JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) SISTEM KOMUNIKASI DATA PADA MARITIM BUOY WEATHER UNTUK MENDUKUNG TRANSPORTASI LAUT DI INDONESIA Muhammad Sa ad, dan Syamsul Arifin, ST, MT. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya syamsul@ep.its.ac.id Abstrak Faktor cuaca menempati urutan kedua tertinggi sebesar 38% sebagai penyebab kecelakaan transportasi laut. Sedangkan BMKG tidak bisa memberikan data secara realtime dan akurat karena kurangnya buoy wather di Indonesia. Untuk itu diperlukan pengembangan prototype dari maritime buoy weather, dan dilengkapi dengan sistem komunikasi nirkabel. Dengan mengintegrasikan sistem komunikasi wireless yang bisa mengirimkan data dari maritime buoy weather ke stasiun darat secara realtime (berfungsi sebagai sistem monitoring dan prediktor). Dan dari hasil tugas akhir ini, dilakukan pengujian dengan jarak meter di luar ruangan dan meter di dalam ruangan dengan hambatan/obstacle. Selain itu juga dilakukan pengujian dengan mengirimkan data dari hardware secara langsung untuk pengintegrasiannya pada prototype maritim buoy weather. Dari pengujian diperoleh analisa errornya yang disimulasikan dengan bantuan software peghitung. Dan dari pegujian dan simulasi error diperoleh kesimpulan yaitu bahwa Rf YS-1020 UA mempunyai kinerja yang bagus. Karena tanpa antena tambahan dapat mentransmisikan data di luar ruangan tanpa hambatan sampai jarak 175 meter tanpa ada loss data, sedangkan dengan hambatan sampai jarak 85 meter. Dan diperoleh nilai error pada pengiriman tanpa hambatan sebesar 5.7% dan 1.4% dengan hambatan. Nilai error rate pada simulasi transmisi juga mendekati nilai teoritis dan sesuai dengan rancangan. Dan sistem komunikasi bisa terintegrasi secara realplan dan realtime pada prototye maritime buoy weather. Kata Kunci Transportasi laut, Maritime buoy weather, Sistem Komunikasi, RF YS-1020UA, tanapa hambatan, dengan hambatan, BER. I I. PENDAHULUAN ndonesia merupakan Negara maritim karena wilayah perairan Indonesia lebih besar dari pada daratan. Selain itu Indonesia merupakan Negara kepulauan terbesar di dunia dengan jumlah pulau mencapai pulau. Oleh karena itu transportasi laut merupakan salah satu transportasi utama dan penting sebagai penghubung antar pulau. Kenaikan jumlah alat transportasi sebanding dengan kenaikan kecelekaan yang terjadi. Menurut data dari Analisa trend kecelakaan transportasi laut yang dilakukan oleh PT. Trans Asia Consultansts berdasar himbauan Komite Nasional Keselamatan Transportasi berdasar data dari tahun , tertulis bahwa salah satu faktor utama dalam kecelakaan transportasi laut adalah faktor cuaca. Faktor cuaca menempati urutan kedua tertinggi sebesar 38% sebagai penyebab kecelakaan transportasi laut. Bisa diakibatkan oleh badai, gelombang laut, arus besar, dan kabut yang mengakibatkan jarak pandang terbatas. Ini diakibatkan oleh cuaca dan iklim di Indonesia yang semakin hari semakin tidak menentu. Gambar 1. Grafik Kecelakaan Transportasi laut berdasarkan faktor penyebab ( ) Sedangkan BMKG tidak bisa memberikan data secara realtime dan akurat karena kurangnya buoy wather di Indonesia. Jumlah weather station di Indonesia sekitar 198 dari wilayah Banda Aceh sampai dengan Timika. Jumlah ini tidak sebanding dengan luas wilayah Indonesia. BMKG sendiri memberikan pelayanan informasi mengenai prakiraan cuaca di website bmkg.go.id, tapi masih terdapat kekurangan yaitu tingkat kepresisian data yang perlu ditingkatkan, serta yang paling penting adalah dikarenakan pengaksesan website ini tidak bisa dilakukan didaerah terpencil. Kondisi seperti ini dapat diatasi dengan menambah jumlah dari buoy weather,tapi hal ini terkendala harga buoy weather yang tinggi. Padahal penjadwalan pelayaran sendiri untuk melakukan aktivitas sehari-harinya sangat bertumpu pada informasi dan prakiraan cuaca maritim yang berasal dari data buoy weather. Untuk itu diperlukan pengembangan prototype dari maritime buoy weather, dengan melengkapi dengan sistem komunikasi nirkabel. Dengan mengintegrasikan sistem komunikasi wireless yang bisa mengirimkan data dari maritim buoy weather ke stasiun darat secara realtime (berfungsi sebagai sistem monitoring dan prediktor).

