ระบบไรสายโดยใช Zigbee เพอควบคมและตดตามสถานะเครองจกร และเซนเซอรในโรงงานผานเครอขายอนเทอรเนต

พนศกด พรเพมพน

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตร วทยาศาสตรมหาบณฑต (วทยาการคอมพวเตอรและระบบสารสนเทศ)

คณะสถตประยกต สถาบนบณฑตพฒนบรหารศาสตร

2556

& cv ~ cv~..::::. .Q d n1 'S r1'f1'1:ll\9lllJ'I1 "f1tJI'l 'S -:rv1 tllrl'l ""\91'S lJ'Yil'Utu CVJ\91 ( l'Vl tllf11 'Sfl e:JlJ'I"ll l\91 eJ'S u~~ 'S ~1J'U ""l 'S ""'Wl 'Vlr1')

'"'ff'ff"'""''· .... ... r~ ./ . *'~~.~ ....... .... ... u'"''"""""" / " J "' (~'S . ""'j'\"l'Jfl ltlelli'JJ'UllJ'lf1~ ) •

.. ;P D?~rS;)'d !..& , 'j eJ 'l rl'l ""\9l 'j 1 'ill 'j tl .............. . . .... ... .............................. .... .... ... f1 'j 'j lJ f11 'j

~'lflvrrl""ml'ill'Sv ..... . . . . .. .. /.}. . .. ~ ............... . . . ......... .. ... . m'SlJf1l'j

(~'S . le:llJ ft'Si'J~)

" lh.cl ~ ell'ill'Stl . . .. ...... . .. .... . .. .. .. .. . . .... ... ... .... . . . ........ . .... . . ...... . ...... .. f1'j'jlJf1l'j

' (~'S.'W'Sw~ ""'ll'Uftn~lv:n'W)

' ~J: . . ftl""l'l'S 1 'ill'S tl . ............ ..... ............................ ............ ... 'Sf1'1:ll'.il'l1f1l'S U'Vl'Uflill 'U~

(~'S. rll'SllJ 'il'll'il~ty)

i1-:J'I1lfllJ 2556

บทคดยอ

ชอวทยานพนธ ระบบไรสายโดยใช Zigbee เพอควบคมและตดตามสถานะเครองจกร

และเซนเซอรในโรงงานผานเครอขายอนเทอรเนต ชอผเขยน นายพนศกด พรเพมพน ชอปรญญา วทยาศาสตรมหาบณฑต (วทยาการคอมพวเตอรและระบบสารสนเทศ) ปการศกษา 2556

ระบบการผลตอตโนมตในโรงงาน สามารถเพมประสทธภาพในการผลตในโรงงานใหเพม

มากขน อยางไรกตาม การควบคมการท างานของเครองจกรอตโนมต ยงจ ากดอยทระยะทางของสายเคเบลทเชอมตอเครองควบคมเขากบเครองจกรอตโนมต งานวจยชนนจงม งน าเสนอแนวคดการพฒนาระบบแบบระบบฝงตว (Embedded System) เพอควบคมเครองจกรอตโนมตจากระยะไกลผานเครอขายอนเทอรเนต และตรวจสอบสถานะภายในโรงงานจากเซนเซอรทตดตงภายในโรงงาน โดยมงน าเสนอแนวคดของระบบทสามารถท างานไดอยางมประสทธภาพ มการค านงถงความปลอดภยของขอมลทสงผานระบบอนเทอรเนต และความสะดวกในการควบคม

อปกรณในโรงงานดวยระบบไรสาย Zigbee

ABSTRACT Title of Thesis Zigbee based Remote System for controlling and Monitoring

Machine and Sensor in Factory through Internet Author Poonsuk Ponpurmpoon Degree Master of Science (Computer Science and Information Systems) Year 2013

Factory Automation can significantly increase the productivity of the

production systems. However, range of control system is limited by the length of the cable cords that connect the Automatic Machines with control system, This paper proposes an embedded system for controlling machines and monitoring sensors in Factory by using Zigbee Technology. Because its objective is to control the machines through internet, performance and security issues are concerned

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธฉบบนส าเรจขนไดดวยความอนเคราะหของบคคลผสนบสนนหลายทาน โดยไดรบค าแนะน า ปรบปรงในทกขนตอน จนส าเรจวทยานพนธฉบบนได

ขอกราบขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร. พพฒน หรณยวณชชากร เปนอยางสง ทไดกรณาเสยสละเวลาอนมคาเพออานและใหค าปรกษารวมถงแนะน าแนวทางทควรในการจดท าวทยานพนธแกผเขยนเสมอๆตลอดมาในทกขนตอนการจดท าวทยานพนธฉบบนอยางดทสด

ขอกราบขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร. สรพงศ เออวฒนามงคล ทใหความกรณาสงสอนใหความร และตดตามสอบถามความกาวหนาพรอมแนะแนวทางในการพฒนางานวจยใหสมบรณยงๆขนไปอกในอนาคต

ขอกราบขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.โอม ศรนล ทกรณาใหการสนบสนนใหค าแนะน าดวยการใหมมมองทแปลกใหมจากการชจดดของวทยานพนธในมมซงผเขยนคาดไมถง

ขอกราบขอบพระคณ อาจารย ดร.นรณฐ สงวนศกดโยธน ทสงสอนใหความร รวมถงอ านวยความสะดวกใหอยางสะดวกทสด ท าใหวทยานพนธฉบบนส าเรจไดอยางรวดเรว

