PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING POTENSI BANJIR BERBASIS APLIKASI MOBILE DAN IOT CLOUD PLATFORM
BERBASIS PROTOKOL HTTP
SKRIPSI
Disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T)
Disusun oleh:
IQBAL MOHAMMAD ABDUL GHONI NPM. 3332160053
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
2021
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya sebagai penulis Skripsi berikut:
Judul : Pengembangan Sistem Monitoring Potensi Banjir
Berbasis Aplikasi Mobile dan IoT Cloud Platform Berbasis Protokol HTTP
Nama Mahasiswa : Iqbal Mohammad Abdul Ghoni
NPM : 3332160053
Fakultas / Jurusan : Teknik/Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi tersebut di atas adalah benar- benar hasil karya asli saya dan tidak memuat hasil karya orang lain, kecuali dinyatakan melalui rujukan yang benar dan dapat dipertanggungjawabkan.
Apabila di kemudian hari ditemukan hal-hal yang menunjukan bahwa sebagian atau seluruh karya ini bukan karya saya, maka saya bersedia dituntut melalui hukum yang berlaku. Saya juga bersedia menanggung segala akibat hukum yang timbul dari pernyataan yang secara sadar dan sengaja saya nyatakan melalui lembar ini.
Cilegon, 12 Juli 2021
Iqbal Mohammad Abdul Ghoni NPM. 3332160053
iii Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
LEMBAR PENGESAHAN
Dengan ini ditetapkan bahwa Skripsi berikut:
Judul : Pengembangan Sistem Monitoring Potensi Banjir Berbasis Aplikasi Mobile dan IoT Cloud Platform Berbasis Protokol HTTP
Nama Mahasiswa : Iqbal Mohammad Abdul Ghoni
NPM : 3332160053
Fakultas / Jurusan : Teknik/Teknik Elektro
Telah diuji dan dipertahankan pada tanggal 12 Juli 2021 melalui Sidang Skripsi di Fakultas Teknik Untiversitas Sultan Ageng Tirtayasa Cilegon dan dinyatakan LULUS.
Dewan Penguji
Tanda Tangan
Pembimbing I : Rian Fahrizal, S.T., M.Eng. ...
Pembimbing II : Anggoro Suryo Pramudyo, M.Kom. ...
Penguji I : Masjudin, S.T., M.Eng. ...
Penguji II : Fadil Muhammad, S.T., M.T. ...
Mengetahui, Ketua Jurusan
Dr. Romi Wiryadinata, M.Eng.
NIP. 198307032009121006
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.
Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:
(1) Orang tua dan keluarga yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moril;
(2) Bapak Dr. Romi Wiryadinata, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro;
(3) Bapak Rian Fahrizal, S.T., M.Eng. dan bapak Anggoro Suryo Pramudyo, M.Kom. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penyusunan skripsi;
(4) Bapak Agusutrisno, S.Si., M.Sc. dan bapak Muhamad Otong, S.T., M.T.
selaku dosen wali yang telah mengarahkan dalam hal akademik;
(5) Semua pihak yang telah banyak membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih banyak atas bantuan, dukungan dan motivasinya selama melaksanakan studi dan menyelesaikan skripsi ini.
Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Cilegon, 12 Juli 2021
Penulis
v Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
ABSTRAK
Iqbal Mohammad Abdul Ghoni Teknik Elektro
Pengembangan Sistem Monitoring Potensi Banjir Berbasis Aplikasi Mobile dan IoT Cloud Platform Berbasis Protokol HTTP
Salah satu upaya untuk mengantisipasi banjir adalah dengan mengembangkan sistem peringatan dini berbasis Internet of Things (IoT). Dari hasil implementasi, IoT Platform dapat mengelola identitas dan meneruskan data dari perangkat IoT ke aplikasi mobile. Pengiriman data oleh perangkat IoT juga diautentikasi dengan JWT dan dienkripsi melalui TLS. Perangkat IoT juga dapat mengirimkan data dengan notifikasi yang berhasil diterima dengan baik oleh aplikasi mobile. Hasil pengukuran performa menunjukan IoT Platform mampu menerima 278 request per detik dari perangkat IoT dan 295 request per detik dari aplikasi mobile.
