapat berkembang dan menajalar ke bagian yang lebih
luas. Tidak hanya dari faktor alam, faktor manusia merupakan faktor yang menjadi
sumber utama dari kebakaran hutan dan lahan di Indonesia. Berbagai studi dan
analisis telah dilakukan oleh berbagai pihak yang berkompeten, baik dari
organisasi-organisasi nasional atau internasional dan lembaga pemerintahan.
Terdapat beberapa hal yang menjadi latar belakang dari kejadian kebakaran hutan
dan lahan di Indonesia yaitu sebagian besar terkait permasalahan sosial ekonomi.
ICRAF atau CIFOR menjelaskan mengenai penyebab kebakaran hutan di Indonesia
Tahun 1997/1998 ditemukan bahwa faktor sosial ekonomilah menjadi faktor utama.
Penelitian yang dilakukan oleh CIFOR/ICRAF di sepuluh lokasi di enam provinsi
yaitu Sumatera dan Kalimantan yang terdiri dari Lampung, Sumatera Selatan,
Jambi, Riau, Kalimantan Timur dan Kalimantan Barat, menunjukkan bahwa
penyebab langsung kebakaran hutan dan lahan di Indonesia adalah api digunakan
sebagai senjata dalam permasalahan konflik tanah, api digunakan dalam
8
pembukaan lahan, api yang berkaitan dengan ekstraksi sumber daya alam dan api
menyebar secara tidak sengaja. Penyebab tidak langsung kebakaran hutan dan lahan
di Indonesia yaitu alokasi penggunaan lahan, penguasaan lahan, degradasi hutan
dan lahan, insentif/disinsentif, lemahnya kapasitas kelembagaan dan dampak dari
karakteristik kependudukan [11].
2.1.2.2 Klasifikasi Kebakaran Hutan
Tingkat keparahan kebakaran hutan tidak dapat dinyatakan sebagai ukuran
kuantitatif tunggal, namun merupakan satu set ukuran yang terintegrasi karena
banyak sekali faktor yang mempengaruhi tingkat keparahan kebakaran hutan dan
lahan yang kompleks saling mempengaruhi. Klasifikasi tingkat keparahan
kebakaran juga ditentukan oleh berbagai faktor, antara lain kondisi tanah, kondisi
vegetasi, dan luas areal terbakar. Klasifikasi umum dari tingkat kekerasan
kebakaran berdasarkan pada kondisi tanah dan sifat-sifatnya pada areal terbakar.
Menurut Hungerford (1996) dalam Debano (1998) mengklasifikasikan tingkat
kekerasan kebakaran sebagai berikut [11].
1. Low fire severity (terbakar ringan)
Pemanasan tanah rendah, pengarangan bagian bawah yang ringan, serasah
terbakar habis atau mengaang tetapi lapisan duff tidak rusak, walaupun
permukaannya hangus. Permukaaan tanah hitam, abu terjadi untuk waktu
yang singkat, suhu permukaan pada 1 cm < 50O C.
2. Moderate fire severity (terbakar sedang)
Pemanasan tanah sedang, pengarangan bawah sedang, serasah habis
terbakar dan lapisan duff mengarang. Suhu permukaan permukaan pada
kedalaman 1 cm yaitu mencapai 100-200O C.
3. High fire severit (terbakar berat)
Pemanasan tanah tinggi, pengarangan bagian bawah dalam, lapisan duff
habis terbakar, bagian atas tanah mineral terlihat kemerahan atau oranye.
Suhu tanah pada permukaan 1 cm > 250O C
9
Peraturan Menteri Kehutanan No.P.12/MENHUT-II tahun 2009 tentang
Pengendalaian Kebakaran Hutan. Titik panas (hotspot) adalah indikator kebakaran
hutan yang mendeteksi suatu lokasi yang memiliki suhu relatif lebih tinggi
dibandingkan dengan suhu disekitar. Berdasarkan peraturan tersebut digunakan
satelit untuk mendeteksi hotspot atau titik panas menggunakan satelit
TERRA/AQUA, NOAA, SNPP dan LANDSAT8. Hotspot yang digunakan
indikator untuk mengidentifikasikan kebakaran hutan dan lahan yang dimana
semakin banyak titik panas maka semakin banyak pula potensi terjadinya
kebakaran hutan di suatu daerah atau wilayah. Namun tidak selalu semakin banyak
titik panas mengindikasikan banyak pula potensi kebakaran hutan. SiPongi dibawah
Direktorat Jenderal Pengendalian Perubahan Iklim melakukan pemantauan secara
real time mengenai hotspot. Data hotspot berupa data koordinat titik panas dan
beberapa informasi seperti tingkat kepercayaan, satelit pengindera, sumber data,
batas administrasi dan waktu akuisisi. Selang kepercayaan atau confidence level
mengindikasikan tingkat kepercayaan terhadap titik panas yang dipantau
berdasarkan data yang didapat dari satelit merupakan kejadian kebakaran yang
aktual terjadi di lapangan. Semakin rendah selah kepercayaan maka semakin rendah
potensi bahwa titik panas merupakan kebakaran hutan. Pada Tabel 2.1. merupakan
MODIS berdasarkan aturannya membagi tiga kelas tingkat kepercayaan yaitu :
Tabel 2.1. Selang kepercayaan dalam informasi hotspot.