ขอขอบคณสถาบนบณฑตพฒนบรหารศาสตร ทรวบรวมอาจารยผมความสามารถเอาไวใหเปนแหลงตกตวงความรเทาทผเรยนจะเรยนได ขอขอบคณมหาวทยาลยรามค าแหงทหลอหลอมใหผเขยนมความอดทน ไมทอดธระในการงาน

ขอขอบคณเจาหนาทคณะสถตประยกตทกทานทใหค าแนะน าทมประโยชนและอ านวยความสะดวกในขนตอนการตดตอตางๆกบมหาลยตลอดเวลาทผเขยนไดศกษาท สถาบนบณฑตพฒนบรหารศาสตร

ขอขอบคณเจาหนาทหองสมด คลนควทยานพนธ ทใหค าแนะน าทางดานรปแบบการจดท าวทยานพนธ รวมถงใหวธแกปญหาโปรแกรมทใชงาน ท าใหสามารถแกปญหาทเกดขนไดอยางตรงจด โดยใชเวลาไปนอยทสด

สดทายน ขอกราบขอบพระคณบดา มารดา ทเคารพรกอยางสงยง ทไดสนบสนนทางดานการศกษาของผเขยนตลอดมาดวยความเชอมนและอดทนเปนอยางยงตลอดมา

พนศกด พรเพมพน สงหาคม 2556

สารบญ

หนา บทคดยอ (5) ABSTRACT (6) กตตกรรมประกาศ (7) สารบญ (8) สารบญตาราง (10) สารบญภาพ (11)

บทท 1 บทน า 1

1.1 ปญหาและความเปนมา 1

1.2 วตถประสงคการวจย 3

1.3 ขอบเขตการวจย 3 1.4 วธด าเนนการวจย 4 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 4

บทท 2 แนวคดทฤษฎ และทบทวนวรรณกรรทเกยวของ 5 2.1 งานวจยทเกยวของ 5 2.2 ทฤษฎทเกยวของ 13

บทท 3 ระบบไรสายเพอควบคมการท างานของเครองจกรและตรวจสอบสภาวะ แวดลอมภายในโรงงานจากระยะไกล 42

3.1 แนวคดในการออกแบบระบบ 42 3.2 Remote Site ระบบควบคมจากระยะไกล 43 3.3 Factory Site ระบบควบคมในโรงงาน 44 3.4 ความมนคงของขอมล 48

3.5 การจดการอปกรณปลายทางในโรงงาน 49

บทท 4 การ Implement ระบบไรสายเพอควบคมการท างานของเครองจกร และตรวจสอบสภาวะแวดลอมภายใรโรงงานจากระยะไกล 51

4.1 ฝง Remote Site 51 4.2 ฝง Factory Site 57 4.3 ระบบทไดพฒนาในการทดลอง 67

บทท 5 ผลการทดลองการใชงาน 69 5.1 ผลการทดลองจากเครองคอมพวเตอร PC 69 5.2 ผลการทดลองจากโทรศพทเคลอนท 71

บทท 6 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ 75 6.1 สรปผลการวจย 75 6.2 ขอเสนอแนะ 76

บรรณานกรม 77 ประวตผเขยน 79

สารบญตาราง ตารางท หนา

2.1 แสดงรายละเอยดของฟงกชน F G H I ทใชใน Compression Function 27 2.2 แสดงรายละเอยดของ Android OS ทเผยแพรจนปจจบน 36 4.1 แสดงขอมลจ าเพาะของเครองคอมพวเตอรทใช 52 4.2 แสดงขอมลจ าเพาะของโทรศทพเคลอนททใช 54 4.3 แสดงขอมลจ าเพาะของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 59 5.1 แสดงเวลาเฉลยทด าเนนไปของการท างานในแตละขน 74

สารบญภาพ ภาพท หนา

2.1 แสดงแนวคดของระบบ Bluetooth Based Telemetry/PLC System 5 2.2 แสดงแนวคดของระบบในการใช Zigbee เพอควบคม PLC 7 2.3 VCI ซงใชควบคม PLC ในรปแบบ GUI 8 2.4 แสดงโครงสรางของระบบ “Study on remote PLC experiment system based on web” 9 2.5 แสดงแนวคดของ ZigBee-Based Home Automation System 11 2.6 แสดงองคประกอบของ Zigbee Protocol Stack 14 2.7 แสดงการเปรยบเทยบ Zigbee กบระบบเครอขายไรสายประเภทอนๆ 15 2.8 แสดงรายละเอยดของ Physical Layer ตามมารตฐาน IEEE 802.15.4 16 2.9 แสดงภาพ Topology ในการใชงาน Zigbee Network 18 2.10 แสดงการเชอมตอแบบไรสายโดยใชระบบ Zigbee 19 2.11 แสดงการเชอมตอ Microcontroller 2 ตว โดยใช Zigbee Module 20 2.12 แสดง UART Data Packet 20 2.13 แสดงรปแบบของ AT Command 21 2.14 แสดงรปแบบของ API Frame 22

2.15 แสดง Message Digest generation Using MD5 24 2.16 แสดง Initialize MD Buffer 25

2.17 แสดง Initialize MD Buffer ในรปแบบ Little-endian Format 25 2.18 แสดงการประมวลผลแบบ MD5 ของบลอค q 26 2.19 แสดงการประมวล Buffer A B C D หนงรอบในแบบ Diagram 28 2.20 แสดงการท า Message Digest ดวยการ Hash 29 2.21 แสดงกระบวนการสรางและตรวจสอบ Integrity โดยวธการ Message Digest 30 2.22 แสดงกระบวนท า Message Authentication Code 30