Kata kunci:
Platform IoT, Aplikasi Mobile, HTTP, Pemantauan, Sistem Informasi
ABSTRACT
Iqbal Mohammad Abdul Ghoni Electrical Engineering
Development of Flood Potential Monitoring System Based on Mobile Application and HTTP Protocol Based IoT Cloud Platform
One of the efforts to anticipate flooding is to develop an Internet of Things (IoT) based early warning system. From the implementation results, the IoT Platform can manage identities and forward data from IoT devices to mobile applications.
Data transmission by IoT devices is also authenticated with JWT and encrypted via TLS. IoT devices can also send data with notifications that are successfully received by mobile applications. The performance measurement results show that the IoT Platform is able to receive 278 requests per second from IoT devices and 295 requests per second from mobile applications.
Keywords:
IoT Platform, Mobile App, HTTP, Monitoring, Information System
vii Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT... vi
DAFTAR ISI... vii
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6
2.1 Internet of Things... 6
2.2 IoT Platform... 7
2.3 TCP/IP... 7
2.4 Transmission Control Protocol (TCP)... 8
2.5 Hypertext Transfer Protocol (HTTP) ... 9
2.6 JSON Web Token (JWT) ... 10
2.7 Transport Layer Security (TLS) ... 11
2.8 Node.JS ... 12
2.9 MongoDB... 12
2.10 Nginx... 12
2.11 Android ... 13
2.12 Flutter SDK ... 13
2.13 Open Street Map ... 13
2.14 Kajian Pustaka... 13
BAB III METODE PENELITIAN... 15
3.1 Alir Penelitian ... 15
3.2 Komponen Penelitian... 16
3.2.1 Hardware... 16
3.2.2 Software... 17
3.3 Analisis Permasalahan ... 18
3.4 Analisis Kebutuhan ... 18
3.5 Rancangan Sistem ... 19
3.5.1 Arsitektur IoT Platform ... 19
3.5.2 Alur Kerja... 21
3.5.3 Skema Database... 21
3.5.4 Skema Akses Protokol HTTP... 22
3.5.5 Tampilan UI Admin ... 22
3.5.6 Tampilan UI Aplikasi Mobile... 23
3.6 Skenario Pengujian ... 24
3.6.1 Pengujian TLS... 24
3.6.2 Pengujian Fungsional ... 24
3.6.3 Pengujian Performa ... 25
3.7 Tempat dan Jadwal Penelitian... 26
BAB IV PEMBAHASAN... 27
4.1 Persiapan Sistem ... 27
4.2 Implementasi... 27
4.2.1 Implementasi IoT Platform ... 27
4.2.2 Implementasi Aplikasi Mobile ... 30
4.3 Pengujian... 34
4.3.1 Pengujian Fungsional ... 34
4.3.2 Pengujian Performa ... 42
BAB V PENUTUP... 49
5.1 Kesimpulan ... 49
5.2 Saran... 49
DAFTAR PUSTAKA ... 51
LAMPIRAN... 55 Lampiran A Berkas Konfigurasi dan Catatan ... A-1 Lampiran B Kode Program IOT Platform... B-1 Lampiran C Kode Program Aplikasi Mobile... C-1 Lampiran D Data Pengukuran Performa... D-1
ix Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi komputer 1... 16 Tabel 3.2 Spesifikasi komputer 2... 17 Tabel 3.3 Spesifikasi smartphone ... 17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arsitektur tiga- dan lima- lapisan... 6
Gambar 2.2 OSI model vs TCP/IP model... 7
Gambar 2.3 TCP/IP stack... 8
Gambar 2.4 Penyelarasan sequence number untuk koneksi TCP... 9
Gambar 2.5 Model request/response... 10
Gambar 2.6 Skema URI ... 10
Gambar 2.7 Format JWT... 11
Gambar 2.8 Proses membangun koneksi TLS ... 11
