Rancang Bangun Jaringan Ad Hoc Berbasis Radio Paket pada Kanal Frekuensi Tinggi untuk Layanan Data Telemedika

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Rancang Bangun Jaringan Ad Hoc Berbasis Radio Paket pada Kanal Frekuensi Tinggi untuk Layanan Data Telemedika Khoirul Fahmi 1, Atik Choirul Hidajah 2, dan Achmad Affandi 1 1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya affandi@ee.its.ac.id 2 Departemen Epidemiologi, Fakultas Kesehatan Masyarakat, Kampus C Universitas Airlangga (Unair) Jl. Mulyorejo, Surabaya atik_hidajah@unair.ac.id Abstrak Telemedika adalah pemanfaatan teknologi elektronika, komputer dan telekomunikasi dalam bidang biomedika untuk memproses berbagai jenis informasi kedokteran dan mengirimkan atau menerima informasi kedokteran tersebut dari satu tempat ke tempat lain, guna membantu pelaksanaan prosedur kedokteran dan pendidikan medis. Pesan yang dikirim dari terminal antar puskesmas berupa laporan mingguan wabah dan pesan khusus yang berisi tentang hasil diagnosis maupun diskusi ilmiah. Sistem layanan data telemedika konvensional di Indonesia selama ini masih dilakukan secara manual yaitu paper based document. Dengan adanya teknologi berbasis radio paket yang gratis ini dapat membantu tim medis puskesmas mengirim pesan ke pusat informasi (dinas kesehatan setempat) lalu dikirim ulang ke puskesmas lainnya secara cepat untuk kebutuhan pengiriman data berukuran kecil berupa teks. Untuk merealisasikan sistem layanan data telemedika bagi puskesmas di daerah terpencil, maka digunakan sistem komunikasi ad hoc. Oleh karena itu dirancang protokol ad hoc yang sesuai karakteristik komunikasi paket radio beserta interface layanan data telemedika dalam bentuk program laporan rekam medis wabah mingguan. Dilakukan pengujian kanal HF Surabaya dan Lawang dengan mengirim sinyal carrier dengan daya 49,03 dbm sehingga level SNR audio yang diterima sebesar -4,293 db. Dan juga dilakukan pengujian protokol mode point-to-point dan ad hoc pada kanal VHF di sekitar kampus ITS Surabaya berupa mekanisme route discovery, route cache, pengiriman data telemedika dan ACK/NAK serta pengiriman variasi jumlah karakter U. Dari pengujian kanal VHF tersebut diperoleh batas maksimal pengiriman pesan kontinyu setiap 3 detik dengan payload 140 karakter U untuk 3 node adalah 158 Byte tiap pengiriman pesan. S Kata Kunci Ad Hoc, HF, VHF, radio paket, telemedika. I. PENDAHULUAN ELAMA ini baik di puskesmas (pusat kesehatan masyarakat) maupun rumah sakit di Indonesia pada khususnya, pelayanan rekam medisnya masih dilakukan secara manual yaitu berbasis kertas (paper based document) [1]. Secara tidak langsung hal tersebut membebani kinerja tim medis yang seharusnya hanya memeriksa dan merawat pasien, namun mereka juga harus campur tangan masalah manajemen data rekam medis. Hal tersebut menyebabkan tim medis tidak dapat menjalankan tugasnya dengan baik dan pada akhirnya sering muncul kasus atas keluhan pasien mengenai buruknya pelayanan suatu pusat kesehatan masyarakat. Rekam medis bermanfaat sebagai dasar dan petunjuk untuk merencanakan dan menganalisis penyakit serta merencanakan pengobatan, perawatan dan tindakan medis yang harus diberikan kepada pasien [2]. Hal tersebut sangat penting bagi puskesmas dan dinas kesehatan setempat dimana tim medis dapat saling bertukar informasi vital baik mengenai hasil perawatan, hasil diagnosis, hasil konsultasi dan pengobatan. Oleh karena itu diperlukan efisiensi dalam manajemen rekam medis yaitu dengan perancangan layanan data telemedika. Layanan telemedika modern masih belum digunakan di Indonesia