(13)

2.23 แสดงกระบวนการสราง HMAC 31 2.24 แสดงยนยนตวตนดวย Digital Signature 31 2.25 แสดงการ Challenge-Response แบบ Symmetric Key 32 2.26 แสดงการ Challenge-Response แบบ Symmetric Key โดยเพม Time Stamp 33 2.27 แสดงการ Challenge-Response แบบ Asymmetric Key 33 2.28 แสดงการ Challenge-Response แบบ Symmetric Key โดย Digital Signature 34 2.29 แสดง Android Low-Level System Architecture 37 2.30 แสดงขนตอนการคอมไพลโคดโปรแกรมส าหรบ Android 40 2.31 แสดงสวนประกอบของไฟล Android Package 41 3.1 แสดงแนวคดของระบบ 43 3.2 แสดงแนวคด Multi User และ Multi Device 44 3.3 แสดงการเขารหสขอมลและสราง HMAC 48 3.4 แสดงการตดตอขณะก าลง Authentication 49 4.1 แสดง Software Architecture ทใชบน Notebook PC 53 4.2 แสดง Software Architecture ของ software บนโทรศพทเคลอนท 55 4.3 แสดงล าดบขนตอนการท างานของโปรแกรมบนโทรศพทเคลอนท 56 4.4 แสดงภาพดานบนของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 58

4.5 แสดงภาพดานลางของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 58 4.6 แสดง Software Architecture ซงท างานบน Microcontroller 60 4.7 แสดงล าดบขนตอนการท างานของ GATEWAY 61 4.8 แสดงล าดบขนตอนการท างานของ BACK OFFICE 62

4.9 แสดงการเชอมตอ Device Node เขากบ PLC ในการ ท างาน Transparent Mode 64

4.10 แสดง Device Node ซงมอปกรณเปน Sensor โดยมการ ท างานแบบ API Mode 65 4.11 แสดงภาพดานลางของ Sensor Board ทท างานแบบ API Mode 65

(14)

4.12 แสดง Coordinator Node ซงมการท างานทง Transparent Mode และ API Mode 66 4.13 แสดงระบบทไดพฒนาขนในการทดสอบการควบคม 67 5.1 แสดงหนาจอขณะ Login เขาสระบบ บนเครองคอมพวเตอร Notebook 69 5.2 แสดงหนาจอผลลพธการเขาสระบบ เมอท าการ Login ไดส าเรจ 69 5.3 แสดงการทดสอบการอานขอมลจาก PLC ดวยโปรแกรม GX Developer 70 5.4 แสดงหนาจอผลของคาทไดจาก Sensor Board 71 5.5 แสดงขนตอนการ Login จากโปรแกรมทพฒนาขนบน Android 72 5.6 แสดงสวนการตรวจสอบสถานะของ PLC หลงจากท ท าการ Login เรยบรอยแลว 72 5.7 ผลแสดงผลลพธการตรวจสอบสถานะของ PLC ซงก าลงท างานอยใน โหมด STOP 73 5.8 แสดงผลลพธการตรวจสอบสถานะของ PLC ซงก าลงท างานอยใน โหมด RUN 73

บทท 1

บทน ำ

1.1 ปญหำและควำมเปนมำ

การควบคมการท างานของเครองจกรกลในสมยแรก ออกแบบการควบคมโดยใชรเลย รวมกบอปกรณอนๆ เชน ป มกด คอนแทกเตอร เปนตน เพอใหสามารถควบคมเครองจกรกลไดตามความตองการ แตการออกแบบสวนควบคมนน กท าไดยาก เพราะตองใชวธ Hardwire โดยตรง และสวนควบคมนนกมขนาดใหญ ซอมบ ารงไดยากเพราะมความซบซอน อกทงเมอลกษณะงานทตองการควบคมเปลยนไป วงจรเดมกไมสามารถใชไดอก ตองมการแกไข ซงเปนเรองยาก ดงนน จงมการออกแบบวงจรควบคมอตโนมตแบบโปรแกรมไดขนมาเพอแทนวงจรการควบคมแบบเดม ซงระบบวงจรควบคมอตโนมตแบบโปรแกรมได คอ Programmable Logic Control (PLC) ซงมขอดกวาระบบเดม คอ มขนาดเลก กะทดรด เมอเทยบกบวงจรการควบคมแบบเดม แกไขล าดบการท างานไดงายดวยการเขยนโปรแกรม ไมจ าเปนตองมการแกไขตววงจรจรงๆ ดวยขอดของระบบการควบคมอตโนมตน ท าใหมการใชงานกนอยางกวางขวางออกไปทงในบานเรอนและโรงงานอตสาหกรรม เชน ใชควบคมลฟต บนไดเลอน เครองจกรตางๆ ในโรงงานอตสาหกรรม เปนตน

การน าระบบอตโนมตมาใชในโรงงานอตสาหกรรม สามารถเพมผลผลตและลดความผดพลาดในการผลตไดอยางมาก โดยเฉพาะในอตสาหกรรมทมอนตรายในการผลต เชน โรงกลนน ามน แรงแยกกาซ โรงงานผลตสารเคม เปนตน การใชเซนเซอรตรวจวดรวมกบระบบอตโนมตในการผลต เชน แขนกล หนยนต ระบบควบคมอตโนมต เปนตน สามารถชวยลดทงความผดพลาดทเกดจากการท างาน และความสญเสยตอชวตมนษยเมอเกดอบตเหตขนได