Gambar 3.1 Alir penelitian... 15
Gambar 3.2 Arsitektur tiga layer ... 19
Gambar 3.3 Arsitektur lima layer ... 20
Gambar 3.4 Alur kerja sistem ... 21
Gambar 3.5 Skema database... 22
Gambar 3.6 Tampilan UI admin ... 23
Gambar 3.7 Tampilan UI aplikasi mobile... 23
Gambar 3.8 Skenario pengujian TLS... 24
Gambar 3.9 Skenario pengujian fungsional ... 25
Gambar 3.10 Skenario pengujian performa 1 ... 25
Gambar 3.11 Skenario pengujian performa 2 ... 26
Gambar 4.1 Halaman akun layanan Firebase Console... 28
Gambar 4.2 IoT platform telah berjalan... 30
Gambar 4.3 Penyiapan dan konfigurasi SDK ... 31
Gambar 4.4 Menjalankan mode debug di Visual Studio Code ... 32
Gambar 4.5 Menampilkan aplikasi mobile pada mode debug ... 32
Gambar 4.6 Menampilkan aplikasi ter-install... 33
Gambar 4.7 Rekaman TLS pada Wireshark ... 35
Gambar 4.8 Login Web admin ... 35
Gambar 4.9 Membuat identitas perangkat IoT ... 36
Gambar 4.10 Mengubah identitas perangkat IoT... 37
xi Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Gambar 4.11 Menghapus identitas perangkat IoT ... 37
Gambar 4.12 Menambahkan perangkat ke halaman list ... 38
Gambar 4.13 Tampilan detail perangkat IoT ... 39
Gambar 4.14 Menghapus perangkat IoT dari halaman list... 41
Gambar 4.15 Menampilkan notifikasi di aplikasi mobile ... 41
Gambar 4.16 Latensi saat perangkat iot mengirim data... 43
Gambar 4.17 Success rate saat perangkat iot mengirim data... 43
Gambar 4.18 Bandwidth downstream saat perangkat IoT mengirim data ... 44
Gambar 4.19 Bandwidth upstream saat perangkat IoT mengirim data... 44
Gambar 4.20 CPU saat perangkat IoT mengirim data ... 45
Gambar 4.21 Memory saat perangkat IoT mengirim data... 45
Gambar 4.22 Latensi saat pengguna mengakses aplikasi mobile ... 46
Gambar 4.23 Success rate saat pengguna mengakses aplikasi mobile ... 47
Gambar 4.24 Bandwidth downstream saat pengguna mengakses aplikasi mobile 47 Gambar 4.25 Bandwidth upstream saat pengguna mengakses aplikasi mobile.... 47
Gambar 4.26 CPU saat pengguna mengakses aplikasi mobile ... 48
Gambar 4.27 Memory saat pengguna mengakses aplikasi mobile... 48
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banjir merupakan bencana yang sering terjadi di wilayah Indonesia.
Menurut data yang dihimpun oleh Katadata, pada tahun 2019 terjadi bencana banjir sebanyak 1.276 kasus dan pada tahun 2020 sudah terjadi bencana banjir sebanyak 555 kasus tercatat per 6 Juni [1]. Ada tiga faktor utama penyebab banjir di Indonesia yaitu kurangnya tutupan pohon, cuaca ekstrim (hujan lebat) dan kondisi topografis wilayah [2]. Banjir yang terjadi umumnya bisa menimbulkan masalah kesehatan, masalah kesehatan yang terjadi biasanya masyarakat yang terkena dampak banjir, terkena berbagai macam penyakit. Selain itu bencana banjir juga bisa menyebabkan kerusakan infrastruktur dan tentu hal ini menjadi semakin merugikan. Sehingga diperlukan adanya upaya mitigasi dan adaptasi untuk mengurangi resiko tersebut. Salah satu upaya adapatasi yang harus dilakukan adalah dengan mengembangan sistem peringatan dini banjir agar dampak merugikan bisa dikurangi dan segera diatasi.
