Journal of Control and Network Systems

Transkripsi

1 JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Journal of Control and Network Systems Situs Jurnal : TRANSMISI NIRKABEL SINYAL AUSKULTASI SUARA JANTUNG DENGAN MENGGUNAKAN WIRELESS ZIGBEE NETWORK Eka Sari Oktarina 1) Jusak 2) Ira Puspasari 3) Program Studi/ Jurusan Sistem Komputer Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya Jalan Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, ) ekasari.oktarina@gmail.com 2) jusak@stikom.edu 3) ira@stikom.edu Abstract : Heart disease can attack anyone at anytime. Sometimes it s appearance cannot be dettected early. Heart examination processesthat are done by doctorscommonly called as auscultation. The auscultation is a performance examination organs like heart by listening voice resulted from vibration of stetoscope. Furthermore, phisical examination using the stetoscope are mostly required the patients to open their chest area. For that reason, it is necessary to built a tool that is able to seperate the doctor dan the patients. In this study, a heart sound signal auscultation through wireless transmision in the wireless sensor network is built. Quality of service that are employed in this study including probality of loss, the amount of delay of the received dataas well as the amount of heart auscultation signal bandwidth that are transmited between two nodes. Based on the result, it shows that the higher the baudrate of data delivery set by the serial communication, the larger the throughput of the system. However, it directly affects the packet loss in a way that the packet loss becomes larger. On the other hand, in terms of delay our study shows that large baudrate produces large delay data transmission. Keywords : Heart Sound Signal Auscultation, Wireless Sensor Network, Zigbee PENDAHULUAN Penyakit jantung dapat dialami oleh siapa saja dan terkadang tidak dapat di deteksi. Untuk mencegah terjadinya penyakit jantung sebaiknya melakukan pemeriksaan yang dilakukan oleh dokter ahli. Proses pemeriksaan yang dilakukan oleh dokter ahli disebut auskultasi (Puspasari, 2013). Auskultasi adalah pemeriksaan kinerja organ tubuh seperti jantung dengan cara mendengarkan suara yang di akibatkan oleh vibrasi yang berasal dari proses kerja jantung. Stetoskop merupakan alat yang digunakan pada proses pemeriksaan auskultasi. Pemeriksaan fisik pada pasien mewajibkan pasien membuka area tubuh pasien yang akan diperiksa, yaitu pada bagian dada Karena itu tidak setiap dokter dapat melakukan pemeriksaan fisik secara langsung terhadap semua pasien yang berbeda gender demi menjaga kenyamanan dan privacy pasien. Maka dari itu diperlukan ruangan tersendiri antara ruangan dokter dengan ruangan pemeriksaan fisik. Agar pasien laki laki dapat diperiksa oleh perawat laki laki dan pasien wanita dapat dirawat oleh perawat wanita. Permasalahan lain adalah ketika terdapat banyak pasien yang ingin memerikasa keaadaan jantungnya, diperlukan pemeriksaan pasien secara bersamaan dengan tujuan untuk mempersingkat waktu pemeriksaan. Sementara saat ini pemeriksaan fisik pada beberapa pasien tidak dapat dilakukan secara bersamaan. Dengan demikian diperlukan pentransmisian sinyal auskultasi dari beberapa pemeriksaan sinyal jantung pasien sekaligus yang berada pada ruangan pemeriksaan yang berbeda ke ruangan dokter.agar dokter dapat sekaligus memeriksa kedua pasien secara bersamaan. Dari permasalahan diatas maka dibuatlah Transmisi Nirkabel Sinyal Auskultasi Suara Jantung menggunakan Wireless Sensor Network. Perancangan ini dibuat agar dokter dapat mengetahui kondisi jantung dari pasien tanpa melakukan pemeriksaan fisik secara langsung dan dokter dapat memeriksa keadaan jantung pasien dari 2 node atau lebih secara bersamaan dengan tepat dan tidak tertukar. METODE PENELITIAN Blok Diagram Gambar 1 Blok Diagram Sistem JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 106