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) A. Alur Penelitian II. URAIAN PENELITIAN Bab ini menjelaskan mengenai metodologi penelitian yang digunakan dalam proses penelitian meliputi bagaimana perancangan hardware beserta software-nya pada perancangan sistem komunikasi data maritime buoy weather dengan media Radio Frequency.Secara garis besar, metodologi yang dilakukan seperti tercantum pada diagram alir berikut: perancangan software tampilan yang akan digunakan untuk penerimaan data serta penyambungannya terhadap RF receiver. Setelah dilakukan studi literatur kemudian dapat dilakukan identifikasi masalah yang ditujukan untuk memberikan batasan terhadap ruang lingkup dari penelitian ini. Hal tersebut terkait dengan berbagai variabel yang memberikan kontribusi terhadap sistem komunikasi data berbasis wireless dengan media RF. Salah satu batasan utama adalah pengiriman paket data yang berisi hasil pengukuran dan monitoring berupa variabel meteorologis seperti kelajuan angin, arah angin, kelembaban, temperature, tekanan udara, dan kelajuan arus laut yang dikirimkan secara realtime. B. Perancangan Sistem Komunikasi dengan media RF Tahap selanjutnya adalah melakukan perancangan sistem komunikasi data dengan RF. Gambar 2. Diagram Alir penelitian Studi mengenai Buoy weather, sehingga didapatkan pemahaman mengenai spesifikasi buoy weather, sensor yang digunakan dan cara kerja Buoy weather sehingga bisa diketahui bagaimana perancangan buoy weather pada umumnya dan sistem komunikasi buoy weather khususnya. Studi mengenai karakteristik serta Sistem kerja Radio Frequency, terutama RF YS-1020UA. Sehingga bisa diketahui proses pengiriman data secara wireless dan analisanya. Serta diketahui bagaimana perancangan RF diimplementasikan terhadap Buoy weather. Studi mengenai mikrokontroller terutama AVR ATMega Studi terhadap konfigurasi pin serta bagaimana sinkronisasinya terhadap sistem komuniasi RF. Selain itu dilakukan pemahaman terhadap pemrograman C untuk memasukkan perintah-perinth atau logika ke dalam mikro sesuai kebutuhan untuk monitoring buoyweather,karena mikrokontroller sebagai otak atau pengendalinya. Studi untuk mengetahui Analisa pengiriman data baik itu berupa BER, SNR serta variabel lain yang mempengaruhi sistem komunikasi data secara wireless dengan media Radio Frequency. Studi litelatur mengenai pemrograman terhadap software Basic untuk Gambar 3. Tampilan Software YSPRG.EXE Perancangan dilakukan dengan mengkoneksikan antara RF transmitter dan receiver. Hal itu dilakukan dengan pemilihan channel pada RF dan mengatur kecepatan pengiriman serta melakukan perangkaian serta penghubungan dari RF dengan komputer/laptop sebagai server dan penguhubungan RF dengan mikrokontroller sebagai pengolah data dari hasil sensing/monitoring. Setelah itu dilakukan perancangan alogaritma program pada mikrokontroller ATMega Hal ini dilakukan untuk melakukan pengecekan pentransmisian data serta pengujian. Pemrograman dilakukan dengan bahasa C. Untuk awal sebelum hardware untuk sensing atau monitoring selesai, pentransmisian data dilakukan dengan data acak ADC dari mikrokontroller hasil pemrograman, selain itu juga dilakukan perancangan potensiometer sebagai pengganti sementara sensor, keluaran potensiometer dibuat nilai keluarannya sesuai dengan sensor. Hal itu dilakukan dengan melakukan pembuatan alogaritma program pada mikrokontroller berdasar karakteristik