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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉威成
研究生(外文):Wei-Cheng Liu
論文名稱:物聯網閘道器錯誤恢復與系統容錯的設計與實作
論文名稱(外文):Fail Recovery and Fault Tolerance for IoT Gateways
指導教授:鄭福炯鄭福炯引用關係
指導教授(外文):Fu-Chiung Cheng
口試委員:鄭福炯
口試委員(外文):Fu-Chiung Cheng
口試日期:2015-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:資訊工程學系(所)
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:物聯網閘道器錯誤恢復容錯
外文關鍵詞:IoTGatewayFail RecoveryFault ToleranceHigh Availability
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物聯網已是未來的重點發展方向,物聯網裝置數量亦逐年升高,根據高通預測2018年非智慧型手機的物聯網裝置出貨量將來到50 億個,而各家的物聯網裝置使用不同的介面連網,採用不同的協定溝通,因此中間需要一台閘道器做控制和協定的轉換,讓不同家的物聯網裝置能彼此溝通。在一個7x24小時運作的商業環境中,若閘道器發生故障,物聯網裝置將無法互相溝通和控制,造成整個商業服務中斷,很可能讓商業公司營運遭受重大的損失。因此如何讓閘道器具有容錯機制,在故障時能夠快速恢復,持續不間斷的提供服務變得很重要。
本論文設計一物聯網閘道器的錯誤恢復和容錯機制,提供閘道器硬體故障或網路介面故障時的偵測容錯機制。同時針對Internet斷線,也提出了使用2 WAN做自動備援的機制。並採用低功耗的嵌入式系統開發板樹莓派實作和驗證此機制。本論文機制的設定容易簡單、系統負載輕,適用於物聯網環境。
IoT is the focus of future development direction and IoT device number has increased year by year. According to Qualcomm forecast, non-smart phones IoT devices shipments will come to 5 billion in 2018. IoT devices use different networking interfaces with different protocols to communicate, and therefore need a IoT gateway as a control and conversion agreements, so that different family IoT devices can communicate with each other. Gateways play a very important role, if gateways fail, it will cause the entire service interrupted and stopped.
In this thesis, we exploit low-power embedded systems development boards, Raspberry Pi, as IoT gateways and build device's fail recovery and fault tolerance mechanisms to enable 24x7 commercial operations. To deal with Internet disconnection, we also propose 2 WAN interfaces with automatic backup mechanism. The fault tolerance and fail recovery mechanism is easy to set up and suitable for IoT environment.
摘要 III
ABSTRACT IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 X
第1章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 2
1.3預期貢獻 3
1.4論文架構 3
第2章 問題描述與解決方法 4
2.1如何偵測閘道器故障 4
2.2如何做閘道器容錯 4
2.3如何同步閘道器之間的資料 4
2.4如何偵測Internet斷線 5
2.5如何做Internet容錯 5
第3章 背景知識 6
3.1物聯網現況 6
3.2物聯網之技術分析 8
3.3 Raspberry Pi介紹 10
3.4 ESP8266介紹 12
3.5 Routing Table介紹 13
第4章 相關研究 14
4.1高可用性(High Availability) 14
4.2叢集系統(Cluster) 14
4.3 Heartbeat 15
4.4熱備份路由器協定(Hot Standby Router Protocol) 16
4.5虛擬路由器備援協定(Virtual Router Redundancy Protocol) 17
4.6 Keepalived 19
4.7 Linux-HA(Linux High Availability) 20
4.8 Linux核心模組inotify 21
4.9 rsync 23
4.10 DRBD(Distributed Replicated Block Device) 23
第5章閘道器錯誤恢復與容錯系統設計與實作 25
5.1系統概要 25
5.2閘道器故障偵測 28
5.3閘道器網路卡故障偵測 30
5.4閘道器無線網路卡故障偵測 33
5.5 Internet斷線偵測 35
5.6閘道器資料同步 40
5.7閘道器快速錯誤恢復 43
第6章 實驗與結果 45
6.1 實驗環境 45
6.2 閘道器故障測試 46
6.3 閘道器網路卡故障測試 47
6.4 閘道器無線網路卡故障測試 48
6.5 閘道器資料同步測試 50
6.6 Internet斷線測試 51
第7章 結論與未來工作 52
7.1結論 52
7.2未來工作 52
參考文獻 53
附錄A inotify程式碼範例 55
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[3]Wikipedia, High availability, available on 2015/05/24 at http://en.wikipedia.org/wiki/High_availability
[4]Wikipedia, Hot Standby Router Protocol, available on 2015/05/24 at https://en.wikipedia.org/wiki/Hot_Standby_Router_Protocol
[5]Cisco Hot Standby Router Protocol, rfc2281 available on 2015/06/13 at https://tools.ietf.org/html/rfc2281
[6]Wikipedia, Virtual Router Redundancy Protocol, available on 2015/05/24 at https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_Router_Redundancy_Protocol
[7]Virtual Router Redundancy Protocol, rfc5798, available on 2015/06/13 at https://tools.ietf.org/html/rfc5798
[8]Keepalived, available on 2015/05/24 at http://www.keepalived.org
[9]Wikipedia, Linux-HA, available on 2015/05/24 at http://en.wikipedia.org/wiki/Linux-HA
[10]Linux-HA, available on 2015/05/24 at http://www.linux-ha.org/wiki/Main_Page
[11]Wikipedia, inotify, available on 2015/05/24 at http://en.wikipedia.org/wiki/Inotify
[12]DRBD, available on 2015/05/24 at http://drbd.linbit.com/
[13]IBM, 智慧地球, available on 2015/05/24 at http://www.ibm.com/smarterplanet/tw/zh/overview/ideas/
[14]Raspberry Pi, available on 2015/05/24 at https://www.raspberrypi.org/
[15]Wikipedia, 樹莓派, available on 2015/05/24 at http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%91%E8%8E%93%E6%B4%BE
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[20]Wikipedia, 電腦叢集, available on 2015/07/21 at https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E9%9B%86%E7%BE%A4
[21]周洪波, 李吉生, 趙曉波, 「輕鬆讀懂物聯網:技術、應用、標準和商業模式」, 博碩, 2010.
[22]鄭逸寧, 「物聯網技術大剖析」, available on 2015/07/21 at http://www.ithome.com.tw/news/90461
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[24]Tarry Singy, Fog Computing Happens When Big Data Analytics Marries Internet Of Things, available on 2015/07/21 at http://tarrysingh.com/2014/07/fog-computing-happens-when-big-data-analytics-marries-internet-of-things/
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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