臺灣博碩士論文加值系統

　隨著資訊科技進步，大量的物聯網邊緣裝置應用在生活與商業環境，製造業面臨中國與東南亞勞動力低廉的影響許多代工物聯網設備的臺灣廠商面對供應鏈外移與削價競爭，做出差異化並提供物聯網產品的附加價值，變的至關重要，隨著裝置種類與數量增加，如何有效的管理各地的邊緣裝置與界接資料已然成為許多企業與開發者的課題。

　不同領域、企業對於物聯網的的業界標準有著巨大差異，使得開發與部署物聯網平台複雜度已不同往日而語，混和的通訊協定、不同的伺服器系統，已造成許多開發者與企業在建置物聯網系統時間與金錢的浪費，數量龐大的半導體與加工機台需要更即時的通知，以利控制現場機台在問題發生時即時停損，需要後續針對損害做問題檢討報告，發生異常狀態前後數據蒐集與分析，避免重蹈覆轍。

　本研究系利用容器化技術，降低本研究開發之數據監控平台部署難度，不管是建置於公有雲或智慧工廠私有雲不再困難，部署時無須重新安裝所有物聯網平台所需依賴與環境，能相容於大多數的邊緣裝置與管理者的智慧型裝置，邊緣裝置開發者僅需按照既定API利用MQTT協定串接物聯網平台，即可達成資料蒐集、邊緣裝置狀態管理、行動預警推播，並驗證本研究之物聯網平台在不同系統下部署之可行性與效益。

　With the progress of information technologies, many Internet of Things (IoT) related devices are used in people’s life and various business environments. The manufacturing industry in Taiwan faces the challenges of low-cost labor in China and Southeast Asian countries. Many IoT device manufacturers in Taiwan need to find solutions to the moving-out trend of the supply chain and competition for price reduction. It is important to make a difference and provide additional value for IoT products. As the number of types and quantity of devices increase, it is critical for business developers to effectively manage edge devices and received data. Different fields and companies have different demands for IoT, causing the complexity of the development and deployment of IoT platforms to increase drastically.

　Mixed communication protocols and different operating systems have caused many wastes in time and money for enterprises in setting up IoT. A large number of semiconductors and processing machines need more instant notifications to control the on-site machines to stop losses immediately.

　It is also necessary to conduct follow-up reviews for problems and damages. Data need to be collected before and after the abnormal operation for analysis in order to prevent the problem from happening again. This study used container technologies to reduce the difficulty of IoT platform deployment. Regardless whether the platform is built in a public cloud or a smart factory’s private cloud, it is no longer difficult to deploy. There is no need to reinstall the dependent environment required by the IoT platform during deployment.

摘要.....i
Abstract.....ii
誌謝.....iv
目錄.....v
表目錄.....viii
圖目錄.....ix
第一章 緒論.....1
　　1.1 研究背景.....1
　　1.2 研究動機.....2
　　1.3 研究目的.....3
　　1.4 研究限制.....3
　　1.5 論文架構與設計流程.....4
第二章 文獻探討.....5
　　2.1 Django網頁框架與運作流程.....5
　　2.2 Docker.....7
　　2.3 Docker-Compose.....8
　　2.4 MQTT伺服器.....9
　　　　2.4.1 發佈和訂閱運作機制.....10
　　2.5 Celery..... 10
　　2.6 Line Notify.....12
　　2.7 FRP.....13
　　2.8 Django Channels.....13
　　2.9 Redis.....14
　　2.10 Nginx.....15
　　2.11 Chart.js.....16
第三章 系統設計與開發.....17
　　3.1 系統架構..... 18
　　3.2 資料庫設計..... 19
　　3.3 容器化環境建置..... 21
　　3.4 測試環境建置..... 21
　　　　3.4.1 正式環境配置..... 23
　　　　3.4.2 Docker環境建置..... 24
　　　　3.4.3 Docker-Compose環境建置 25
　　3.5 通訊API設計..... 26
　　　　3.5.1 網頁前端連線路由..... 26
　　　　3.5.2 邊緣裝置連線路由..... 26
　　　　3.5.3 邊緣裝置回傳資料..... 26
　　　　3.5.4 使用者發送控制到邊緣裝置..... 27
　　　　3.5.5 邊緣裝置手動控制(透過實體按鈕觸發) 27
　　3.6 控制邊緣裝置通訊架構..... 28
　　　　3.6.1 使用者透過網頁觸發控制命令..... 28
　　3.7 拋轉邊緣裝置資料至網頁..... 30
　　3.8 Line Notify授權與推播..... 31
　　3.9 推送警報訊息給使用者..... 32
第四章 系統實作與分析..... 33
　　4.1 系統環境..... 33
　　　　4.1.1 測試環境安裝.....33
　　　　4.1.2 正式環境安裝.....34
　　4.2 邊緣裝置管理.....35
　　　　4.2.1 新增邊緣裝置.....35
　　4.3 邊緣裝置與前端資料拋轉.....37
　　　　4.3.1 MQTT連線路由.....37
　　　　4.3.2 使用者前端界面..... 8
　　　　4.3.3 廣播感測資料.....40
　　4.4 邊緣裝置控制與狀態顯示.....40
　　　　4.4.1 使用者前端界面.....41
　　　　4.4.2 使用者前端控制邊緣裝置.....45
　　　　4.4.3 後端轉發電源控制訊號.....46
　　4.5 前端邊緣裝置模擬測試.....48
　　　　4.5.1 模擬前端連線.....48
　　　　4.5.2 模擬邊緣裝置資料傳送.....49
　　4.6 警報訊息推播.....50
　　　　4.6.1 取得使用者推播授權.....50
第五章 模擬建置與導入實作.....52
　　5.1 以虛擬機器技術模擬環境建置.....53
　　　　5.1.1 安裝Ubuntu虛擬機並安裝開發環境.....53
　　　　5.1.2 安裝Windows10虛擬機並安裝開發環境.....54
　　　　5.1.3 虛擬機建構環境效益分析.....55
　　5.2 　　以虛擬機平台模擬容器化建置過程.....56
　　　　5.2.1 以容器化部署應用程式.....57
　　　　5.2.2 雙平台容器化部署效益分析.....60
　　5.3 　　容器化成本分析.....61
　　　　5.3.1 實測容器化啟動後資源使用率.....61
　　　　5.3.2 雙平台容器化資源使用率效益分析.....62
第六章 結論與未來研究方向.....63
　　6.1 研究結論.....63
　　6.2 未來研究方向.....63
參考文獻.....64
Extended Abstract.....66
　　1. Introduction.....67
　　2. System design.....67
　　3. Results and discussion.....68