Tingkat Kepercayaan (C) Kelas Tindakan
0% ≤ C ≤ 30% Rendah Perlu diperhatikan
30% ≤ C ≤ 80% Nominal Waspada
80% ≤ C ≤ 100% Tinggi Segera Penanggulangan
Berdasarkan Tabel 2.1. analisis hotspot menggunakan data dengan tingkat akurasi
kepercayaan ≥ 80% yang dilakukan oleh SiPongi dalam memantau kebakaran hutan
dan lahan. Penggunaan SiPongi berfungsi untuk efektivitas dan keterbatan dari
sumber daya manusia yang berada dikawasan hutan dengan tingkat akurasi ≥ 80%
maka akan mempermudah kinerja polisi hutan dalam menanggulangi ataupun
pencegahan kebakaran hutan [8].
10
2.1.3 Wireless Sensor Network
Wireless Sensor Network (WSN) atau jaringan sensor nirkabel merupakan
kumpulan sejumlah node yang diatur dalam sebuah jaringan yang saling
berkomunikasi. Masing-masing node dalam jaringan sensor nirkabel pada
umumnya dilengkapi dengan radio transceiver atau alat komunikasi wireless
lainnya, sumber energi seperti baterai dan mikrokontroler kecil. Jaringan sensor
nirkabel dapat menjadi solusi dari berbagai permasalahan seperti pengumpulan data
kondisi lingkungan, node tracking scenarios dan security monitoring [17]. Pada
wireless sensor network, node bertujuan untuk menangkap adanya fenomena atau
kondisi dari gejala yang akan diteliti dan merekam kondisi lingkungan. Jumlah
node yang digunakan sesuai dengan kebutuhan dan beberapa faktor yang
mempengaruhi seperti luasnya area, kemampuan pembacaan node dan lain-lain.
Setiap node pada wireless sensor network terdiri dari lima komponen yaitu
mikrokontroler, sensor, perangkat komunikasi, catu daya dan media penyimpanan.
Gambar 2.1. Wireless Sensor Network [18].
5 kemampuan kompenen perangkat keras node WSN, yaitu:
1. Transceiver
11
Transceiver berfungsi untuk mengirim atau menerima data dengan
menggunakan protokol IEEE 802.15.4 atau IEEE 802.11b kepada device lain
seperti modul telemetri radio, modem Wifi, concentrator, dan modem RF.
2. Mikrokontroler
Mikrokontroler ini bertugas untuk melakukan fungsi mengontrol, perhitungan,
dan memproses device atau data yang terhubung dengan mikrokontroler.
3. Catu daya
Catu daya memiliki fungsi sebagai sumber energi bagi setiap perangkat pada
sistem wireless sensor untuk keseluruhan.
4. Penyimpanan sekunder
Penyimpanan sekunder memiliki fungsi sebagai memori tambahan untuk
menyimpan data bagi sistem wireless sensor.
5. Sensor
Sensor memilki fungsi untuk melakukan kemampuan pembacaan besaran-
besaran fisis yang akan diukur. Sensor merupakan suatu alat yang dapat dan
mampu untuk mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi lain, dalam hal
ini yaitu mengubah dari energi besaran yang diukur menjadi energi listrik [14].
2.1.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau
sebagian besar elemennya dibungkus dalam satu chip IC, sehingga sering juga
disebut dengan single chip microcomputer. Mikrokontroler adalah sistem komputer
yang mempunyai tugas yaitu satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik [19].
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu perangkat elektronika yang
mempunyai perangkat masukan atau keluaran serta kendali dengan cara kerja
membaca dan menulis data [3]. Sebuah mikrokontroler memiliki memori dan
interface input-output dan terdapat beberapa mikrokontroler memiliki ADC yang
dapat menerima masukan sinyal analog secara langsung.
12
Gambar 2.2. Komponen Dasar Mikrokontroler [17].
Pada mikrokontroler terdapat bagian atau komponen elemen yang saling
dihubungkan melalui sinyal (bus), yaitu sebagai berikut: [17]
a. Processor
Processor yaitu melakukan fungsi logika dan aritmatika mengikuti instruksi
yang dibaca pada program. Processor akan membaca dan menuliskan data ke
dalam memori data modul input/output.
b. Memori Program
Memori program berfungsi untuk menyimpan instruksi untuk dibaca oleh
processor. Processor hanya melakukan proses membaca, akan tetapi tidak bisa
menuliskan datanya ke dalam memori program ini.
c. Input dan output
Input/output memiliki fungsi untuk menghubungkan mikrokontroler dengan
piranti luar atau perangkat lain yang ditempatkan pada kaki-kaki
mikrokontroler.
d. Memori data
Memori data berfungsi untuk menyimpan data dan variable yang digunakan
oleh processor. Processor melakukan pembacaan data dan menuliskan datanya
ke dalam memori data. Data dalam memori ini akan hilang jika tidak mendapat
daya listrik.
13
e. Alat Pemograman
Alat yang digunakan untuk melakukan proses memasukkan instruksi atau
program ke dalam memori program mikrokontroler.
f. Modul Tambahan
Berbagai fungsi modul tambahan disediakan oleh mikrokontroler, seperti ADC
, counter/timer, PXM, Comparator, SPI, dan lain-lain.