karena investasi untuk perangkat lunak dan perangkat kerasnya dikenal mahal terutama transmisi nirkabel yang memakai saluran pita lebar dimana layanannya sangat bergantung pada kecepatan akses data internet [2]. Namun dengan dilakukannya penelitian ini yang menggunakan kanal frekuensi radio sebagai media transmisi data yang gratis dan sedikit perangkat, maka nantinya akan diperoleh sistem layanan data telemedika yang lebih murah dan cocok diterapkan pada puskesmas di daerah terpencil yang terbatas akan dana dan bantuan tenaga medis. Penggunaan jaringan ad hoc juga perlu diterapkan dimana penelitian sebelumnya masih berupa hubungan antar modem dengan terminal untuk komunikasi point-to-point [3]. Hal yang mendasari perlunya jaringan ad hoc adalah tidak membutuhkan dukungan infrastruktur untuk jaringan backbone dan sangat berguna pada saat infrastruktur tidak ada atau rusak. Selain itu infrastruktur mungkin juga tidak dipraktekkan untuk jarak yang sangat dekat, sementara pada jaringan ad hoc kondisi ini dapat diterapkan. Penelitian ini bertujuan untuk merencanakan layanan data telemedika yang sesuai dengan sistem komunikasi radio paket dalam bentuk program yang siap digunakan. Dengan protokol yang sudah direncanakan lalu dilakukan implementasi protokol pada terminal serta melakukan analisis unjuk kerja pengiriman paket data secara point-topoint dan ad hoc. Penelitian ini diharapkan mampu mengembangkan teknologi telemedika di Indonesia dan dapat dijadikan dasar untuk penelitian selanjutnya mengenai komunikasi radio paket pada kanal HF.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) II. RANCANGAN SISTEM A. Sistem Layanan Data Telemedika Berbasis Radio Paket Transceiver Modem MFJ Terdapat beberapa mekanisme yang harus dilakukan agar data yang dikirim dapat diterima dengan baik oleh penerima. Desain protokol berfungsi untuk mengatur suatu aliran data dalam suatu jaringan. Standar format tergantung dari tipe paket yang fungsinya berbeda-beda. Antena Balun Inverted V Dipole Awal Port Serial Membaca Data No Link Modem MFJ Transceiver Antena Balun Inverted V Dipole Antena Balun Inverted V Dipole Node Tujuan = Node Penerima Transceiver Modem MFJ Data diforward Gambar 1. Skema Sistem Layanan Telemedika Berbasis Radio Paket Layanan data telemedika berbasis radio paket setidaknya memerlukan modem, radio transceiver, radio tuner dan antena untuk melakukan pertukaran paket data diantara terminal. Dalam penelitian ini pengujian antar 2 node dilakukan pada kanal HF. Setelah dilakukan pengujian ternyata karakteristik kanal HF antara Surabaya dan Lawang tidak memungkinkan untuk dilakukan komunikasi paket radio dikarenakan level noise yang terlalu besar sehingga data yang dikirim tidak dapat diterima sama sekali. Oleh karena itu perlu dilakukan analisa lebih lanjut untuk karakteristik kanal berdasarkan sistem pengujian yang akan dibahas di bab selanjutnya. Sedangkan untuk pengujian mode ad hoc dilakukan pada kanal VHF. B. Desain Protokol Kanal HF tergolong sebagai narrowband [4] sehingga dengan bitrate yang hanya 300 bps sebaiknya flooding untuk update tabel routing dihindari [3], oleh karena itu dipilih protokol jenis reaktif. Protokol DSR (Dynamic Source Routing) [5] digunakan sebagai acuan dimana update tabel routing jarang dilakukan sehingga cocok untuk topologi jaringan mobilitas rendah dan memiliki bitrate rendah [6]. Untuk mendukung proses komunikasi data yang baik, harus didukung oleh arsitektur protokol yang baik. Arsitektur protokol DSR terdiri dari 2 kategori yaitu protokol untuk route discovery dan protokol untuk transfer data. Masingmasing