[1]李幸宜（2015年4月）。解讀物聯網瞄準未來10年高成長。工業技術與資訊月刊，282，30-31。
[2]江榮倫、廖伯侖（2014年11月）。新興科技風險管控系列-淺談物聯網的安全隱憂與挑戰。勤業眾信通訊，43-44。
[3]劉孟竺（2018年12月28日。結合工業物聯網之雲端運算發展現況與趨勢。機械工業雜誌，430，16。
[4]Liao, J. Y. (2019)。比較MVC與Django的MTV。線上檢索日期：2022年4月1日。網址：https://zoejoyuliao.medium.com/%E6%AF%94%E8%BC%83-mvc-%E8%88%87-django-%E7%9A%84-mtv-6c93ea9484fc.
[5]Santos, L. (2020). What is Docker Used For? A Docker Container Tutorial for Beginners. Retrieved May 7, 2022, from https://www.freecodecamp.org/news/what-is-docker-used-for-a-docker-container-tutorial-for-beginners/.
[6]microsoft (n.d.). Docker Compose Server. Retrieved May 7, 2022, from https://azuremarketplace.microsoft.com/zh-tw/marketplace/apps/cloud-infrastructure-services.docker-compose-ubuntu20?tab=Overview.
[7]Wikipedia (n.d.). MQTT. Retrieved May 7, 2022, from https://zh.wikipedia.org/wiki/MQTT.
[8]Solem A. (n.d.). Introduction to Celery. Retrieved June 19, 2022, from https://docs.celeryq.dev/en/stable/getting-started/introduction.html.
[9]Eric(2020)。什麼是LINE Notify？。線上檢索日期：2022年4月1日。網址：https://ericwu.asia/2020/10/30/%E3%80%90%E7%AC%AC-21-%E5%A4%A9%E3%80%91%E4%BB%80%E9%BA%BC%E6%98%AF-line-notify%EF%BC%9F/
[10]Github (n.d.). What is frp? Retrieved March 27, 2022, from https://github.com/fatedier/frp/blob/dev/README.md.
[11]wikipedia(n.d.). Redis. Retrieved April 15, 2022, from https://zh.wikipedia.org/zh-tw/Redis.
[12]wikipedia(n.d.). Nginx. Retrieved April 3, 2022, from https://zh.wikipedia.org/zh-tw/Nginx.
[13]Chart.js(n.d.). Getting Started. Retrieved April 11, 2022, from https://www.chartjs.org/
[14]維基百科(無日期)。虛擬機器。線上檢索日期：2022年4月17日。網址：https://zh.wikipedia.org/zhtw/%E8%99%9B%E6%93%AC%E6%A9%9F%E5%99%A8.
[15]wikipedia(n.d.). VirtualBox. Retrieved April 14, 2022 from https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/VirtualBox.
[16]Honda, K.(n.d.). Simple WebSocket Client. Retrieved April 22, 2022 from https://github.com/hakobera/Simple-WebSocket-Client
[17]Ubuntu官方網站。下載Ubuntu。線上檢索日期：2022年6月16日。網址：from https://www.ubuntu-tw.org/modules/tinyd0/
[18]Docker(n.d.). Docker Desktop. Retrieved June 13, 2022 from https://www.docker.com/products/docker-desktop/