Mikrokontroler saat ini memiliki banyak sekali fitur dan kecanggihan yang dimiliki
khusus untuk membuat perangkat dengan tingkat kerumitan yang tinggi sekalipun.
Ada beberapa contoh mikrokontroler yang umum digunakan yaitu ATMEL(
AT89C51, ATTiny26, ATMega8, AT89S51). Penggunaan mikrokontroler sangat
penting karena mempengaruhi performa dan tingkat kerumitan sistem yang akan
dibuat.
2.1.5 Mikrokontroler ATMega328
Salah satu mikrokontroler ATMega328 yang sering digunakan yaitu
arduino uno yang memiliki 14 pin digital input atau output yaitu 6 diantaranya
berfungsi sebagai output PWM, dan 6 input analog, sebuah osilasi Kristal 16 MHz,
sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah tombol reset dan sebuah ICSP
header[20]. Bentuk dari arduino uno dan spesifikasi komponen pin arduino uno
dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Gambar 2.3. Arduino Uno [21].
14
Gambar 2.4. Komponen Pin ATMega328 [21].
2.1.7 Sensor suhu DS18B20
Sensor suhu DS18B20 adalah suatu komponen elektronika yang dapat
menangkap perubahan temperatur suhu pada suatu lingkungan lalu kemudian
mengkonversikannya menjadi besaran listrik. DS18B20 merupakan sensor digital
yang menggunakan 1 wire untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler. Keunikan
dari sensor ini adalah setiap sensor memiliki kode serial yang berbeda yang
memungkinkan untuk penggunaan sensor DS18B20 lebih dari satu dalam satu
komunikasi wire. DS18B20 yaitu sensor suhu digital yang dikeluarkan oleh Dallas
Semiconductor. Pembacaan suhu pada sensor DS18B20 menggunakan protokol 1
wire communication.
2.1.8 GSM Shield
Global System for Mobile Communication atau GSM merupakan sebuah
teknologi komunikasi mobile atau seluler yang bersifat digital. Penggunaan
Teknologi GSM banyak digunakan pada komunikasi bergerak, yaitu khususnya
mobile station. Pada mobile station terdapat fitur yang dapat digunakan pada
sistem komunikasi seluler GSM yaitu Short Message Service atau SMS [22].
Teknologi yang digunakan yaitu gelombang mikro dan pengiriman sinyal yang
dibagi berdasarkan waktu, sehingga sinyal informasi yang ditransmitter atau
dikirimkan akan sampai pada tujuan. GSM adalah sebuah group standarisasi yang
dibentuk di Eropa pada tahun 1982 untuk menciptakan sebuah standar bersama
telpon bergerak selular di Eropa yang beroperasi pada daerah frekuensi 900 MHz
[19].
15
2.1.9 LCD 16x2 + I2C
LCD atau Liquid Crystal Display adalah salah satu jenis media tampilan
yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat menampilkan
berupa gambar atau teks karena terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang
terdiri dari satu buah kristal cair sebagai titik cahaya. LCD 16x2 adalah modul
sederhana yang digunakan menampilkan matriks 5x7 pixel yang memiliki 2 baris
dan 16 kolom. LCD memiliki dua register yaitu perintah dan data. Pada perintah
register akan menyimpan instruksi perintah yang ditujukan pada LCD yaitu
perintah instruksi untuk inisialisasi pengoreperasian, menyetel posisi kursor,
mengontrol tampilan, membersihkan layar dan sebagainya. I2C atau Inter-
Intergrated Circuit merupakan modul yang digunakan mengendalikan modu LCD
secara serial sinkron dengan protocol I2C.
2.1.10 LoRa (Long Range)
Long Range atau LoRa adalah teknologi LORA (Long Range) adalah salah
satu teknologi komunikasi nirkabel low-power spread spectrum yang diusulkan
oleh Semtech pada tahun 2013. Tingkat Max-Rate rendah karena didasarkan pada
pita frekuensi Sub-GHz, yang mengarah pada penghematan penggunaan daya dan
ekspansi kapasitas RFID, Bluetooth, ZigBee dan Wifi. Tabel 2.1. menunjukkan
perbandingan beberapa teknologi komunikasi nirkabel [23].
Tabel 2.2. Perbandingan Parameter Teknologi Komunikasi.
No Teknologi Jarak Max Rate Konsumsi
Daya
Harga
1 Bluetooth 10 m 2 MB/s Low Rp 50.000
2 WiFi 0-60m 53 MB/s High Rp 45.000
3 RFID 0-100m 10 KB/s Low Rp 30.000
4 Zigbee 0-1500m 250 KB/s Low Rp 700.000
5 LoRa 0-15km 600 KB/s Low Rp 140.000
Dapat dilihat pada Tabel 2.4. bahwa semakin tinggi tingkat transmisi data,
semakin pendek jarak komunikasi, dan semakin besar konsumsi daya. Namun,
pada teknologi LoRa tidak hanya mencapai komunikasi jarak jauh, tetapi juga
16
membutuhkan konsumsi daya yang rendah, sehingga sangat cocok untuk
jaringan berskala besar.