ke 5 sensor yang digunakan oleh hardware. Selain itu dilakukan perancangan software untuk tampilan hasil pentransmisian data. Perancangan dilakukan dengan software bahasa pemrograman Basic. Pada software dibuat untuk menerima data berupa 5 variabel tadi secara langsung karena menggunakan komunikasi transmisi serial, baru pada software hasil rancangan dilakukan pembagian menjadi 5data, dan ditampilkan grafik serta dibuat database untuk menyimpan data. Dalam software juga dimasukkan program untu mengetahui waktu pengiriman sehingga diketahui selisih waktu pengiriman sehingga diketahui delay pada pengirimannya.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Gambar 4. Diagram alir Perancangan koneksi RF YS-1020UA Pada gambar diagram alir di atas ditunjukkan bahwa dari mikro ke RF YS-1020 UA bisa langsung disambungkan dengan kabel konektor, dengan ketentuan seperti pada datasheet RF YS-1020 UA. Untuk Tx dan Rx dari RF transmitter disambungkan ke mikrokontroller AVR AT Mega 8535 pada Port D pin 2 dan 3. Sedangkan untuk Vcc dan Ground-nya disambungkan ke pin 0 untuk Ground dan pin 1 untuk Vcc. Bisa disambungka ke Port A, B, C, atupun D selama pada pin 0 dan 1. Untuk pengiriman diatur oleh alogaritma program pada mikrokontroller. Pada RF receiver menerima data dan disalurkan ke konektor. Untuk sambungan konektor ke DB9 dan DB9 ke USB to serial disambungkan sesuai datasheet DB9 dan RF YS-1020UA. C. Peraancangan Software Pada perancangan software ini terdapat perancangan software untuk tampilan display penerimaan data dengan bahasa pemrograman Basic. Gambar 5.Flow Chart Perancangan software tampilan Pada gambar flowchart di atas terlihat bahwa alur pembuatannya dimualai dari inisialisasi Comport, kemudian dilanjutkan dengan pemilihan Port. Apabila port sudah dirancang dan benar maka akan tersambung dan diolah oleh software tampilan, data akan dipisah dan diidentifikasi apakah sudah lengkap atau tidak. Setelah selesai data akan langsung tersimpan pada database, jadi secara otomatis direkam/record. D. Pengujian Sistem Komunikasi Pengujian sistem komunikasi data pada buoy weather ini dilakukan dengan cara melakukan pengiriman paket data dari hasil sensor yaitu : kelembaban, suhu, arah angin, kecepatan angin, tekanan udara, dan kecepatan arus laut. Pengujian dilakukan 3 kali yaitu, yang pertama untuk pengecekan dilakukan pengujian dengan komunikasi serial dengan kabel serial to USB diterima dengan software bantu hyperterminal (free license). Bagian kedua pengujian dilakukan dengan pentransmisian data dengan penerimaan oleh hyerterminal dan dengan keadaan data dari hasil simulasi oleh potensiometer. Terakhir Pengujian pentransmisian data dengan data dari hasil sensor dan realplan, pengujian ini dilakukan sebagai validasi istem komunikasi data pada maritime buoy weather apakah mampu mentransmisikan data dan menerima dengan baik. Pada pengujian ini dilakukan dengan software hasil rancangan sebagai penerima. E. Pengujian dengan media RF dan data dari simulasi sensor dengan petensiometer (Offline) Pada pengujian dilakukan dengan 2 keadaan yaitu, di dalam ruangan(ada halangan antara transmitter dn receiver) dan diluar ruangan(tidak ada halangan). Pada tiap keadaan juga diberi variasi jarak. Untuk keadaan didalam ruangan yang ada halangan diberi variasi jarak pengiriman data antara transmitter dan receiver yaitu, 1,5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65,70,71,73,75,80,85,90,95 