แมวาการใชระบบควบคมอตโนมตน จะมประโยชนตอการผลตในโรงงานอตสาหกรรมอยางมาก แตในการสงงานควบคมระบบอตโนมตน กลบถกจ ากดไวดวยระยะทางของสายเคเบลทท าการเชอมตอระหวางเครองคอมพวเตอรทใชควบคม กบระบบควบคมอตโนมตนเอง แมวาจะมผผลต PLC บางยหอทออกแบบใหสามารถเชอมตอกนเปนเครอขายได แตกจ ากดอยภายใต

2

เครอขายของตนเทานน ไมสามารถควบคมจากระยะไกลได จงมความพยายามทจะพฒนาระบบการผลตอตโนมตในดานตางๆ อยางตอเนอง ส าหรบการควบคมระบบอตโนมตโดยใชระบบไรสาย กเปนดานหนงทมงานวจยเพอการพฒนามาอยางตอเนองจากการควบคมในแบบปกต เชนงานวจย Abou El-Ela and Alkanhel (2007) ซงเสนอแนวคดน า Bluetooth Module มาใชแทนสายเคเบลในการเชอมตอระหวาง Programmable Logic Controller (PLC) เขากบเครองทใชควบคม ขอจ ากดของระบบน คอ การท างานของ Bluetooth อาจมการรบกวนกบการท างานของ WIFI ซงอยภายในบรเวณเดยวกนได และยงไมสามารถจดการอปกรณหลายๆ ชนในรปแบบของเครอขาย นอกจากนงานวจยนยงไมไดค านงถงการควบคมผานเครอขายอนเทอรเนต งานวจย (Li and Li, 2009: 533–536) น าเสนอแนวคดการน า Zigbee มาใชแทนสายเคเบลในการเชอมตอสวนคอมพวเตอรทใชควบคมเขากบ PLC แบบไรสายในระยะใกล โดยมการใช Zigbee ในรปแบบเครอขายท าใหสามารถเชอมตอPLC เขาในระบบไดหลายตว ขอจ ากดของงานวจยนคอเปนระบบการสอสารระยะใกลเทานน ยงไมไดค านงถงการสงผานเครอขายอนเทอรเนต ซงจ าเปนตองมการพฒนาระบบสนบสนนทจ าเปนเพมเตมอกดวย เชน ระบบการจดการผ ใชแบบหลายผ ใช ระบบการแปลงรปแบบค าสงทใชตดตอกบ PLC ในแบบ Serial ใหสามารถสงผานอนเทอรเนตได ระบบการจดการดานความปลอดภยขณะทสงขอมลผานอนเทอรเนต งานวจย (Hui and Jing, 2011: 1683–1686) น าเสนอแนวคดของการแสดงสถานะของ PLC ในรปแบบ GUI เรยกวา Virtual Control Interface (VCI) โดยมจดมงหมายเพอน าไปใชในการเรยนการสอนแบบระยะไกล ซง VCI นพฒนาขนในรปแบบเวบเพจเพอท าใหผ เรยนจากระยะไกล สามารถทดลองใช PLC จากระยะไกล ขอจ ากดของการแสดงสถานะดวย VCI คอ การน าแนวคดประยกตใชงานจรงจะขาดความยดหยน โดย VCI ทสรางขนใชไดเฉพาะกบ PLC ทจ าลองออกมาเทานนแมจะใชการเชอมตอแบบ Serial เหมอนกนกตาม การทจะตองแกไข VCI เพอใหใชกบ PLC ตวอนท าไดยาก และอาจตองเสยทรพยากรมาก งานวจย (Gill, Shuang-Hua, Fang and Xin, 2009: 422–430) น าเสนอแนวคดการควบคมการท างานของอปกรณเครองใชไฟฟาภายในบานจากระยะไกลผานเครอขายอนเทอรเนต และระยะใกลภายในบาน โดยน าเสนอหลกการจดการอปกรณภายในบาน ซงประกอบดวย 2 สวน คอ Home Gateway และ Virtual Home โดย Home Gateway ท าหนาทดแลการรบค าสงทงทสงมาจากภายในบานและทสงจากระยะไกลผานอนเทอรเนต Virtual Home เปนสวนทใชตรวจความถกตองของค าสงทไดรบมา กอนทจะสงใหอปกรณปลายทางท างาน ระบบนใชควบคมอปกรณทใชภายในบานซงมกมสถานะทไมซบซอน เชน การเปด/ปด สวตชไฟ การควบคมอณหภมของเครองปรบอากาศ ดงนนระบบนจงเปนการยากทจะน าไปใชควบคมอปกรณ

3

ทมการควบคมซบซอนและตองอาศยสวนควบคมและมการเชอมตออปกรณทถกออกแบบมาเฉพาะ เชน ในโรงงานทมกใชอปกรณทตองใชโปรแกรมควบคมเฉพาะตามทผผลตก าหนดมา และมกใชการสงขอมลดวย Serial Port