2.1.10.1 Lora Chirp Spread Spectrum (CSS)
LoRa atau Long Range menggunakan modulasi yang dimiliki oleh Semtech dan
tidak terbuka secara seluruhnya. Modulasi CSS pada LoRa pada awalnya dibuat
untuk tujuan aplikasi radar (1940). Teknik modulasi ini sekitar 20 tahun diadaptasi
untuk jalur komunikasi dengan daya rendah dan ketahanan yang baik dalam hal
degradasi channel yaitu fading, interferensi in-band jamming dan multipath. Chirp
Spread Spectrum Physical menggunakan protokol IEEE untuk standar Low-Rate
Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) atau protokol IEEE 802.15.4.
Chirp Spread Spectrum (CSS) adalah teknik yang menggunakan pita frekuensi
linear ddalam memodulasikan chirp dalam sebuah code informasi dalam satuan
waktu dan menggunakan frekuensi yang lebih akurat dan sederhana tanpa adanya
komponen lainnya yang mahal dalam menghasilkan waktu yang stabil pada node
LoRa [24].
Berikut istilah yang digunakan pada Chirp Spread Spectrum :
1. Bit : Satuan dasar informasi bersifat 1 atau 0 atau high atau low (biner)
dan bit rate yaitu laju perubahan bit dalam satuan waktu.
2. Symbol : Beberapa bit data dapat memuat 1 simbol dan juga dapat berbentuk
code atau wavefrom. Symbol rate (Rs) yaitu laju perubahan symbol dalam
satuan waktu.
3. Chip : Pada konteks Chirp Spread Spectrum terdapat satuan elemen yang
berbentuk pulse (pulsa) agar tidak tertukan dalam istilah bit. Chip rate (Rc)
yaitu laju perubahan chip dalam satuan waktu.
4. Chirp : Chirp atau Compressed High Intensity Radar Pulse yaitu berfungsi
untuk meningkatkan up-chirp (sinyal frekruensi) ataupun menurunkan down-
chirp terhadap satuan waktu.
Parameter Physical Layer Long Range (LoRa) :
17
1. Bandwidth (BW) : Parameter yang sangat penting dalam penentuan chip rate.
Modulasi LoRa besarnya bandwidth diatur yaitu 125-, 250- dan 500- kHz.
2. Spreading Factor (SF) : Banyaknya chip yang ada pada tiap symbol 2^SF
dan banyaknya bit yang bisa di encode dalam symbol.
3. Code Rate (CR) : Berfungsi untuk melakukan penanganan terhadap Packet
Error Rate (PER) karena adanya interferensi.
Gambar 2.5. LoRa dan LoRaWAN
LoRa adalah teknologi IoT atau komunikasi nirkabel yang dikembangkan oleh
Cyleo dari Greonoble, Prancis. LoRa kemudian diakuisi oleh Semtech pada tahun
2012. LoRa bekerja pada frekuensi radio sub-gigahertz bebas lisensi yaitu 169
MHz, 868 MHz untuk Eropa, 915 MH untuk Amerika Utara. Pada LoRa terdapat
lapisan fisik yang mendasari komunikasi yaitu Long Range Wide Area Network
(LoRaWAN), protokol komunikasi yang terbuka untuk umum yang dikembangkan
oleh perusahaan Link Labs. LoRaWAN didukung oleh LoRa Alliance menjalankan
protokol komunikasi dan arsitektur sistem serta LoRa melakukan komunikasi jarak
jauh antar node. Protokol LoRaWAN menjalankan fungsinya untuk memastikan
komunikasi yang aman, andal dan pemberian label header pada paket data. Protokol
pada LoRa dan LoRaWAN dapat dilihat pada Gambar 2.5. LoRaWAN memiliki
18
kemampuan yaitu untuk enkripsi data, Quality of Service (QoS) dan Adaptive Data
rate Optimization (ADR).
Gambar 2.6. LoRaWAN packet.
Pada Gambar 2.6 merupakan LoRaWAN packet yang disimpan pada payload LoRa
physical. Terdapat tiga bagian pada LoRaWAN Physical Palyload yaitu MAC
Header, MAC Payload dan MIC. Setiap paket yang dikirimkan akan di enkripsi
menggunakan Advanced Encryption Standard (AES 128) untuk menjamin
keamanan data. LoRaWAN dibuat dengan menggunakan topologi star to star yang
memungkinkan setiap node menyampaikan data antara node sensor pada gateway
dan server jaringan yang memungkinkan setiap node dapat bekerja dengan
menggunakan baterai dalam jangka waktu yang lebih lama dibandingan
menggunakan topologi mesh. End nodes akan mengirimkan data dan akan diterima
oleh beberapa gateway yang masih dalam jangkauan komunikasi LoRa. Setiap
gateway akan meneruskan paket data antara end nodes dan diterima oleh network
server (cloud). Gateway LoRa terhubung ke internet dengan protokol IP standar
dan mengirimkan data yang diterima dari end nodes. Network server melakukan
pemrosesan dalam mengatur jaringan, security check, memfilter packet yang
diterima, mengatur adaptive data rate (ADR) dan penjadwalan acknowledments
(ACK). Pada server jaringan dapat menggunakan platform berbasis cloud yaitu
19
LoRIOT (Long Range IoT) dan TTN (The Things Network). Ketika node atau
perangkat bergerak tidak diperlukan handover gateway, karena gateway akan
melakukan sinkronisasi terhadap perangkat atau node yang berada di area cakupan
gateway tersebut dan aplikasi ini mendukung untuk asset tracking yang menjadi
target utama dari IoT LoRaWAN. Arsitektur LoRaWAN dapat dilihat pada Gambar
2.7 [25].