dan 100 meter. Pengujian juga di lakukan di diluar ruangan tanpa obstacle atau hambatan pada variasi jarak 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 75, 180, 190, 200, 210, 225, dan 250 meter. Diambil data 5 kali pengiriman per jarak. Selain itu juga dilakukan pengujian waktu pengiriman paket data, sehingga diperoleh data waktu pengiriman terhadap jarak sehingga diketahui delay time dalam pengirimannya. Dari data yang dikirim dan diterima bisa diketahui pula error pengiriman, dengan membandingkan data yang dikirim dengan yang diterima apakah sama baik data dan jumlahnya. Bisa diketahui pula jarak terjauh untuk pengiriman dan range pengiriman. F. Pengujian dengan media RF dan data Hasil sensing sensor (Online) Pengujian ini dilakukan untuk mngetahui apakah sistem komunikasi ini telah terintegrasi dengan baik pada prototype maritime buoy weather. Pengujian ini dilakukan sebagai validasi pentransmisian data realplan. Pengiriman dilakukan dengan 2 kondisi pula, dalam ruangan dengan halangan/hambatan dan luar ruangan tanpa hambatan/loss space. Pengujian ini diterima dengan software bantu hyperterminal dan software penerima hasil rancangan. Pengujian ini dilakukan sebagai validasi sistem komunikasi data pada maritime buoy weather bisa bekerja secara realplan.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) III. HASIL DAN DISKUSI A. Hasil Pengujian koneksi RF YS-1020UA dengan mikrokontroller Pada pengujian ini dilakukan pengiriman data dari mikrokontroller ke hyperterminal melalui komunikasi serial dengan media kabel serial to USB dan RF YS-1020UA. Prosedurnya adalah dengan menyambungkan mikrokontroller dengan Rangkaian potensiometer. Disini yang digunakan pada mikro adalah Port A yang berfungsi sebagai ADC karena Potensiometer dianggap sebagai pengganti sensor(simulasi). Pada pengujian ini bisa juga disebut pengujian ADC. Pengujian ini dilakukan selain untuk pengujian pada RF tapi juga pada program mikro serta simulasi. Prosedurnya adalah dengan mengkoneksikan mikrokontroller dengan RF sebagai transmitter. komunikasi RF dengan simulasi sensor digantikan dengan potensiometer yang dilakukan dengan 2 kondisi yaitu menguji komunikasi RF dengan kondisi free space (LOS) atau diluar ruangan, dengan meletakkan obstacle (hambatan/halangan) diantara mikrokontroler dan RF transmiter dengan RF receiver dan komputer penerima. C. Pengukuran dengan kondisi Obstasle indoor(ada hambatan) Gambar 6. Denah tempat pengujian dengan obstacle TF-ITS Gambar 6. Penerimaan data dengan hyperterminal dengan Penerimaan dengan Hyperterminal dengan Transmisi RF Tabel 1. Penerimaan dengan Hyperterminal Dikirim Diterima Error/Loss 70 Paket 70 Paket 0 Pada gambar 4.1 dan 4.2 di atas ditunjukkan bahwa pengiriman disampaikan dengan baik, tidak ada data error ataupun loss pada pengiriman, data dikirim dengan media kabel serial to USB dan RF transmitter dan diterima dengan baik oleh komputer dan RF receiver. Itu membuktikan bahwa pentransmisian data berjalan lancar program pada mikrokontroller jug berjalan dengan benar. Pada gambar 4.2 juga bisa dilihat bahwa pada setiap pengiriman sama dengan pengiriman dengan kabel serial to USB pada gambar 4.1. Paket data dikirim 1 paket data, dan untuk memudahkan pengiriman diberikan dibelakang data diberi end data berupa #. Baru setelah itu data dipecah pada software penerima. Sedangkan pada Hyperterminal