kategori protokol terdiri dari pesan kontrol yang memiliki fungsi tertentu. Pesan kontrol dikirimkan dalam bentuk paket dengan tipe berbeda-beda. Saat paket diterima akan diproses sesuai dengan tipe paketnya. RREQ RREP Route cache Data ACK/NAK Gambar 2. Mekanisme Protokol Data Dikirim= Data Diterima Data ditolak Pengelompokan data sesuai format Tipe data 1 Tipe data 2 Tipe data 3 Tipe data 4 Tipe data 5 Akhir Proses Route Cache Proses RREQ Proses RREP Proses Data Proses ACK Data Gambar 3. Diagram Alir Algoritma Protokol Secara Umum Sebelum data dikirim, dilakukan proses pencarian rute (route discovery) yang memperbolehkan node lain ikut bergabung dalam jaringan tersebut. RREQ bertujuan membentuk rute dari node pengirim ke node tujuan dan dikirim oleh node pengirim ke node tujuan. Jika paket RREQ sukses diterima, maka node tujuan tadi akan mengirimkan paket RREP ke node pengirimnya yang berisikan alamat node dari rute kebalikan yang telah terbentuk. Setelah RREP diterima, lalu dilakukan pengiriman paket route cache pada node yang dituju agar node tujuan tadi dapat mengirim paket data juga. Paket route cache memiliki fungsi memberikan rute-rute yang memungkinkan bagi node lain agar nantinya dapat berkomunikasi satu sama lain. Setelah proses pengiriman route cache dilakukan, maka paket data dapat dikirimkan baik dari node pengirim yang

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) mengawali RREQ maupun sebaliknya. Hal ini mempermudah pertukaran data antar node terutama untuk topologi jaringan yang cenderung statis. Setelah dilakukan pengiriman paket data, maka akan dilakukan proses pengecekan payload yang dilakukan dengan mengecek data FCS (Frame Check Sequence) yang diterima lalu dibandingkan dengan FCS payload yang diterima. Apabila sama, maka node penerima tersebut akan mengirimkan paket ACK dimana data yang telah dikirimkan tidak terdapat kesalahan. Sedangkan apabila data FCS yang diterima tidak sama dengan data FCS yang dicek oleh penerima maka akan dikirimkan paket NAK agar pengirim mengetahui bahwa data yang terkirim memiliki kesalahan. Apabila paket ACK / NAK tidak diterima dalam jangka waktu 2 kali waktu teoritis maka akan terjadi timeout. Dan diharuskan mengirim ulang paket data. Model ACK / NAK yang digunakan yaitu end-to-end dikarenakan lebih efisien waktu dan menghemat penggunaan trafik pada kanal jika dibandingkan segment-to-segment [3]. C. Desain GUI Layanan Data Telemedika Setelah dilakukan perancangan protokol, dilakukan implementasi pada terminal layanan data telemedika. Pada penelitian ini digunakan laptop sebagai terminal. Protokol dibuat dalam bentuk program dengan bahasa pemrograman Borland Delphi 7. Gambar 5. Konfigurasi Peralatan untuk Perekaman Sinyal Paket Pengujian ini dilakukan secara point-to-point dimana lokasi yang digunakan adalah Laboratorium B406 Teknik Elektro ITS Surabaya (7,28498 o lintang selatan dan o bujur timur) dan daerah sekitar hotel Arjuna Lawang (7,85162 o lintang selatan dan 112,69436 o bujur timur). Paket radio dikirim dalam mode KISS agar program dapat dijalankan dalam mode TCP/IP [7]. B. Demodulasi Sinyal Radio Paket Putty / Hyperterminal Program Mode KISS PC Line Out PC ke Port Radio Pin Receive Audio Port Serial Modem ke USB/ Serial Port PC Modem MFJ 1278B Gambar 6. Konfigurasi Peralatan untuk Demodulasi Data Radio Paket Sedangkan untuk analisa hasil data keluaran digunakan konfigurasi peralatan yang memutar balik file suara yang telah terekam tersebut ke dalam modem sehingga paket data yang diterima dapat ditampilkan pada software putty. C. Perekaman Level SNR