Gambar 2.7. Arsitektur LoRaWAN.
2.1.10.2 Tipe node LoRaWAN
Perangkat atau node pada LoRaWAN dibagi menjadi menjadi tiga golangan class
yang memiliki persyaratan yang berbeda dalam implementasinya. Faktor yang
menjadi persyaratan utama yaitu faktor latensi komunikasi dari network server
menuju gateway hingga ke end nodes dan faktor masa pakai baterai. Perangkat
LoRaWAN digolongkan menjadi tiga class yaitu :
1. Class A : Perangkat ini memungkinkan komunikasi dua arah yaitu setiap
perangkat akan mengirimkan data (Uplink message) dan akan sertai dengan dua
downlink receive window. Class ini sangat cocok diterapkan pada konsumsi daya
yang paling rendah dan pada modul sensor yang membutuhkan sumber daya
seperti baterai.
20
2. Class B : Perangkat ini memungkinkan komunikasi dengan penjadwalan
penerimaan. Pada class ini memiliki fungsi lebih banyak dalam receive window
dibandingkan dengan class A. Class B dapat melakukan sinkronisasi waktu
dengan gateway dan memeberikan informasi pada network server yaitu
perangkat pada posisi pembacaan. Pada class ini cocok untuk kemampuan
kontrol aktuator dan penggunaan baterai.
3. Class C : Perangkat ini memungkinkan komunikasi dua arah dengan
penerimaan berdasarkan slot maksimal. Perangkat akan membuka secara terus-
menerus receive windows dan tertutup saat mengirimkan data. Class ini
menggunakan konsumsi daya yang lebih besar dan dirancang untuk perangkat
aktuator tanpa latensi pada komunikasi downlink.
2.1.10.3 LoRaWAN Security
LoRaWAN menggunakan dua lapisan keamanan yaitu untuk aplikasi dan untuk
jaringan. Keamanan pada LoRaWAN yaitu menggunakan dua lapisan kriptografi
yaitu AES 128. Pada keamanan LoRaWAN terdapat beberapa parameter yaitu :
1. Application EUI (AppEUI) : Berfungsi untuk mengelompokkan
perangkat berdasarkan aplikasinya (unique application identifier)
2. Device EUI (DevEUI) : Berfungsi untuk indentifikasi yang sudah
ditetapkan oleh manufaktur dan dalam penerapannya tidak dapat diatur ulang.
3. Application Key (AppKey) : Berfungsi untuk memberikan kunci rahasia
kepada setiap perangkat atau node dan network server serta mengatur session
key.
4. Device Address (DevAddr) : Berfungsi untuk menentukan logical
address pada sebuah perangkat pada jaringan.
5. Network Session Key (NwkSkey) : Berfungsi untuk mengenkripsi kunci
antara perangkat end nodes dan network server serta menghitung dan
melakukan validasi message integrity code (MIC).
21
6. Application Session Key (AppSKey) : Berfungsi untuk enkripsi kunci
antara perangkat end nodes dengan user (aplikasi) menggunakan algoritma
AES 128.
2.1.11 Topologi Tree
Topologi tree adalah pengembangan atau generalisasi topologi bus. Topologi
tree sering juga disebut dengan topologi pohon dengan cabang ranting pohon.
Setiap cabang memiliki ranting dan memiliki tingkatan jaringan, yang dimana
jaringan yang lebih tinggi mempengaruhi tingkatan yang berada dibawahnya.
Gambar 2.8. Topologi Tree [26].
Pada Gambar 2.8. merupakan topologi tree yang dimana setiap cabang ranting
memiliki tingkatan level yaitu parent dan child. Sensor 3, 4 dan 5 merupakan parent
dan sensor 2. Sensor 1 merupakan child dari sensor 2. Setiap sensor saling
berkomunikasi berdasarkan arah cabang atau routing yang ditentukan.
2.1.12 Baterai
Baterai adalah suatu alat elektro kimia yang berguna untuk menyimpan tenaga
listrik dalam bentuk tenaga kimia. Tenaga yang disimpan kemudian dialirkan agar
dapat menghasilkan arus listrik. Baterai terdiri dari 2 nenis yaitu baterai sekali pakai
(single use) dan baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable).
22
2.2 Tinjauan Studi
Penelitian ini dilakukan tidak terlepas dari hasil penelitian terdahulu sebagai
bahan perbandingan dan kajian. Adapun tinjauan penelitian tersebut, sebagai
berikut:
Penelitian yang relevan dilakukan oleh A Azhar, dkk. (2019) dengan judul
Implementasi Wireless Sensor Network Prototyppe sebagai Fire Detector Berbasis
Android menggunakan Push Notification [3]. Pada penelitian ini mengusulkan
sebuah sistem yang dapat mendeteksi kebakaran hutan dengan menggunakan sensor
asap (MQ-2), sensor suhu (DHT11) dan mikrokontroler NodeMCU. Sistem ini
menggunakan android sebagai media perantara antara sistem dan user dan
menggunakan firebase untuk mengirimkan pesan atau push notification gejala dini
kebakaran hutan ke user atau pengguna secara real time. Hasil dari penelitian ini
yaitu bahwa sistem fire detector dapat mendeteksi adanya kebakaran hutan dengan
skenario uji menggunakan rokok, korek kayu dan korek gas. Data pengujian
langsung dikirimkan ke user dalam bentuk notifikasi ke android daripada user.
