臺灣博碩士論文加值系統

現今市面上的智慧家庭，大多以WIFI、ZigBee做為無線傳輸通訊，但傳送的距離不長，如果有障礙物的阻擋會再減少傳送的距離，且外在雜訊干擾也會讓傳送時的數據受影響，近年來在物聯網領域推動了低功耗廣域網路如LoRa、SIGFOX、NB-IoT等超遠距離低功耗傳輸，主打傳送距離遠、耗電量低、抗雜訊高等優勢，若能在智慧家庭這塊領域導入此方面技術，將會改善一些目前無法克服的問題。
本研究提出基於LoRa技術智能家庭物聯網雲端監控系統，將低功耗廣域網路中的LoRa無線傳輸協定導入智慧家庭中，改善目前智慧家庭中所遇到的困難，如傳送距離受到外在障礙物影響，導致無法遠距離傳送資訊，與受到外在雜訊干擾時，傳送訊息穩定性不高的困擾，系統將以網站的方式來呈現研究架構，其中包含了一般智慧家庭所擁有的功能，如使用者權限管理、室內環境感知資訊監看、歷史資訊查詢、室內設備控制、自動環境品質調整等功能，並增加了智能火災人員疏散資訊功能，將環境中的資訊進行分析，導入演算法計算出災害發生時的逃脫最佳選擇路徑，增加逃脫效率提高救援水平。

Nowadays, WIFI, ZigBee dominate wireless telecommunication technology in smart home. It is important to note that the mentioned technologies have pitfall of short-medium transmission distance, and it could be reduced further if there is intermediate object or noise during the transmission. In recent years, the domain of Internet of Things has pushed for the development in low power wide area networks such as LoRa, SIGFOX, and NB-IoT for low power long-range transmission. These types of wide area network have the advantages of long-range transmission, low power consumption, and anti-noise. Wide area network could improve unresolvable current issues in smart home domain.
This research focus on how low power long- range LoRa internet communication protocol could improve the conditions of current smart home based on LoRa smart home Internet of Things cloud system. The system will be manifested as a website, demonstrating our research structure that includes all functions in a normal smart home such as: user account control, interior environment monitor, history information storage, indoor equipment control, and automatic quality adjustment system. We also added smart fire alarm system that could analyze situations and calculate the optimal exit ways that could improve security and rescue system.

摘 要 I
致謝 IX
目 錄 X
表 目 錄 XIII
圖 目 錄 XV
縮寫表 XVIII
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻探討 4
2.1 智慧家庭系統之應用 4
2.2 家中環境評估指標之探討 7
2.3無線傳輸特性比較探討 9
2.4 LoRa無線傳輸技術之應用 11
2.4.1 LoRaWAN簡介 11
2.4.2 LoRa文獻探討 12
2.5 網頁設計與網路傳輸協定之探討 14
2.5.1 Socket網路通訊機制 14
2.5.2 網際網路安全雜湊加密演算機制 15
2.6 最短路徑最佳化相關研究之探討 16
2.6.1 Dijkstra’s Algorithm原理圖解說明 17
第三章 基於LoRa智能家庭雲端監控系統架構 19
3.1 系統硬體配制選用 21
3.2 LoRa與WIFI訊號強度之比較 22
3.3 控制層-控制封包設計與控制硬體規劃 29
3.3.1 控制設備傳輸資料封包設計 29
3.3.2 室內設備紅外線解碼與無線插座解碼分析 31
3.3.3 控制層硬體設計 32
3.4 感知層-感測封包設計與感測硬體規劃 34
3.4.1 室內環境感測資料封包格式設計 34
3.4.2 感知層硬體設計 35
3.5 傳輸層-系統各層級之間的傳輸規劃 40
3.6 資料存取層-雲端資料庫存取資訊規劃 42
3.7 應用層-LoRa智能家庭雲端監控系統平台規劃與開發 43
3.7.1 使用者註冊與登入功能 44
3.7.2 手動設備控制功能 46
3.7.3 即時資訊與自動控制功能 48
3.7.4 歷史環境資訊功能 51
3.7.5火災人員疏散資訊功能規劃 51
第四章 系統實作與分析 53
4.1 系統實作應用軟體介紹 53
4.2 控制層與感知層硬體佈線實作與封包傳輸測試 53
4.2.1 硬體佈線實際配置 53
4.2.2 Gateway資料傳輸封包測試 55
4.3 應用層功能實作與測試 61
4.3.1 使用者註冊與登入功能實作 61
4.3.2 手動設備控制功能實作 63
4.3.3 即時資訊與自動控制功能實作 64
4.3.4 歷史環境資訊功能實作 65
4.3.5火災人員疏散資訊功能 66
第五章 結論與未來展望 68
參考文獻 70
附錄A. 74
附錄B. 84

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