Audio Kanal HF Antena Balun Inverted V Dipole Tranmitter Antena Balun Inverted V Dipole Receiver Audacity PTT On-Off Laboratorium B406 Teknik Elektro ITS Surabaya Gambar 4. Tampilan Program pada Layanan Data Telemedika Desain GUI (Graphical User Interface) terminal layanan data telemedika mengacu pada contoh laporan rekam medis mingguan dikarenakan formatnya yang sederhana dan tidak membutuhkan banyak data teks yang dikirim. III. IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM Behringer UCA 222 Sekitar Hotel Arjuna Lawang Gambar 7. Konfigurasi Peralatan Perekaman Sinyal Carrier Penerima Dan untuk mengetahui level SNR audio pada penerima, maka diperlukan mode pengiriman carrier AM. Pada penerima direkam sinyal komunikasi radionya dalam software audacity. Lalu dari hasil rekamannya nanti diputar ulang dan dianalisa menggunakan spectralab agar diketahui level dayanya. D. Perekaman Sinyal Paket Hasil Modulasi Langsung A. Perekaman Sinyal Paket Program Mode KISS Audacity Audio Line Out PC ke Port Serial Modem Port Radio Pin Mic ke Port Audio Line In PC Program Mode KISS Pengirim Modem MFJ 1278B Antena Balun Inverted V Dipole ICOM IC-718 Tuner MFJ 948 Laboratorium B406 Teknik Elektro ITS Surabaya Antena Balun Inverted V Dipole ICOM IC-718 Audacity Behringer UCA 222 Penerima Sekitar Hotel Arjuna Lawang Pengirim Modem MFJ 1278B Penerima Gambar 8. Konfigurasi Peralatan Perekaman Sinyal Data Hasil Modulasi Berikutnya perekaman hasil modulasi data mode KISS yang dikirim secara langsung tanpa melalui kanal radio (media kabel) dilakukan untuk mengetahui apakah pada penerima data mampu diterima dengan baik apabila sudah diberi noise HF.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) E. Pengujian Protokol pada Kanal VHF WIB dengan pengaturan radio frekuensi 6,308 MHz mode AM dengan daya kirim sebesar 80 Watt atau 49,03 dbm. Pengirim Modem KYL 600L Antena VHF mobile Plasa Teknik Material dan Metalurgi ITS Surabaya Antena VHF mobile No Link Modem KYL 600L Perantara Laboratorium B401 Teknik Elektro ITS Surabaya Gambar11. Hasil Rekam Komunikasi pada Domain Frekuensi Antena VHF mobile Modem KYL 600L Lantai 2 Kimia MIPA ITS Surabaya Penerima Gambar 9. Konfigurasi Peralatan Pengujian Protokol pada Kanal VHF Untuk menguji algoritma protokol dan kinerja layanan data telemedika maka dilakukan pengujian pada kanal VHF. Pada pengujian point-to-point dilakukan di Plasa Teknik Material & Metalurgi ITS Surabaya (7,28512 o lintang selatan dan 112,79749 o bujur timur) dan Laboratorium B401 Teknik Elektro ITS Surabaya (7,28495 o lintang selatan dan 112,79588 o bujur timur). Sedangkan untuk pengujian ad hoc ditambah di Lantai 2 Kimia MIPA ITS Surabaya (7,28389 o lintang selatan dan 112,795 o bujur timur). IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS A. Pengujian Kanal Surabaya Lawang Pengiriman paket radio dilakukan di malam hari pada tanggal 22 Mei 2012 pukul WIB dengan pengaturan radio frekuensi 6,304 MHz mode LSB dengan daya kirim 110 Watt atau 50,41 dbm. Hasil perekaman sinyal saat pengiriman data dengan audacity berdasarkan domain waktu ditunjukkan pada gambar 10 dimana gambar yang diblok warna abu-abu tersebut merupakan data yang diterima bercampur noise, sedangkan lainnya merupakan sinyal noise HF. Membedakan data masuk atau noise dapat dilakukan dari perubahan suara yang didengarkan. Dari grafik tersebut ditunjukkan level amplitudo sinyal informasi sangat lemah dan hampir setara dengan noise. Suara diterima berupa sinyal carrier hasil penekanan PTT (Push To Talk) sekitar 5 detik. Pada domain frekuensi diambil sampel detik ke 3,87 