Penelitian yang relevan selanjutnya dilakukan oleh F Fauzi, dkk (2018) dengan
judul Desain dan Implementasi Wireless Sensor Network Pada Sistem Monitoring
Kebakaran Hutan Berbasis Internet of Things Design and Implementation Wireless
[1]. Pada penelitian ini mengusulkan sebuah sistem monitoring kebakaran hutan
dengan menggunakan teknologi Zigbee sebagai protokol multi-hop untuk
komunikasi. Komponen sensor dan alat yang digunakan pada sistem ini yaitu sensor
MQ 135 dan DHT 11, Xbee Pro S2B sebagai perangkat perangkat radio komunikasi
dan platform server Antares untuk menyimpan data. Hasil dari penelitian ini yaitu
node sistem dapat mendeteksi kebakaran hutan dengan kondisi sensor-node
koordinator saling terhubung dengan jangkauan paling jauh yaitu 140 m dan
kemudian data akan disimpan pada basis data yang tersedia di platform server
Antares dan ditampilkan pada aplikasi android.
Penelitan yang relevan selanjutnya dilakukan oleh M.Y. Hariyawan, dkk (2014)
dengan judul Implementasi Wireless Sensor Network untuk Pendeteksi Dini
Kebakaran Hutan [12]. Pada penelitain ini mengusulkan sebuah sistem pendeteksi
dini kebakaran hutan menggunakan metodologi WSN dengan indikator utama yaitu
23
peningkatan suhu, kadar metana, gas hidrokarbon dan CO2. Penelitian ini
menggunakan beberapa sensor yaitu sensor api jenis R2868, sensor asap LM358,
sensor suhu LM35 dan Paralax 433. Hasil dari penelitian ini yaitu berdsarkan data
disimpulkan tidak adanya kebakaran hutan di kota Duri.
Penelitian yang relevan selanjutnya dilakukan oleh R. Susana, dkk (2015)
dengan judul Implementasi Wireless Sensor Network Prototype sebagai Fire
Detector menggunakan Arduino Uno [22]. Pada penelitian ini mengusulkan sistem
fire detector untuk mendeteksi kebakaran berupa api dan asap yang kemudian
dihubungkan ke mikrokontroler dan hasil pendeteksian dikirim ke user 1 yaitu
pemadam kebakaran berupa notifikasi alarm kebakaran dan user 2 tim investigasi
kebakaran berupa posisi awal kebakaran hutan dalam bentuk SMS. Pada penelitian
ini menggunakan mikrokontroler arduino uno, sensor api dan sensor asap, catu daya
dan media komunikasi WSN yaitu GSM Shield v1.1. Hasil dari penelitian ini yaitu
sistem dapat mendeteksi kebakaran dan mengirim notifikasi pada user.
Penelitian yang relevan selanjutnya dilakukan oleh J. Pamungkas, dkk (2015)
dengan judul Desain Real-Time Monitoring Berbasis Wireless Sensor Network
Upaya Mitigasi Bencana Erupsi Gunung api [26]. Pada penelitian ini mengusulkan
sistem yang dapat melakukan real-time monitoring untuk upaya mitigasi bencana
erupsi gunung api menggunakan metodologi WSN. Pada sistem menggunakan
Xbee Pro dengan 2.4 Ghz, LM35, MQ-7 dan menggunakan mikrokontroler arduino
uno. Topologi wireless sensor network yang digunakan pada penelitian ini yaitu
topologi tree, sedangkan Zigbee protokol digunakan karena bisa digunakan untuk
mengatur komunikasi antar node dengan jarak pendek. Hasil dari penelitian ini
yaitu sistem dapat mendeteksi kebakaran hutan dengan kondisi LOS dan NLOS dan
data akan disimpan dalam bentuk .txt.
Penelitian yang relevan selanjutnya dilakukan oleh Y. A. Adnantha, dkk
(2018) dengan judul Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Otomatisasi
Suhu Ruang Dan Kelembaban Tanah Pada Greenhouse Berbasis Web Server [27].
Pada penelitian ini mengusulkan sistem monitoring dan otomatisasi suhu ruang dan
kelembaban tanah pada greenhouse dengan metodologi WSN. Pada sistem ini
menggunakan DHT11, Sensor Soil Moisture, mikrokontroler arduino uno,
24
ESP8266 dan relay untuk terhubung ke kipas angin dan pompa air. Hasil dari
penelitian ini yaitu sistem mendeteksi suhu dan kelembaban pada greenhouse dan
melakukan kontrol otomatis apabila suhu atau kelembaban sesuai dengan batas
yang telah ditentukan. Pada penelitian ini menggunakan WSN sebagai metode
untuk membantu proses otomatisasi pemantauan suhu ruang dan kelembaban
Penelitian yang relevan berikutnya adalah penelitian dilakukan oleh M. Makruf,
dkk (2019) dengan judul Implementasi Wireless Sensor Network (WSN) Untuk
Monitoring Smart Farming Pada Tanaman Hidroponik Menggunakan
Mikrokontroller Wemos D1 Mini [28]. Pada penelitian ini mengusulkan sistem
mengusulkan sebuah sistem yang berfungsi untuk monitoring Smart Farming pada
tanaman hidroponik. Penelitian ini menggunakan mikrokontroler Wemos D1 Mini,
sensor DHT11, sensor Kekeruhan (Turbidity) dan firebase sebagai realtime-
database. Hasil dari penelitian ini yaitu sistem dapat melakukan monitoring air dan
suhu pada kebun berdasarkan ambang batas yang telah ditetapkan. Data yag
didapatkan disajikan pada android. Pada penelitian ini menggunakan WSN sebagai
metode untuk membantu proses pemantauan air dan suhu.