เพอเปนการเพมประสทธภาพในการใชงาน PLC ในโรงงาน บทความวจยนจงประยกตใชแนวคดการควบคมระยะไกลมาใช โดยไดน าเสนอแนวคด การแปลงรปแบบค าสงใหสามารถสงผานอนเทอรเนต ซงจะท าใหสามารถใชโปรแกรมเดมจากผผลตได และสามารถเพมอปกรณเขาไปในระบบโดยไมตองแกไขระบบทไดพฒนาไวแลว รวมถงแนวคดการจดการระบบเพอสนบสนนผใชแบบหลายคน (Multi User) ซงจะท าใหสามารถจดการอปกรณภายในโรงงานไดอยางถกตองและเหมาะสม เสนอแนวคดในการจดการดานความมนคงปลอดภยของระบบในการท างานเพอความถกตองและปลอดภย นอกจากนการใชระบบไรสายในการควบคมยงลดความเสยงในการเกดอบตเหตในการท างานโดยใหไมตองน าเครองควบคมเขาไปยงพนทซงมเครองจกรอนตรายท างานอย

1.2 วตถประสงคกำรวจย

เพอศกษาวจยระบบฝงตวแบบไรสายเพอควบคมและตรวจสอบการสงงานในโรงงานผานเครอขายอนเทอรเนต

1.3 ขอบเขตกำรวจย

1.3.1 เปนระบบ EMBEDED SYSTEM ทสามารถใหบรการในการควบคม PLC และตรวจสอบสถานะของ Sensor ภายในโรงงาน จากระยะไกลผานอนเทอรเนตได โดยมการรกษาความปลอดภยของระบบ EMBEDED SYSTEM ใหทนทานตอการโจมตผานอนเทอรเนตในรปแบบตางๆ อยางเหมาะสม 1.3.2 การสอสารระยะใกลในโรงงาน ใชเครอขายการสอสารแบบ Zigbee เชอมโยงภายในโรงงาน 1.3.3 ใชโปรแกรมควบคมเดมซงถกก าหนดจากผผลต PLC ไดเตมประสทธภาพ 1.3.4 ใชโทรศพทเคลอนทในการควบคมผานโปรแกรมทพฒนาขนเองได

4

1.4 วธด ำเนนกำรวจย 1.4.1 ศกษาคณสมบตของ Protocol TCP/IP เพอน าไปใชอ านวยความสะดวกและรกษาความถกตองในการสงขอมลผานเครอขายอนเทอรเนต 1.4.2 ศกษาหลกการท างานของ Zigbee เพอเลอกใชงานใหเหมาะสมในการน าไปใชควบคมในระยะใกลภายในโรงงาน 1.4.3 ศกษาการพฒนาโปรแกรมบน Android OS 1.4.7 ออกแบบระบบการเชอมตอ Remote PC เขากบ PLC จากระยะไกล ผานโปรแกรมแปลง Packet 1.4.8 พฒนาโปรแกรมประยกตทสงค าสงแบบ API ใหอานคา Sensor ผาน Zigbee จากระยะไกล 1.4.9 ทดสอบการท างานของโปรแกรมทงระบบ 1.4.10 สรปผลการวจย และขอเสนอแนะ

1.5 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ 1.5.1 สามารถเขาใจและสงงาน PLC จากระยะไกลได 1.5.2 สามารถพฒนาโปรแกรมประยกตบน Notebook ใหอานคาสถานะจาก Sensor จากระยะไกลได 1.5.3 ท าใหเขาใจโปรแกรมประยกตประเภทแปลง UART Packet เปน TCP/IP Packet และเลอกใชงานไดตามเหมาะสม 1.5.4 สามารถเขาใจการท างานของ Zigbee พรอมทงเลอกใชงานโหมดการท างานทมไดอยางเหมาะสม 1.5.5 สามารถพฒนาโปรแกรมบนระบบโทรศพทเคลอนท Android เพอใหสงค าสงไปยง PLC และรบผลลพธการประมวลผลจาก PLC จากระยะไกลผานระบบอนเทอรเนตได

บทท 2

แนวคดทฤษฎและทบทวนวรรณกรรมทเกยวของ 2.1 งำนวจยทเกยวของ 2.1.1 Bluetooth Based Telemetry/PLC System งานวจยน Abou El-Ela and Alkanhel (2007) เสนอแนวคดน า Bluetooth Module มาใชแทนสายเคเบลในการเชอมตอระหวาง Programmable Logic Controller (PLC) เขากบเครองทใชควบคม ซงท าใหสามารถขยายความสามารถในการสงงาน PLC ใหสะดวกมากขน เนองจากไมถกจ ากดดวยระยะทางของสายเคเบลอกตอไป ซงขอดของการเลอกใช Bluetooth กคอ เปนระบบการสอสารทเสถยร ทนทานตอสภาวะแวดลอมทม Noise มาก มความเรวในการท างานเพยงพอ ใชพลงงานนอย นอกจากน การใชเครอขายไรสาย Bluetooth ท าใหไมตองน าเครองทใชควบคมเขาไปยงพนทซงอาจมอนตรายจากการท างานของเครองจกรได

ภำพท 2.1 แสดงแนวคดของระบบ Bluetooth Based Telemetry/PLC System แหลงทมำ: Abou El-Ela and Alkanhel, 2007.