dengan menggunakan spectralab diperoleh puncak level daya terima audio sekitar -24,65 db pada frekuensi 1,009 khz dan SNR audio sekitar - 4,293 db. Lalu pengujian selanjutnya dilakukan untuk mengetahui seberapa mampu paket dibaca oleh modem jika data hasil modulasi tanpa melalui kanal HF (media kabel) tersebut diberi noise HF hasil rekam komunikasi kanal HF di Surabaya-Lawang. Hasil perekaman sinyal berdasarkan domain waktu ditunjukkan pada gambar 12 dimana gambar yang diblok warna abu-abu tersebut merupakan data bercampur noise, sedangkan lainnya merupakan noise HF. Gambar 12. Penggabungan Sinyal dengan Noise HF pada Domain Waktu Dilakukan pemutaran ulang dengan modem agar didemodulasi sehingga data dapat ditampilkan pada putty. Hasilnya seperti ditampilkan pada gambar 13 dimana paket didemodulasi dengan baik oleh modem dikarenakan level daya sinyal informasi lebih besar daripada level daya noise. Gambar 13. Hasil Keluaran Demodulasi Paket RREQ pada PuTTY Gambar 10. Hasil Perekaman Paket pada Domain Waktu Lalu data hasil rekaman tadi juga diputar ulang dan dihubungkan ke modem untuk demodulasi paket radio agar dapat diketahui data mampu diterima dengan baik atau tidak. Setelah diuji ternyata tidak muncul karakter apapun pada putty. Dengan kata lain modem menganggap data yang diterima semuanya noise. Selanjutnya pengiriman sinyal carrier pada kanal HF dilakukan di siang hari pada tanggal 3 Juni 2012 pukul B. Pengujian Protokol Pengujian protokol dilakukan pada kanal VHF dengan menguji delay pengiriman route discovery, route cache, transfer data telemedika serta ACK dengan variasi pengiriman mode point-to-point dan ad hoc. Hasil pengujian juga dibandingkan dengan delay teoritis. Dimana perhitungan untuk delay teoritis adalah waktu kirim per 1 Byte dikali dengan total Byte yang dikirim dan dikali dengan jumlah hop.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Gambar 14. Delay Pengiriman Route Discovery Pada pengujian route discovery berupa pengiriman paket RREQ dan RREP masing-masing sebesar 16 Byte diperoleh delay pengiriman berbanding lurus dengan banyak node yang terlibat. Selisih dengan delay teoritis tidak terlalu signifikan. Gambar 17. Delay Pengiriman ACK Sedangkan untuk hasil pengujian pengiriman paket ACK sebesar 20 Byte diperoleh delay pengiriman berbanding lurus dengan banyak node yang terlibat. Terdapat perbedaan yang tidak terlalu signifikan dengan delay teoritis. C. Pengujian Kinerja Sistem Pengujian kinerja sistem dilakukan dengan pengiriman berbagai jumlah karakter U [3] dan variasi waktu pengiriman antar paket yang berbeda-beda. Dengan ini dapat diketahui faktor delay pengiriman, throughput, dan packet delivery ratio pada sistem. Gambar 15. Delay Pengiriman Route cache Untuk hasil pengujian paket route cache sebesar 24 Byte diperoleh delay pengiriman berbanding lurus dengan banyak node yang terlibat. Terdapat perbedaan yang cukup signifikan dengan delay teoritis dikarenakan faktor propagasi. Gambar 18. Delay Pengiriman 2 Node Gambar 16. Delay Pengiriman Data Telemedika Untuk hasil pengujian pengiriman data telemedika diperoleh delay pengiriman berbanding lurus dengan banyak node yang terlibat. Terdapat perbedaan yang cukup signifikan karena besarnya data yang cukup besar yaitu mencapai 245 Byte. Gambar 19. Delay Pengiriman 3 Node Dari grafik hasil pengujian delay pengiriman diatas, maka diperoleh semakin banyak node yang terlibat maka delay pengiriman semakin besar. Selisih waktu antar pengiriman paket berpengaruh pada delay pengiriman 2 node karena terjadi proses antrian paket pada modem sedangkan pada 3 node modem langsung mem-forward paket data.