臺灣博碩士論文加值系統

隨著物聯網的興起，各行各業的製造商，透過佈署 NodeMCU 於產線或設備上， 形成一個物聯網的架構，進行即時的數據監測，藉此提高產品的良率。然而，近幾年 來，極端氣候的演變越來越劇烈，受到聖嬰現象引起的火災、水災等等事件越來越頻 繁，為了避免此因素，導致存放原物料、半成品或成品的區域遭受異常溫溼度的影響， 以及周圍管線軟化、破損的情況，開始建置環境監測的系統;在傳統型的環境監測系 統，大多採用硬體架構為主進行建置，每建置一個區域的環境監測，需花費高額的費 用且不易變動監測點。因此，本研究提出一個能結合既有監測設備的系統，以及使用 Arduino 單晶片微處理器，搭配溫溼度感測器，藉此降低建置成本，並導入加密演算 法，讓端點設備與伺服器間的資訊傳遞，皆為密文，防止傳輸過中，封包被攔截導致 資訊外流，建構一個具備安全性的物聯網架構。
本研究所使用的終端設備是 ESP32-DevKitC，搭配 DHT22 溫溼度感測器，取得 周遭環境的數據，並且將數據進行 AES(Advanced Encryption Standard，簡稱 AES) 加密後，經由 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport 簡稱 MQTT)協定將資 料傳輸至雲端服務，並採用 Docker 技術建置環境監測系統，搭配 Line Notify 的機 制，發送異常警訊通知，實現具備資訊安全、遠端監看和即時通報的目的。

Internet of thing (IOT) has been widely used to monitor environment data from production line in the manufacturing factories and further to improve yield rate in these factories. In the last few years, the El Nino triggered floods, fire etc. natural disasters make raw material, semi-finished product and final product be affected in environment of abnormal temperature and humidity. Therefore, manufacturers deploy a monitoring system around the factory environment. In the design of traditional systems are based on hardware architecture, it needs a lot of money to build, and it is not easy to change monitoring position. This research builds a low-cost system that uses Arduino single-chip microprocessors with sensors and integrates the existing monitoring equipment.
This research uses the end- equipment ESP32-DevKitC and DHT22, that collect environment data and then encrypted the collected data with Advanced Encryption Standard (AES) cipher to obtain the ciphertext. Then, the ciphertext is sent to the cloud sever for application services. The Docker technology is applied to deploy the monitoring and warning system on cloud service, when the system gets warning data, it will send message to conservator by Line Notify. The proposed system implements the remote-monitoring, information security and immediate notification function.

摘要 I
Extended Abstract II
誌謝 XI
目錄 XII
表目錄 XV
圖目錄 XVI
第一章 緒　論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 論文架構 4
第二章 文獻探討 5
2.1 雲端服務 5
2.2 Docker虛擬容器 6
2.2.1 映像檔與容器 7
2.2.2 建立與執行 7
2.3 微型感測器 8
2.3.1 Arduino控制器 8
2.3.2 溫溼度感測器 9
2.4 MQTT傳輸協定 10
2.4.1 MQTT封包格式 10
2.4.2 MQTT通訊原理 12
2.5 AES加密演算法 13
2.5.1 位元組替換 15
2.5.2 列位移 16
2.5.3 行混合 17
2.5.4 加入回合金鑰 18
第三章 系統架構與設計 19
3.1 環境感測設備 19
3.1.1 OHKURA NA8100溫溼度感測器 20
3.1.2 EPS32溫溼度感測器 20
3.2 雲端服務 21
3.2.1 IaaS 22
3.2.2 MQTT Broker 24
3.2.3 Node-RED 25
3.2.4 Web API 27
3.2.5 Firebase 28
3.2.6 IFTTT 28
3.3 應用軟體服務 29
3.3.1 遠端監測 29
3.3.2 訊息通知與電子郵件 30
第四章 系統實作 31
4.1 設備感知層 31
4.1.1 MQTT發送設定 33
4.1.2 Firebase存放設定 34
4.2 雲端系統服務層 35
4.2.1 資料加密服務 36
4.2.2 MQTT協定服務 37
4.2.3 資料處理服務 39
4.2.4 訊息通知功能 43
第五章 實驗結果與分析 44
5.1 加密演算法 44
5.2 系統壓力測試 45
5.3 異常排除作業 45
5.4 遠端監看 46
第六章 結論與未來展望 49
6.1 結論 49
6.2 未來展望 50
參考文獻 51

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