6

จากภาพ 2.1 แสดงแนวคดการท างานของระบบ โดย Remote Laptop ทใชสงงาน จะสงค าสงควบคมผานไปยง Microcontroller Board โดยอาศยการเชอมตอระหวาง Bluetooth Module ภายในเครอง Laptop กบ Bluetooth Module ซงเชอมตอกบ Microcontroller Board ในแบบ Serial Link โดยเมอ Microcontroller Board ไดรบค าสงจาก Remote Laptop แลว กจะสงสญญาณควบคมออกไปยง PLC ตามทไดโปรแกรมล าดบการท างานไวลวงหนาแลว ขอจ ากดของระบบน คอ การท างานของ Bluetooth อาจมการรบกวนกบการท างานของ WIFI ซงอยภายในบรเวณเดยวกนได รวมถงการทยงไมสามารถจดการอปกรณหลายๆ ชนในรปแบบของเครอขายได เนองจากรปแบบการเชอมโยงของ Bluetooth เปนลกษณะของการสงขอมลแบบ Master และ Slave (จดตอจด) นนเอง นอกจากนงานวจยนยงไมไดค านงถงการควบคมผานเครอขายอนเทอรเนต ท าใหระบบนยงจ ากดระยะทางของการควบคมอยภายในระยะการท างานของ Bluetooth Module นนเอง 2.1.2 Application of Communication and Remote Control in PLC Based on ZigBee Technology งานวจยน (Li and Li, 2009: 533–536) เสนอแนวคดและผลการทดลองของการน าเอา Zigbee มาใชในการสอสารขอมลในระยะใกล เพอเชอมตอระหวา PLC เขากบเครองควบคม ซงขอดของ Zigbee เมอเปรยบเทยบกบ Bluetooth กคอ Zigbee สามารถรบสงขอมลในแบบเครอขายซงใช Topology ไดทง Ad-hoc, Peer to Peer, Star, Mesh ท าใหสามารถเลอกรปแบบของ Topology ทจะใชไดตามการจดแผนผงสายการผลตของเครองจกรในโรงงานไดอยางลงตว ซงเหนอกวา Bluetooth ซงใชการรบสงขอมลในแบบ Peer to Peer ซงอาจกลายเปนขอจ ากดเมอแผนผงสายการผลตของเครองจกรในโรงงานนนไมอ านวยใหจดเรยงตามลกษณะการรบสงขอมลแบบจดตอจดของ Bluetooth โดยการเปลยนมาใชระบบเครอขายไรสาย ท าใหไมตองถกจ ากดดวยสายเคเบลแบบในระบบเดม โดยน าเสนอระบบทใชในการทดลองดงรป

7

ภำพท 2.2 แสดงแนวคดของระบบในการใช Zigbee เพอควบคม PLC แหลงทมำ: Li and Li, 2009: 533. จากภาพ 2.2 Monitor PC คอ เครอง PC ทใชท าการควบคม PLC ของระบบน โดย Monitor PC จะตอกบ ZIGBEE ทเซตคาใหเปน COORDINATOR NODE ดวย Serial Port หรอ USB Port กได ส าหรบ RFD Node นนถก Implement ดวย Chip CC2430 ซงเปน Chip ทมองคประกอบหลายสวนรวมกน คอ 1) Zigbee Module ทตงใหท างานในแบบ End Device Mode ของระบบ จะคอยรบค าสงจาก COORDINATOR MODE 2) Microcontroller ท Compatible กบ Microcontroller ตระกล 8051 เปนหนวยประมวลผลกลาง ท าหนาทค านวนและจดการการท างานทงหมดของ Chip CC2430 ซงท างานคลายกบท CPU ท าหนาทประมวลผลในเครองคอมพวเตอร นอกจากน สวน RFD นจะตองมการใสวงจรแปลง OUTPUT ของ CHIP CC2430 ใหเปน RS485 เนองจาก OUTPUT ของ CC2430 นนเปน Serial Port แต Input ของ PLC ม Interface เปนแบบ RS485 จงตองมการแปลงทงการสงจาก RFD ไปยง PLC และแปลงผลลพธจาก PLC กลบมายง RFD ส าหรบงานวจยน Monitor PC จะท าการ Monitor สถานะการท างานของ PLC ซงท าการควบคมการท างานของลฟต ขอจ ากดของงานวจยนคอเปนระบบการสอสารระยะใกลเทานน ยงไมไดค านงถงการสงผานเครอขายอนเทอรเนต ซงตองมการพฒนาระบบเพมเตม เชน การจดการผ ใช รปแบบของ Protocol โตตอบทจะใชในการสอสารของโปรแกรมควบคมกบ PLC เมอควบคมผานอนเทอรเนต รวมถงการจดการดานความปลอดภยของระบบขณะทสงขอมลผานอนเทอรเนตอกดวย

8

งานวจยนสรปผลการวจยโดยชใหเหนวา Zigbee สามารถสงขอมลเพอใชควบคมและ Monitor PLC ไดโดยมความถกตองแมนย าสง เหมาะกบการใชงานควบคมภายในโรงงานไดเปนอยางด 2.1.3 Study on remote PLC experiment system based on web งานวจยน (Hui and Jing, 2011: 1683–1686) น าเสนอแนวคดของการแสดงสถานะของ PLC ในรปแบบ GUI เรยกวา Virtual Control Interface (VCI) โดยมจดมงหมายเพอน าไปใชในการเรยนการสอนแบบระยะไกล ซง VCI นพฒนาขนในรปแบบเวบเพจเพอท าใหผ เรยนจากระยะไกล สามารถทดลองควบคมการท างาน PLC จากระยะไกล โดยตวอยางของ VCI ทระบบน สรางขน แสดงไวในภาพ 2.3 ดงน

ภำพท 2.3 แสดง VCI ซงใชควบคม PLC ในรปแบบ GUI แหลงทมำ: Hui and Jing, 2011: 1685. ส าหรบโครงสรางของระบบน PLC จะเชอมตอดวยเครอขายแบบมสายแบบ Ethernet LAN โดยท PLC จะรบค าสงจากสวนตดตอกบผ ใช คอ VCI ซงเกบอยใน Web Server ท