2 Dari Gambar 1 didapatkan bahwa setiap node WSN memiliki tugas berbeda-beda seperti berikut: a) Node Router 1 Pada node ini, node bertanggung jawab sebagai pencatat hasil auskultasi sinyal jantung pada pasien pertama, dan mengirimkan data pada node coordinator sesuai dengan protokol yang sudah dibuat melalui modul arduino. b) Node Router 2 Pada node ini, node bertanggung jawab sebagai pencatat hasil auskultasi sinyal jantung pada pasien kedua, dan mengirimkan data pada node coordinator sesuai dengan protokol yang sudah dibuat melalui modul Arduino. c) Nodecoordinator Pada node ini, node bertanggung jawab atas penerima data yang telah dikirimkan oleh kedua node sensor (router).data yang diterima oleh node ini masih belum diolah, tapi data yang diterima sesuai dengan protokol pengiriman data. Pada node coordinator data langsung dikirimkan ke end device tanpa pengolahan melalui modul arduino, hal ini dikarenakan proses pengolahan data dilakukan pada end device. d) End device Terdapat 3 end device yang masing masing berkomunikasi secara unicast (point to point) dengan nodecoordinator, dan dengan router. Pada end device yang tersambung dengan node coordinator digunakan oleh user untuk melihat hasil auskultasi dari node sensor 1 dan node sensor 2, dan data yang diperoleh falid (tidak tertukar). Dan dilakukannya pemisahan data dan pengelompokan data sinyal asukultasi berdasarkan asal data.hal ini dapat dilakukan dengan melihat ID yang sudah diberikan pada saat pengiriman data.sedangkan penyimpanan data pada masing masing end device yang terhubung dengan router digunakan untuk data pembanding antara data yang dikirim dengan data yang diterima oleh node coordinator. Agar dapat diketahui berapa besar bandwith, berapa data yang loss,dan delay ketika sistem ini dijalankan. Perancangan Perangkat Lunak Dari perancangan sistem diatas, selain perancangan hardware, juga dibutuhkan perancangan perangkat lunak untuk menjalankan perancangan hardware yang telah dibuat. Perangkat lunak terdiri dari beberapa algoritma perancangan dari sistem yang ditangani oleh pengontrol. Adapun algoritma perancangan perangkat lunak terdiri antara lain. Algoritma Pembacaan Sinyal Jantung Gambar 2 Flowchart pembacaan Heart Sound Sensor Algoritma Pengiriman Sinyal Jantung Gambar 3 Flowchart Pengiriman Data Auskultasi Jantung Pada dasarnya konsep dari sensor jantung adalah menerima setiap suara, maka apabila ketika sensor jantung mendapatakan tegangan, secara langsung data apapun akan ditransmisikan ke node coordinator, sehingga mengakibatkan banyaknya noise yang diterima oleh node coordinator diawal penerimaan data. Selain itu, karena pada transmisi sinyal jantung ini data yang didapat dari dua node, maka untuk mempermudah dalam pengolahan data, maka dibuatlah algoritma seperti gambar 3. JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 107