hanya menerima data saja. bisa dirubah baik dalam bit maupun bilangan hexa pada hyprterminal. Sedangkan dari mikrokontroller data dikirim dalam bentuk ADC atau data digital. Error pada pengujian ini adalah 0 %, karena data yang dikirim lengkap dan tidak terjadi error data. B. Hasil Pengujian dengan media RF dan dari Simulasi Potensiometer sebagai Sensor (Offline) Pada pengujian ini dilakukan pengukuran performansi dan analisia pada sistem komunikasi dengan media RF Modul YS UA. Dari hasil pengukuran, diketahui data performansi Tabel 2. Pengujian komunikasi RF module dengan obstacle Jarak Indoor (m) Jumlah dikirim Jumlah Diterima Waktu Pengiriman (s)/ paket data Waktu Ratarata (s) Erro r (%)

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Gambar 7. Grafik perbandingan jarak terhadap waktu pada pengujian dengan obstacle Dari table 4.3, hasil pengukuran jarak maksimum yang dapat diukur pada kondisi obstacle adalah 85 m sehingga luas area pengukuran adalah =. = Sedangkan rata-rata waktu datangnya data kedua setelah data pertama diterima adalah sebesar 1.1 detik, dengan jeda antara pengiriman data adalah sebesar 1 detik sehingga delay dari pengiriman data suhu adalah 0.1 detik pada kondisi terdapat obstacle. Faktor kegagalan yang terjadi dari 100 pengiriman data adalah 1.4% dengan jarak maksimum 85 m. D. Pengujian Pengukuran dengan kondisi Loss Space/outdoor (tanpa ada hambatan) Gambar 8. Denah Titik pengujian pada kondisi Loss Space / outdoor (tanpa ada hambatan) Dari tabel hasil pengukuran jarak maksimum yang diukur adalah 200 m sehingga luas area pengukuran adalah = (3.14* ) = Dari kedua tabel diatas rata-rata waktu datangnya data kedua setelah data pertama diterimaadalah sebesar 2.04 detik dengan jeda antar pengiriman data adalah Sebesar 1 detik sehingga delay dari pengiriman data suhu adalah 1.04 detik pada kondisi free space. Faktor kegagalan/ error yang terjadi dari 175 pengiriman data suhu adalah 5.7% dengan jarak maksimum 200 m. Gambar 9. Grafik perbandingan Jarak pengiriman outdoor terhadap Waktu Tabel 3. Hasil pengujian sistem komunikasi RF modul dengan kondisi tidak ada obstacle Jar ak (m) Jumla h dikiri m Jumla h Diteri ma Indoor Waktu Pengiriman (s)/ paket data Wak tu Rata - rata (s) Error (%) Pada awal pengujian yang dilakukan secara loss space/outdoor dilakukan pada kondisi sore hari yang agak mendung dan bertiup angin yang agak kencang. Hal ini dilakukan untuk menguji pengiriman data pada keadaan cuaca yang agak buruk, dan efeknya terhadap pengiriman data. Pada

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) pengiriman data mulai dari jarak 0 sampai 190 meter, data yang dikirim oleh RF transmitter sesuai dengan data yang diterima oleh RF receiver dilihat pada laptop. Tapi pada jarak 200 meter mulai ada error atau loss data. E. Hasil Pengujian dengan media RF Secara RealPlan (Online) Tabel 4. Penerimaan data secara Online(Realplan dan Realtime) Indoor->outdoor N o Dari tabel 4.8 dketahui bahwa pada pengujian secara reltime dengan realplan (hardware) bisa terintegrasi dengan baik, terbukti pengiriman data bisa ditransmisikan dengan baik pula. Pada pengiriman data pada jarak 25 meter diketahui tidak ada error data atau data loss dan bisa terintegrasi dengan software tampilan dan database. Gambar grafik 4.13 menunjukkan bahwa pengiriman dan penerimaan data terlaksana dlam waktu 1 secon/detik pada pengujian. F. Simulasi Error