9

ประมวลผลอยภายใน Main Server หลงจากท PLC ไดรบค าสงผานทาง VCI แลว จากนน PLC กจะท างานตามค าสงโดยการไปสงงานแขนกลตามค าสงทไดรบมา โดยจะแสดงสถานะปจจบนของ PLC กลบไปใหผใชทราบผานทาง VCI ดงภาพท 2.4

ภำพท 2.4 แสดงโครงสรางของระบบ “Study on Remote PLC Experiment System Based on Web” แหลงทมำ: Hui and Jing, 2011: 1683. ระบบนออกแบบเพอใหนกเรยนสามารถสงงาน PLC จากระยะไกล การท างานเรมตนโดยผ ใช ซงเปนนกเรยน ท าการใช Web Browser เขาไปยง Web Server ซงมการพฒนา VCI ดงภาพ 2.4 ไวในรปแบบของ Java Applet และ Java Script จากนนนกเรยนกจะสามารถทดสอบการสงงาน PLC ไดดวยการ กดป มตางๆ บน VCI ซงเมอ VCI ไดรบค าสงจากนกเรยนแลว กจะสงสญญาณควบคมไปยง PLC ตวจรงทเชอมตออย จากนน VCI กจะอานผลลพธจากการสงงานครงนนจาก PLC ตวจรงกลบมาอพเดตสถานะทแสดงอยบน VCI ใหนกเรยนไดเหนผลลพธการท างานได คลายกบฝกหดกบ PLC โดยตรง ขอจ ากดของระบบเมอจะน าไปประยกตใชควบคมภายในโรงงานคอ ในโรงงานมกจะมเครองจกรท างานอยพรอมๆ กนเปนจ านวนมาก ซงท าใหตองม PLC หลายหนวย ดงนนการใชการเชอมตอแบบมสาย จงไมอ านวยความสะดวกเมอมการเพมหรอลดจ านวนของ PLC รวมถงการเคลอนยายเครองจกรตามผงโรงงานทปรบปรงไป โดยจะตองมคาใชจายเพมเตมในการตดตงและแกไขสาย LAN และอปกรณ เครอขายทเกยวของเชน Hub หรอ Switch นอกจากน Main Server

10

ทใชในการท างานเปน Web Server นนตองใชเครองทมประสทธภาพสงเพอสราง VCI ตดตอกบผ ใช โดยเฉพาะการท างานในโรงงานทจะมผ ใชหลายคน และม PLC หลายหนวย ซงตองการการจดการแบบ Multi User – Multi Device ท าใหตองใช Main Server ทมประสทธภาพสงตามไปดวย ซงหมายถงคาใชจายทเพมขนตามจ านวน User นนเอง ขอจ ากดของการควบคมและแสดงสถานะดวย VCI คอ การน าแนวคดประยกตใชงานจรงจะขาดความยดหยน โดย VCI ทสรางขนใชไดเฉพาะกบ PLC ทจ าลองออกมาเทานนแมจะใชการเชอมตอแบบ Serial เหมอนกนกตาม การทจะตองแกไข VCI เพอใหใชกบ PLC ตวอนท าไดยาก และอาจตองเสยทรพยากรมาก เมอจะประยกตระบบนมาใชงานควบคมจรงภายในโรงงาน ควรเปลยนเครอขายภายในโรงงานเปนแบบไรสายระยะใกลเพอใหสามารถปรบเปลยน Topology ของเครอขายภายในโรงงานไดสะดวก ตามการจดวางเครองจกรภายในโรงงานตามผงโรงงานทจะเปลยนแปลงไปในอนาคต รวมถงตองมการออกแบบระบบการจดการ Multi User และ Multi Device เพอใหเหมาะกบลกษณะการท างานของโรงงาน ซงจะมผควบคมหลายคน และมอปกรณ PLC หลายหนวย นอกจากนยงควรออกแบบรปแบบการตดตอสอสารและการรกษาความปลอดภยของระบบเมอสงผานเครอขายอนเทอรเนตใหมความถกตอง ปลอดภย และรดกม 2.1.4 A ZigBee-Based Home Automation System งานวจยน (Gill, Shuang-Hua, Fang and Xin, 2009: 422-430) น าเสนอแนวคดของการควบคมอปกรณ เครองใชไฟฟาตางๆ ภายในบาน จากระยะไกลผานเครอขาย Internet โดยมการกลาวถงระบบ Home Automation แบบเดมสรปแบบพรอมระบปญหาของระบบไว คอ

ระบบทหนง Java Based Home Automation เปนแบบพฒนาสวนควบคมของเครองใชไฟฟาตางๆ ดวยระบบทเปน Java Embedded Base แลวท าการควบคมจากระยะไกลดวย Web Server แบบนมปญหาคอ Controller ทใช มราคาแพง และตองใช PC ประสทธภาพสงเปน Server

ระบบทสอง แบบ Bluetooth Based Home Automation เปนแบบทใช Bluetooth ในการตดตอสงงานอปกรณ โดยจะก าหนดโครงสรางการควบคมออกเปนสองสวนคอ Primary Controller ทเชอมตออยกบฝงทใชควบคม และ Sub-controller ทเชอมตออยกบอปกรณทจะถกควบคม โดยอปกรณเครองใชไฟฟาตางๆ จะเชอมตอเขากบ Sub-controller แบบมสาย ซง Sub-controller จะรบค าสงการควบคมแบบไรสายจาก Primary Controller แบบนมขอเสยคอ ถา