Pemanfaatan Internet of Things (IoT) [3][4] bisa menjadi solusi untuk masalah di atas. Sistem peringatan dini banjir bisa dibuat dengan mengandalkan pembacaan sensor tentang keadaan potensi banjir di suatu wilayah secara real time dan terhubung ke Internet. Sehingga harusnya potensi bencana banjir bisa segera diketahui lebih cepat dan tindakan pencegahan dampak banjir bisa dilakukan segera pada saat yang bersamaan.
Implementasi Internet of Things di dunia semakin bertambah pesat seiring dengan kemajuan teknologi di bidang Sistem Tertanam dan Jaringan. Jumlah perangkat yang terhubung ke internet semakin banyak dari tahun ke tahun.
Menurut data yang diperoleh McKinsey yang dipublikasikan pada Juli 2019, bisnis yang memanfaatkan Internet of Things bertambah dari 13% di tahun 2014 menjadi 25% saat itu [5]. Harga mikrokontroler dan komponen pendukungnya menjadi lebih murah dan mudah dibeli. Selain itu perkembangan jaringan nirkabel untuk perangkat kecil terus digalangkan hingga sekarang mengarah ke 5G [6]. Hal
2
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
ini membuka kemungkinan baru dalam hal Internet of Things seperti analisis real- time yang lebih baik dan kemungkinan keterlibatan Artificial Intelegence [7].
Menurut data dari Gartner, jumlah endpoints Internet of Things bertumbuh 32%
dari tahun 2016 ke 2021 hingga mencapai 25,1 miliar pemasangan di seluruh dunia sehingga ada sekitar 7,6 miliar perangkat terjual di tahun 2021 dan 64% di antaranya adalah peralatan consumer [8]. Selain dari manufaktur besar, pengembang kecil dan bahkan penghobi juga ikut berkontribusi dalam pesatnya proyek-proyek Internet of Things.
Namun, terdapat serangkaian masalah pada implementasi Internet of Things.
Kemampuan komputasi dan memori yang dimiliki perangkat IoT umumnya sangat kecil [9]. Masalah lainnya adalah soal skalabilitas, interoperabilitas dan heterogenitas karena perangkat yang terhubung bisa sangat banyak dan bermacam-macam [9]. Masalah keamanan juga tidak luput dari perhatian.
Dikarenakan kemampuan komputasi yang terbatas, perangkat IoT harus menggunakan teknik keamanan yang lebih ringan. Beberapa tipe mikrokontroler mungkin memiliki chip tersendiri untuk mempercepat enkripsi. Namun, tentu saja itu tidak secepat komputer atau Smartphone.
Maka dari itu diperlukan IoT Platform [10] dengan protokol komunikasi yang ringan, aman dan terstandarisasi untuk menghubungkan perangkat-perangkat IoT tersebut [11]. Salah satu protokol yang sering digunakan oleh para pengembang perangkat IoT adalah HTTP untuk mengirim data real-time berkelanjutan [12]. HTTP memiliki versi komunikasi khusus yang terenkripsi melalui lapisan TLS yaitu HTTPS [13][14]. Sehingga data yang dikirimkan melalui perangkat tidak bisa dicuri di dalam jaringan saat menuju ke IoT Platform.
Autentikasi umumnya menggunakan secret key per masing-masing perangkat.
Saat ini sudah banyak IoT Platform yang mendukung sistem komunikasi seperti di atas. Seperti Amazon IoT, Azure IoT, Thingspeak, Google Cloud IoT dan lain- lain. Namun, belum ada IoT Platform khusus yang berfokus menangani masalah banjir. Pengembang umumnya masih harus membuat lagi sistem untuk memantau nilai sensor. Hal ini menambah beban pengembang untuk membuat sistem tambahan tersebut. Akhirnya pengembang yang lebih fokus ke perangkat IoT
3
membuat sistem monitoring secukupnya. Sehingga menghasilkan software monitoring yang rumit digunakan oleh masyarakat.