3 Pemrograman Ardunino Mega 2560 merupakan sebuah pemrograman modul, maka pemrograman langsung dilakukan pada setiap pin. Pin 10 digunakan sebagai saklar. PIN 10 digunakan untuk memulai pengiriman data, dimana data dikirim ketika PIN 10 berlogika LOW. Pengiriman dianggap selesai ketika user menonaktifkan PIN 10. Pengiriman data dilakukan sesuai dengan protokol yang sudah ditetapkan pada gambar 3.7, sehingga dapat disimpulkan bahwa pengiriman data berupa string atau caracter.pengiriman data akan dipancarkan oleh modul pemancar yang sudah disediakan. Pengiriman dilakukan dengan delay 2ms sesuai dengan ketetapan yang ada, yaitu pengiriman dilakukan minimal dengan 2 kali frekwensi sampling jantung normal. Algoritma Penerimaan Data pada End Device range Frekuensi Normal = 200Hz 250Hz fs = 2 x fn 1 T = 1 (2) fs (Lynn, 1994) Keterangan : fs = Frekuensi Sampling fn = Frekuensi Normal T = Perioda Maka didapatkan hasil perioda sebesar 0,002ms Algoritma Penerimaan dan Pemisahan Data pada Router Gambar 4 Flowchart Pemisahan dan penyimpanan data pada end device router Gambar 5 Flowchart Pemisahan dan penyimpanan data pada end device coordinator Metode Analisa Pada transmisi sinyal auskultasi ini, selain pembuatan algoritma pengiriman data, hal terpenting lainnya adalah analisa dari hasil pengiriman itu sendiri agar dapat diketahui seberapa baik sistem yang telah dibangun. Terdapat 3 parameter yang di analisa pada penelitian ini yaitu: Throughput, yaitu kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket data per lama pengamatan. Packet Loss, parameter yang menjelaskan besar paket data yang tidak diterima oleh penerima Delay (latency), selisih waktu antara penerima menerima data dan pengirim menerima data. (Gani,2010) Tahap untuk menganalisa algoritma pengiriman data yang telah dibuat oleh penulis : Peletakan Sensor pada Jantung Dalam transmisi sinyal auskultasi, komponen terpenting adalah data yang diambil dari auskultasi jantung.maka tahapan yang pertama dilakukan adalah mengambil data auskultasi dengan meletakkan sensor pada posisi jantung user dengan tepat. JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 108

4 Posisi jantung manusia adalah pada tulang iga manusia ke 6 di sebelah kiri dada manusia, atau 5 cm diatas ulu hati di sebelah kiri. Peletakan sensor sangat berpengaruh, karena apabila sensor tidak diletakkan pada bagian jantung yang tepat maka data yang akan diterima berupa data noise. Gambar 6 Letak posisi penempatan sensor pada jantung ( Mitral Area / Left Verticularr Area) diketahui delay penerimaan data dari data yang telah dikirim. Dari semua data yang dikirim terdapat loss data, loss data dapat diketahui dari data yang tidak sesuai dengan data yang terdapat pada pengiriman, dan dengan mengurangkan jumlah data yang terkirim dengan jumlah data yang telah diterima. Maka data yang loss akan dapat diketahui. Hasil Pengujian Dan Pengamatan Dalam bab ini penulis akan menguraikan dan menjelaskan beberapa hasil pengujian dari hasil penelitian tugas akhir ini. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perangkat lunak (software) dan kinerja keseluruhan sistem, serta analisa hasil transmisi data dari node ke coordinator. Pengujian pada Baudrate Sumber : (Jesicca, 2014) Pengambilan Sinyal Auskultasi Jantung Proses pengambilan data dilakukan saat semua alat terpasang, dan proses pengiriman data berlangsung. Seperti yang dijelaskan di atas, melalui grafik kita dapat melihat apakah sensor sudah berada pada posisi yang tepat. Data pada masing masing router dan coordinator akan tersimpan pada sebuah file. File inilah yang nantinya digunakan untuk menganalisa seberapa baik sistem dapat mentransmisikan sinyal auskultasi jantung dari 2 node ke 1 titik coordinator secara bersamaan dan streaming. Pengambilan sinyal jantung dilakukan selama 30 detik untuk mendapatkan hasil transmisi sinyal jantung. Hal ini dikarenakan penerimaan data pada titik coordinator lebih lama karena adanya proses pemisahan data yang terjadi pada titik coordinator. Contoh sinyal jantung hasil auskultasi terlihat dalam gambar 7 