Penelitian yang relevan berikutnya adalah penelitian dilakukan oleh M. Jamil,
dkk (2016) dengan judul Implementasi Teknologi Wireless Sensor Network (WSN)
untuk Monitoring Pergeseran Tanah [29]. Pada penelitian ini mengusulkan sistem
yang dapat memodelkan adanya pergerakan tanah dan mendeteksi awal gejala tanah
longsor menggunakan metodologi WSN. Sistem ini menggunakan modul sensor
accelometer (MMA 7260), ATMega16 dan Zigbee.
Penelitian yang relevan berikutnya adalah penelitian dilakukan oleh N.
Adelianthi (2019) dengan judul Pendeteksi Kebakaran Hutan Menggunakan
Komunikasi LORA (Long Range) Wireless Network [30]. Pada penelitian ini
mengusulkan sistem yang dapat mendeteksi kebakaran hutan dengan menggunakan
LoRa, mikrokontroler arduino uno, DHT 11, MQ2 dan modul ESP32. Hasil dari
penelitian ini yaitu sistem dapat mendeteksi kebakaran hutan dan menampilkan data
monitoring dalam bentuk website secara real time.
25
Penelitian yang relevan berikutnya adalah penelitian dilakukan oleh M.Alhasan
(2019) dengan judul Implementasi Wireless Sensor Network Sebagai Pendeteksi
Kebakaran Berbasis LoRa [23]. Pada penelitian ini mengusulkan sistem yang dapat
mendeteksi kebakaran dengan menggunakan LoRa, mikrokontroler arduino uno,
sensor Black IR, MQ-2, modul ESP8266 dan juga menggunakan topologi
singlehop. Hasil dari penelitian ini didapatkan hasil bahwa sistem dapat mendeteksi
kebakaran hutan kondisi LOS dan NLOS. Data monitoring atau deteksi ditampilkan
pada website.
Adapun ringkasan hasil penelitian yang relevan dan mendukung penelitian ini dapat
dilihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.3. Ringkasan Penelitian yang Relevan.
No Penulis Judul Penelitian Hasil Penelitian Kekurangan
1 A. Azhar,
dkk.
(2019)
[3]
Implementasi
Wireless Sensor
Network
Prototyppe sebagai
Fire Detector
Berbasis Android
menggunakan
Push Notification
Sistem dapat
mengetahui adanya
gejala dini kebakaran
hutan, penggunaan
firebase sebagai media
pengirim dan penerima
berjalan secara
realtime, monitoring
berupa notifikasi
dilakukan
menggunakan aplikasi
android
Notifikasi
yang
bergantung
pada koneksi
internet
2 F Fauzi, dkk.
(2018) [1]
Desain Dan
Implementasi
Wireless Sensor
Network Pada
Sistem Monitoring
Kebakaran Hutan
Berbasis Internet of
Things Design and
Implementation
Wireless
Sistem dapat
melakukan monitoring
kebakaran hutan, Node
sensor-node
Koordinator dapat
menjangkau jarak
140m (LOS), node
coordinator-node
gateway dapat
menjangkau jarak
160m dan kondisi LOS
200m, dan data
disimpan di database
yaitu di Antares.id
Pemilihan
Transmisi
multi-hop yang
mengakibatkan
konsumsi daya
yang lebih
banyak pada
sistem
3 M.Y.
Hariyawan,
Implementasi
Wireless Sensor
Network untuk
Sistem dapat
mendeteksi kebakaran
hutan dengan tiga
Penggunaan
node sensor
yang sedikit
26
No Penulis Judul Penelitian Hasil Penelitian Kekurangan
dkk. (2014)
[12]
Pendeteksi Dini
Kebakaran Hutan
metode pengukuran
yaitu diruang simulator
dengan dan tanpa
pembakaran gambut
dan pengukuran
diudara terbuka di kota
Duri.
mengakibatkan
data yang
didapat
memiliki
akurasi yang
kurang baik.
4 R. Susana, dkk.
(2015) [22]
Implementasi
Wireless Sensor
Network Prototype
sebagai Fire
Detector
menggunakan
Arduino Uno
Sistem dapat
mendeteksi api dengan
jarak sejauh 30cm
dengan sudut 30
derajat, monitoring
dilakukan dengan
notifikasi berupa SMS
ke pemadam kebakaran
dan inverstigasi
Notifikasi
SMS yang
diterima oleh
user masih satu
arah (Simplex)
5 J. Pamungkas,
dkk (2015)
[26]
Desain Real-Time
Monitoring
Berbasis Wireless
Sensor Network
Upaya Mitigasi
Bencana Erupsi
Gunung api
Sistem menggunakan
protokol Zigbee untuk
monitoring gunung api.