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) delay pengiriman teoritis. Sedangkan untuk pengiriman kontinyu 160 karakter U (total 178 Byte) setiap 3 detik sebanyak 10 kali hanya pengiriman pertama yang sukses terkirim untuk 3 node sehingga packet delivery ratio 10%. Hal ini dikarenakan antrian data tidak dapat ditangani oleh modem sehingga paket yang melebihi batas buffer akan ditolak. Gambar 20. Throughput Pengiriman 2 Node Gambar 21. Throughput Pengiriman 3 Node Dari hasil grafik tersebut diperoleh semakin banyak node yang berpartisipasi maka throughput sistem semakin kecil. Selisih waktu antar pengiriman paket berpengaruh pada throughput pengiriman 2 node karena proses antrian paket pada modem sedangkan pada 3 node modem langsung memforward paket data. V. KESIMPULAN Sistem komunikasi data menggunakan kanal HF dengan bitrate 300 bps antara Surabaya dan Lawang masih memerlukan penelitian lebih lanjut untuk optimasi kanal. Protokol terdiri dari lima pesan kontrol yang dikirimkan dalam bentuk paket RREQ, RREP, Route cache, Data, dan ACK/NAK. Protokol ini diwujudkan dalam bentuk program pada terminal layanan data telemedika. Delay pengiriman berbanding lurus dengan jumlah pesan yang dikirim dan jumlah node yang terlibat. Throughput cenderung berbanding lurus dengan jumlah pesan yang dikirim dan berbanding terbalik dengan jumlah node. Jumlah node yang berpartisipasi untuk 2 dan 3 node tidak berpengaruh pada packet delivery ratio pengiriman asalkan delay pengiriman antar paket lebih dari delay pengiriman teoritis. Supaya packet delivery ratio mendekati 100%, maka besar delay antar pengiriman paket radio harus lebih dari delay teoritis. Program laporan wabah mingguan untuk aplikasi telemedika telah berfungsi dengan baik dan dapat digunakan pada kanal VHF sedangkan untuk kanal HF memerlukan penelitian lebih lanjut. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis K.F. mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finansial melalui Program Kreativitas Mahasiswa bidang penelitian tahun Gambar 22. Packet Delivery Ratio Pengiriman 2 Node Gambar 23. Packet Delivery Ratio Pengiriman 3 Node Untuk pengujian packet delivery ratio dari gambar 22 dan 23 diperoleh jumlah node yang berpartisipasi untuk 2 dan 3 node tidak berpengaruh pada packet delivery ratio pengiriman asalkan delay pengiriman antar paket lebih dari DAFTAR PUSTAKA [1] Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia 2007, Standar Profesi Perekam Medis dan Informasi Kesehatan bagian C no.2b: bentuk pelayanan rekam medis, No:377/Menkes/SK/III/2007, MenKes Republik Indonesia, Jakarta. [2] Soegijoko & Soegijardjo 2005, Development of ICT-Based Mobile Telemedicine System with Multi Communication Links for Urban and Rural Areas in Indonesia, Asia Pacific Development Information Programme. [3] M. Ardita. Kinerja Modem Adhoc Radio Untuk Mendukung Manajemen Transportasi Kapal Tradisional. Master Thesis.Surabaya: Postgraduate ITS:2010. [4] Harris, T.J., Characterisation of Narrowband HF Channels in the Mid and Low Latitude Ionosphere Defence Science and Technology Organisation West Avenue, Edinburgh, Australia, [5] Johnson D., Dynamic Source Routing in Ad hoc Wireless Networks. Computer Science Department Carnegie Mellon University, [6] K. Gupta, Performance analysis of AODV, DSR & TORA Routing Protocols, IACSIT International Journal of Engineering and Technology Vol.2, No.2, April [7] C, Mike, The KISS TNC: A Simple Host-to-TNC Communications Protocol, ARRL 6th Computer Networking Conference, Redondo Beach CA, 1987.