Gambar 8 Denah Pengambilan Data Baudrate Pengujian dengan Menggunakan Tera Term (115200) auskultasi jantung dengan menggunakan baudrate dalam dalam 5 kali percobaan dapat dilihat pada tabel 1 dan 2. Tabel 1 Hasil rata rata loss data antara node 1,node 2, Asal Data Min (%) Avg (%) Max (%) Node 1 11,49 17,38 22,76 Node 2 8,376 23,17 35,02 Tabel 2 Hasil rata rata delay data antara node 1,node 2, Asal Data Min (s) Avg (s) Max (s) Node 1 2,3 6,63 ± 2,56 8,59 Node 2 0,784 7,07 ± 2,33 9,70 Gambar 7 Hasil Sinyal Askultasi Jantung Analisa Transmisi Sinyal Auskultasi Jantung Cara menganalisa hasil transmisi jantung adalah dengan memindah data dari file penyimpanan ke file excel. Lalu data dibandingkan antara data inputan dengan data yang berasal dari receiver.posisi data pertama yang sesuai dengan data yang ada pada transmiter adalah data yang berhasil dikirim dan diterima. Sehingga dapat Dari data pada tabel 1 dan tabel 2 dapat disimpulkan bahwa pengiriman sinyal auskultasi jantung pada saat yang bersamaan pada node 1 lebih baik dari pada node 2. Hal ini dikarenakan posisi node 1 berada diseberang ruang node coordinator berada, yang memungkinkan banyaknya orang yang lalu lalang sehingga terdapat banyak noise yang menghalangi JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 109

5 transmisi sinyal antara node 1 dan node coordinator. Dengan rata rata througput bps. Pengujian Menggunakan Visual Basic Real Time (115200) Tabel 3 Hasil Menggunakan Visual Basic Asal Data Delay Paket Loss Node 1 0s 95,34 % Node 2 0,05 97,59 % Dari tabel data yang diterima oleh aplikasi VB sangat buruk, hal ini dikarenakan dibutuhkannya waktu untuk Visual Basic mengolah data, selain itu proses penyimpanan data kedalam disk juga membutuhkan waktu.sehingga data yang dapat diolah dan disimpan menjadi sangat sedikit, karena pada saat komputer mengolah data dan disaat bersamaan data masuk akan diabaikan oleh komputer. Dengan througput 2584 bps. Pengujian Menggunakan Visual Basic Offline (115200) auskultasi jantung dengan menggunakan baudrate menggunakan aplikasi Visual Basic secara tidak real time selama 5 kali percobaan dapat dilihat pada tabel 4 dan tabel 5. Tabel 4 Hasil Loss Data Baudrate Asal Data Min ( %) Avg (%) Max (%) Node 1 17,05 25,53 32,17 Node 2 20,93 26,39 34,70 Tabel 5 Hasil Delay Data Baudrate Asal Data Min (s) Avg (%) Max (%) Node 1 0,004 0,0076 0,01 Node 2 0 0,2088 1,004 Dari data pada tabel 4 dan tabel 5 dapat disimpulkan bahwa pengiriman sinyal auskultasi jantung pada saat yang bersamaan pada node 2 lebih baik dari pada node 1. Hal ini berarti bahwa hasil yang diperoleh baik dengan menggunakan Tera Term ataupun Visual Basic sama yaitu posisi node berpengaruh pada keakuratan pengiriman data. Dengan rata rata througput bps. Pengujian pada Baudrate Gambar 9 Denah Pengambilan Data Baudrate Pengujian dengan menggunakan Tera Term (65700) auskultasi jantung dengan menggunakan baudrate dalam kurun waktu 1 kali percobaan selama 1 menit dapat dilihat pada tabel 6 dan tabel 7. Tabel 6 Hasil rata rata loss data antara node 1,node 2, Asal Data Min (%) Avg (%) Max (%) Node 1 9,07 9,43 10,00 Node 2 6,85 7,13 7,79 Tabel 7 Hasil delay data antara node 1,node 2, dan coordinator Asal Data Min (s) Avg (s) Max (s) Node 1 0,05 0,055 0,064 Node 2 0,05 0,057 0,065 Baudrate adalah jumlah bit yang bisa dikirim oleh sebuah komputer per detik, sehingga apabila baudrate semakin kecil maka semakin kecil pula banyak bit data yang dikirimkan per detik. Hal ini yang menyebabkan pengiriman data pada baudrate memiliki througput lebih kecil sehingga jumlah data yang diterima lebih sedikit dibandingkan