Jadi penelitian ini mengembangkan Sistem Monitoring Potensi Banjir Berbasis aplikasi mobile android dan IoT Platform Berbasis Protokol HTTP. Hal ini dilandaskan pada penggunaan Smartphone yang mencapai 63,3% populasi di Indonesia pada tahun 2019 dan diperkirakan terus naik hingga 89,2% pada tahun 2025 [15]. Aplikasi Mobile yang dibuat sangat mudah dijangkau dan digunakan masyarakat, kemudian pemilihan HTTP karena banyaknya perangkat IoT menggunkan protokol ini serta model komunikasi REST yang sesuai [16].
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan bahwa perlu adanya sistem monitoring serta sistem peringatan yang baik agar resiko bencana banjir bisa dikurangi. Salah solusinya dengan memanfaatkan teknologi IoT dan aplikasi mobile. Kedua teknologi tersebut memiliki permasalahan sendiri dalam penerapannya yang harus diatasi juga agar bisa tercapai sistem monitoring dan sistem peringatan yang baik.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk membangun sistem monitoring dan sistem peringatan potensi bencana banjir berbasis aplikasi mobile dan IoT Platform.
1. Membangun IoT Platform berbasis protokol HTTP untuk menjembatani pengiriman data dari perangkat IoT ke aplikasi mobile.
2. Mengukur performa IoT Platform dalam menangani jumlah pengguna aplikasi dan perangkat IoT yang banyak.
3. Membangun aplikasi monitoring potensi bencana banjir berbasis mobile android untuk pengguna.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan menghasilkan manfaat bagi pengguna (masyarakat) agar bisa memantau dan mendapatkan notifikasi peringatan potensi
4
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
bencana banjir melalui aplikasi mobile yang dibuat. Diharapkan juga dengan IoT Platform yang dibuat, management perangkat IoT lebih mudah serta lebih aman.
1.5 Batasan Masalah
Agar penulisan skripsi ini tidak membahas terlalu luas dan dapat mencapai hasil yang optimal, maka batasan ruang lingkup pembahasannya sebagai berikut:
1. Pengujian dilakukan di perangkat local dan jaringan local area network.
2. Pengujian akses perangkat IoT digantikan oleh program mock device yang melakukan pengiriman data selayaknya perangkat IoT.
3. Spesifikasi protokol HTTP yang diterapkan merupakan versi 1,1.
4. Keamanan yang dibahas hanya mencakup TLS dan autentikasi yang merupakan standar wajib.
5. Pengujian meliputi pengujian TLS, fungsional dan performa saja.
6. Pengujian performa hanya dilakukan untuk IoT Platform dengan parameter success rate, recource usage dan latency.
7. Aplikasi mobile hanya dibuat untuk sistem operasi Android dan diuji pada versi 8.
8. Pengujian IoT Platform hanya di sistem operasi Ubuntu 16.04.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan digunakan untuk memberi gambaran yang jelas tentang susunan materi yang dibuat. Sistematika pada penelitian ini sebagai berikut. Bab I, pendahuluan yang berisi tentang latar belakang, tujuan penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab II, tinjauan pustaka yang membahas Internet of Things secara konseptual, protokol komunikasi, algoritma dan konsep kerja software yang digunakan. Bab III, metodologi penelitian yang digunakan untuk membangun IoT Platform serta aplikasi mobile. Selain itu bab ini juga memuat instrumen penelitian yang menjelaskan perangkat-perangkat yang digunakan dalam penelitian ini, baik perangkat lunak dan perangkat keras. Terdapat pula perancangan penelitian yang berisi analisis permasalahan, analisis kebutuhan, alur kerja, skema database,
5
desain UI, flowchart sistem, metode pengujian. Pada bagian akhir bab ini adalah tempat dan waktu penelitian. Bab IV, hasil dan pembahasan yang berisi tentang hasil penelitian dan pembahasan yang berupa penjelasan dari implementasi dan hasil pengujian yang telah didapat. Bab V, penutup yang berisi tentang uraian hasil penelitian yang ditulis secara singkat, jelas dan padat serta berkorelasi dengan tujuan yang dibuat. Terdapat pula saran yang dapat memperbaiki penelitian yang telah dilakukan.