pada Transmisi data Setelah dilakukan pengujian, maka untuk mendapatkan error pada transmisi data selain dilakukan dengan perhitungan manual juga dilakukan simulasi dengan bantuan software (simulator). Simulasi didasarkan pada kondisi alat ( RF YS- 1020UA) yaitu Jumlah Bit pada pengiriman sinyalnya adalah 9600 dan dibandingkan dengan nilai Error Teoritis (BER teoritis). Bit Error Rate (BER) Jara k (m) Jumla h dikiri m Jumlah Diteri ma BER vs SNR (AWGN) Waktu Pengiriman (s)/ paket data BER Teoritis Pengujian Bit Error Rate SNR (db) Wakt u Ratarata (s) Err or (%) Gambar 10. Grafik hasil Simulasi Perbandingan BER denga SNR (AWGN+fading) Nilai Error teoritis diperoleh dari rumus perhitungan ideal untuk BER teori. Di bawah ini adalah hasil simulasi Bit Error Rate (BER) dengan Signal to Noise ratio (SNR / Eb/No) pada pengiriman data, yaitu simulasi yang pertama dengan diberi gangguan atau noise, simulasi kedua dengan memberi gangguan sinyal dengan Rayleigh fading. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan pada perancangan sistem komunkasi data pada maritime buoy weather dengan menggunakan media komunikasi Radio Frequency YS-1020UA maka didapatkan kesimpulan Pengiriman data maksimal untuk pengukuran Offline tanpa halangan meter dan faktor kegagalan/ error yang terjadi dari 175 pengiriman data suhu adalah 5.7%,dan dengan Halangan (obstacle) +- faktor kegagalan yang terjadi dari 100 pengiriman data adalah 1.4% dengan jarak maksimum 85 m. Pada pengujian secara Offline(dengan simulasi) dan Online(realtime) dengan hardware, RF YS-1020 mampu terintegrasi dengan baik. Software hasil rancangan mampu menampilkan hasil data pengiriman dengan baik dan disimpan dalam database. Pada simulasi transmisi sinyal digital melalui kanal wireless dapat dilakukan dengan menggunakan software perhitungan dan simulasi bantu dengan menambahkan efek noise yang dimodelkan dengan AWGN dan fluktuasi sinyal (fading) yang dimodelkan dengan Rayleigh fading. Hasil simulasi akan mendekati nilai teoretis saat jumlah bit yang ditransmisikan terhadap BER yang digunakan semakin banyak.sistem komunikasi data dengan media RF YS-1020 mampu mengirimkan data secara realtime dengan delay yang sedikit dan error yang kecil,sehingga mampu bekerja dengan maksimal. DAFTAR PUSTAKA [1] Bentley, John P. (1995). Principle of Measurement System. Third. Singapore : Longman Singapore Publisher (Pte) Ltd. [2] Andrianto, Heri "Pemrograman Mikrokontroller AVR ATMega 8535 Menggunakan bahasa C".Bandung:Informatika. [3] Gilley, James E. (2003). Bit-Error-Rate Simulation Using Matlab. Transcrypt International,Inc. [4] (23 februari 2012 jam 20.00) [5] diunduh pada (10 juni 2012, jam 21.00) [6] Haykin, Simon. (2001). Communication Systems. John Wiley & Sons, Inc: U.S.A. [7] KNKT.(2009).Kajian Analisis Trend Kecelakaan Transportasi Laut Tahun PT. Trans Asia Consultants.Jakarta [8] Jacob M.PH.D, C.C. Halikas, Ph.D Elektronika Terpadu. Jakarta:Erlangga. [9] Sheet ATMega 8535 [10]... Modul RF Transceiver YS-1020UA [11] Friendly LLC, Hacker, 2007 Jaringan Wireless di Dunia Berkembang, ICTP. [12] Maulana, Yudi Yulius and Wahyu, yuyu,i, (2003). Vol III. Rancang Bangun Sistem Akuisisi Cuaca untuk Telemetri ISSN [13] Bousquet, Michael dan Maral Gerard. (2009). Satellite Communications Systems. United Kingdom: John Wiley & Sons, Inc. [14] Stallings, William. (1997). and Computer Communications. New Jersey: Prentice Hall