pada baudrate Namun karena pengiriman data relatif lebih sedikit dibandingkan dengan pengiriman data pada baudrate maka komputer dapat menangkap / menerima hampir keseluruhan data yang dikirimkan oleh transmitter (paket loss lebih kecil). Rata rata througput pada transmisi data pada baudrate adalah 2960,0001. Pengujian dengan menggunakan Visual Basic Real Time (65700) Tabel 8 Hasil rata rata delay data antara node 1,node 2, Asal Data Delay Paket Loss Node 1 0,05s 91,35 % Node 2 0,05s 88,31 % Sama halnya dengan penerimaan data yang dilakukan pada baudrate percobaaan yang dilakukan dengan waktu 1 menit, dengan delay pengiriman data dilakukan setiap frekuensi pengambilan datasebesar 500 pengambilan data per detik ini data yang diterima oleh aplikasi VB memiliki Pket loss yang tinggi, hal ini dikarenakan dibutuhkannya waktu untuk Visual Basic mengolah data, selain itu proses penyimpanan data kedalam disk juga membutuhkan waktu. Sehingga data yang dapat diolah dan disimpan menjadi sangat sedikit, karena pada saat komputer mengolah data dan disaat bersamaan data masuk akan diabaikan oleh komputer. JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 110

6 Pengujian dengan menggunakan Visual Basic Offline (65700) auskultasi jantung dengan menggunakan baudrate dalam 3 kali percobaan dapat dilihat pada tabel 9 dan tabel 10. Tabel 9 Tabel Hasil Loss Data Baudrate VB (Offline) Asal Data Min ( %) Avg (%) Max (%) Node 1 17,26 18,329 19,05 Node 2 11,05 10,67 11,05 Tabel 10 Hasil Delay Data Baudrate VB (Offline) Asal Data Min ( s) Avg (%) Max (%) Node 1 0,004 0,048 0,132 Node 2 0,002 0,048 0,14 Sama halnya dengan percobaan pengiriman data pada baudrate memiliki througput lebih kecil sehingga jumlah data yang diterima lebih sedikit dibandingkan pada baudrate Rata rata througput pada transmisi data pada baudrate dengan menggunakan Visual Basic secara tidak real time adalah 2891,99 bps. Hasil Analisa Keseluruhan Sistem Setelah melakukan percobaan percobaan dengan beberapa variasi baudrate dan dengan menggunakan aplikasi maka dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi baudrate pengiriman data maka througput akan semakin besar, tetapi paket loss yang dihasilkan juga semakin besar. Di samping, itu semakin besar baudrate juga akan mempengaruhi lama penerimaan data (delay semakin besar. Seperti yang terlihat pada tabel 11 dibawah ini. Penggunaan aplikasi dapat dilakukan untuk pengiriman sinyal auskultasi jantung, hanya saja jumlah packet loss yang diterima lebih besar dibandingkan dengan menggunakan Tera Term. Hal ini disebabkan karena adanya proses penyimpanan data terlebih dahulu, sedangkan pada Tera Term data langsung ditampilkan. Dan penggunaan aplikasi yang dilakukan secara offline mendapatkan pavket loss lebih baik daripada real time, hanya saja jumlah packet loss yang diterima lebih besar dari packet loss pada Tera Term. Seperti yang terlihat pada tabel 12 dan tabel 13 dibawah ini. Tabel 11 Hasil perbandingan antara baudrate dengan Parameter Perbandingan Delay (s) Paket Loss (%) Througput (bps) Node 1 Node 2 Node 1 Node 2 6,63 7,07 0,055 0,057 17,39 23,17 9,43 7, , ,001 Tabel 12 Hasil perbandingan antara baudrate dengan dengan menggunakan Visual Basic Secara online Parameter Perbandingan Delay (s) Paket Loss (%) Througput (bps) Node 1 Node 2 Node 1 Node 2 0 0,5 0,05 0,05 95,34 97,59 91,35 88, ,31 Tabel 13 Hasil perbandingan antara baudrate dengan dengan menggunakan Visual Basic Secara offline Parameter Perbandingan Delay (s) Paket Loss (%) Througput (bps) Node 1 Node 2 Node 1 Node 2 0,0076 0,21 0,048 0,048 25,53 26,39 18,32 10, ,999 PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan seluruh hasil analisa dari transmisi sinyal auskultasi jantung dari 2 node menuju 1 titik coordinator, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut. 1. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Tera Term menghasilkan rata rata loss sebesar 17,39% untuk node 1dan 23,17% untuk node 2dan delaydata sebesar 6,63s untuk node 1 dan 7,07s untuk node 2. Dengan rata rata througput 13332,53 bps. 2. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Visual Basic secara real time dalam waktu 1 menit yang telah dibuat menghasilkan rata rata delay sebesar 0s untuk node 1dan 0,05s untuk node 2dan lossdata sebesar 95,34% untuk node 1 dan 97,59% untuk node 2. Dengan rata rata througput 2584 bps. JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 111

7 3. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Visual Basic secara offline dalam waktu 1 menit yang telah dibuat menghasilkan rata rata delay sebesar 0,0076s untuk node 1dan 0,21s untuk node 2dan loss data sebesar 25,53% untuk node 1 dan 26,39% untuk node 2. Dengan rata rata througput bps. 4. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Tera Term dalam waktu 1 menit menghasilkan rata rata delay sebesar 0,055s untuk node 1dan 0,057s untuk node 2dan lossdata sebesar 9,43% untuk node 1 dan 7,13% untuk node 2. Dengan rata rata througput 2960,001 bps. 5. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Visual Basic secara real time dalam waktu 1 menit menghasilkan rata rata data loss sebesar 91,35% untuk node 1dan 88,31% untuk node 2dan delaydata sebesar 0,05s untuk node 1 dan 0,05s untuk node 2. Dengan rata rata througput 2960,001 bps. 6. Pentransmisian sinyal auskultasi jantung denganbaudrate menggunakan aplikasi Visual Basic secara offline dalam waktu 1 menit menghasilkan rata rata data loss sebesar 18,32% untuk node 1dan 10,67% untuk node 2 dan delay data sebesar 0,048s untuk node 1 dan 0,048s untuk node 2. Dengan rata rata througput 2891,999 bps. 7. Posisi node 1, node 2 dan node coordinator mempengaruhi delay dan juga banyak data loss. 8. Semakin tinggi baudrate pengiriman data semakin cepat tapi paket loss yang didapat juga semakin besar. Dan semakin besar baudrate maka delay antara pengiriman dan penerimaan data semakin kecil. 9. Transmisi sinyal auskultasi jantung dapat dilakukan, dengan memperhatikan baudrate pengiriman data. Karena semakin besar kecepatan pengiriman data maka packet loss yang diterima juga semakin besar.begitu juga dengan delay pada baudrate lebih sedikit dibandingkan dengan delay pada baudrate Dari hasil penelitian yang dilakukan pengaplikasian transmsi sinyal auskultasi jantung dapat dibagun dengan ccara penerimaan data oleh coordinator dilakukan secara offline. 2. Karena bandwidth yang dimiliki oleh Xbee kecil yaitu 250kb, agar efisien maka diperlukan compresi terhadap data yang dikirim. Daftar Pustaka C. S. Jessica Auscultation Skills. Lippincott Willian & Wilkins : Philadelphia. Gani, Abdul Aplikasi Pengaruh Quality Of Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Universitas Syiah Kuala. Lynn, P. A Introductory Digital Signal Processing With Computer Aplication. New York : John Wiley & Sons. Puspasari, Ira Study Analisis Metode Ekstraksi Ciri pada Sinyal Suara Jantung Diastolik. ITS Surabaya. Saran Dari kesimpulan yang telah dibuat, maka agar transmisi sinyal auskultasi jantun berjalan dengan baik, maka hal yang perlu dipertibangkan adalah : 1. Deperlukannya enkripsi data, karena data yang dikirim berupa sinyal jantung dari seseorang yang merupakan privacy setiap orang. JCONES Vol. 4, No. 1 (2015) Hal: 112