Jarak maksimum LOS
500m dan NLOS 15m
Jumlah node
sensor yang
terlalu sedikit
membuat
akurasi data
kurang baik
6 Y. A.
Adnantha, dkk.
(2018) [27]
Implementasi
Wireless Sensor
Network Untuk
Otomatisasi Suhu
Ruang Dan
Kelembaban Tanah
Pada Greenhouse
Berbasis Web
Server
Sistem dapat
otomatisasi suhu ruang
dan kelembaban yang
tersambung ke relay fan
dan water pump. Setiap
data disimpan pada web
server untuk
monitoring pada
greenhouse
Sistem perlu
menambahkan
pengolahan
data
menggunakan
algoritma
tertentu untuk
mengambil
keputusan
7 M. Makruf,
dkk. (2019)
[28]
Implementasi
Wireless Sensor
Network (WSN)
Untuk Monitoring
Smart Farming
Pada Tanaman
Hidroponik
Menggunakan
Mikrokontroller
Wemos D1 Mini
Sistem dapat
monitoring smart
farming pada tanaman
hidroponik yang
terhubung dengan
android sebagai media
monitoring
Tidak adanya
sensor yang
membedakan
tingkat
kekeruhan air
yang
diakibatkan
oleh nutrisi
atau air yang
tercampur
debu atau
kotoran.
27
No Penulis Judul Penelitian Hasil Penelitian Kekurangan
8 M. Jamil, dkk.
(2016) [29]
Implementasi
Teknologi
Wireless Sensor
Network (WSN)
untuk Monitoring
Pergeseran Tanah
Sistem dapat
monitoring pergerseran
tanah menggunakan
sensor accelometer
Penyajian data
monitoring
masih dalam
bentuk data
serial multi bit
dan sulit
dimengerti
9 N. Adelianthi
(2019) [30]
Pendeteksi
Kebakaran Hutan
Menggunakan
Komunikasi
LORA (Long
Range) Wireless
Network
Sistem dapat
memonitoring
kebakaran hutan
dengan penyajian
informasi dalam bentuk
website. Jarak 0.25 m,
sensor dapat membaca
adanya kebakaran.
Membutuhkan
koneksi
internet untuk
mengirimkan
data dan
menyajikan
informasi pada
website
10 M.Alhasan
(2019) [23]
Implementasi
Wireless Sensor
Network Sebagai
Pendeteksi
Kebakaran
Berbasis LoRa
Sistem dapat
mendeteksi kebakaran
yang dengan nilai RSSI
yang semakin mengecil
apabila semakin jauh
jarak antar node. Data
monitoring ditampilkan
kedalam bentuk
website (thingkspeak)
Membutuhkan
koneksi
internet untuk
mengirimkan
data dan
menyajikan
informasi pada
website
Berdasarkan penjelasan diatas, diketahui adanya kekurangan yang terdapat
pada penelitian terdahulu. Kekurangan tersebut berupa media transceiver dan
receiver yang bergantung pada koneksi internet pada penelitian Azhar dkk.,
penggunaan hardware yang berlebihan membuat kinerja dari sistem tidak efisien
sehingga mengakibatkan proses sensing-receiver data semakin lama [1].
Pengiriman notifikasi dengan format SMS yang masih satu arah kepada user
membuat sistem kurang efektif dalam melakukan monitoring kebakaran hutan pada
penelitian Susana dkk., penggunaan node sensor yang sedikit mengakibatkan
akurasinya dari node sensor kurang baik pada penelitian Pamungkas dkk.
Berdasarkan kekurangan itu. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan
pengembangan pada penelitian terdahulu. Pengembangan sistem yang akan
diterapkankan yaitu, sistem dapat melakukan sensing, monitoring dan
communication menggunakan komponen hardware dan software yang tepat agar
lebih efisien seperti penggunaan topologi jaringan, media komunikasi data
transceiver-receiver dan pemilihan media komunikasi yang tepat agar sesuai
28
dengan tujuan dari sistem berdasarkan kondisi dan keadaan yang akan dialami oleh
sistem. Pada penelitian ini menggunakan metodologi Wireless Sensor Network
(WSN). Komponen yang digunakan pada penelitian ini yaitu mikrokontroler
ATmega 328, topologi tree karena konsumsi energi lebih hemat [26] , penggunaan
sensor api yaitu DS18b20 yang memiliki ketelitian yang paling tinggi dibandingkan
dengan DHT11, LM35, DH22 dengan error sebesar 1.6% [31] dan media
komunikasi yaitu LORA yang termasuk kedalam standar IEEE 802.15.4 yang
memiliki jangkuan komunikasi cukup jauh, konsumsi daya yang rendah dan
memiliki harga yang relative lebih murah dibandingkan dengan modul Zigbee. Pada
communication sistem berupa SMS dikarenakan kondisi dan situasi yang ada di
kawasan hutan tidak memungkinkan untuk jaringan internet. Penelitian ini
merupakan pengembangan dari penelitian yang ada sebelumnya yang
menggunakan teknologi Wireless Sensor Network untuk kebakaran hutan,
monitoring tanaman, dll.