11

ใช Sub-controller หนงตวตออปกรณหนงชน จะท าใหตองใช Sub-controller หลายตวเพอควบคมอปกรณหลายชน ท าใหมราคาแพง หรอถาใช Sub-controller หนงตวควบคมอปกรณหลายชน จะท าใหเกด Access Delay ได

ระบบทสาม แบบใชโทรศพทในการควบคมอปกรณระยะไกล เปนแบบทใชการโทรศพทเขาไปยงศนยควบคมอปกรณปลายทาง แลวสงงานดวยการกดป มบนโทรศพท โดยศนยควบคมอปกรณปลายทางจะแปลงรหสหมายเลขทสงงานเปนการควบคมอปกรณ แบบนมขอเสยคอ ไมมสวนตดตอกบผใช ตองจ ารหสเลขหมายเพอสงงานอปกรณแตละชนใหได

ระบบทส แบบใชการสงงานระบบ Home Automation ดวยการเคลอนทของมอ แบบน จะใชการจดจ ารปแบบของการเคลอนทของมอในรปแบบตางๆ ในการควบคมอปกรณ ซงจะมปญหาคอ ความไมคงทของมนษยในการออกทาทางการเคลอนทของมอ และความเมอยลาในการควบคม

จากปญหาของระบบ Home Automation แบบเดม งานวจยชนนจงน าเสนอแนวคดระบบ Home Automation แบบใหมทเชอมตอดวย Zigbee เพอทจะสามารถควบคมและสงงานอปกรณหลายๆ ชนด ไดจากระยะไกลโดยผาน Internet และ ระยะใกล ดวย Zigbee Remote Control มรปแบบดงน

ภำพท 2.5 แสดงแนวคดของ ZigBee-Based Home Automation System แหลงทมำ: Gill, Shuang-Hua, Fang and Xin, 2009: 424.

จากภาพ 2.5 การท างานของ ZigBee-Based Home Automation System ประกอบดวย

สองสวนใหญๆ คอ สวน Remote Environment คอสวนทให Remote User ท าการสงให Home Automation System ท างาน และ สวน Home Environment เปนสวนทรบค าสงและท างานจรง

12

โดยสวน Home Environment นมองคประกอบทส าคญคอ Home Gateway ซงจะท าหนาท Interface กบ ผ ใชในการสงงานอปกรณภายใน Home Environment ทงจากทาง ระยะไกล เชน ผาน Internet และระยะใกล เชน ผาน Zigbee Remote control นอกจากน Home Gateway ยงท าหนาเชอมโยงระบบควบคมภายในบานทเปนสวนของเครอขาย Zigbee กบระบบทจะใชเปนเสนทางออกสเครอขายอนเทอรเนตผานระบบ Wi-Fi ใหสามารถรบค าสงได

นอกจาก Home Gateway แลว ยงม Virtual Home ทท าหนาทตรวจสอบความถกตองของค าสง รวมถงสทธของผสงอกดวย โดยหลงจากทตรวจสอบแลววาค าสงถกตอง และมสทธในการสงน ค าสงกจะถกสงออกไปยง Zigbee ทถกก าหนดเปน Coordinator Mode เพอสงไปยง Zigbee ทเปน End Device ซงผกตดอยกบอปกรณตอไป ในการ Implement จรงนน Virtual Home จะถก Implement ดวยภาษา C และถกรวมอยกบสวนทเปน Home Gateway ในลกษณะ Embedded System

งานวจยนท าการท าลองตามแนวคดแลวสรปผลการวจยวา การสงงานอปกรณใหท างานเปด/ปด สามารถท างานไดถกตอง 100% ส าหรบการประยกตแนวคดของระบบ Home Automation นไปใชในการควบคมภายในโรงงานนน ตองมการปรบเปลยนเลกนอยเพอใหเหมาะกบการใชงานในโรงงาน โดยควรเพมระบบจดการ Multi User – Multi Device เพอใหเหมาะกบการใชงานภายในโรงงาน ซงมกจะมผ ใชเขาสงงาน PLC จ านวนมากพรอมๆ กน จงตองมระบบจดการ PLC ทเหมาะสมเพอใหท างานไดอยางถกตอง นอกจากนการท PLC มค าสงทใชควบคมซบซอนกวาอปกรณเครองใชภายในบาน ซงมสถานะการท างานไมมากนก เชน หลอดไฟ หรอเครองปรบอากาศ ซงใชรปแบบของค าสงไมซบซอน ท าใหการควบคม PLC ใหเตมประสทธภาพควรจะใชโปรแกรมควบคมทถกก าหนดจากผผลต ซงมกใชชองทางเชอมตอแบบ Serial เปนหลก ดงนนจงตองพฒนาสวนการแปลงขอมลทไดรบจาก Serial Port ใหสามารถตดตอสงงานผานเครอขายอนเทอรเนตได

13

2.2 ทฤษฎทเกยวของ 2.2.1 คณสมบตของ Zigbee Zigbee เปนมาตรฐานของอปกรณไรสาย ถกก าหนดโดยกลม Zigbee Alliance ซงเรมกอตงขนเมอป 2002 เพอใชควบคมอปกรณตางๆ รอบตวทใชในชวตประจ าวนในแบบไรสายซงไมตองการความเรวสงมากนก เชน สวตซเปดปดแสงสวาง ระบบควบคมอณหภมหอง เปนตน รวมไปถงใชในการรบคาจาก Sensor ตางๆ โดย Zigbee ถกออกแบบโดยมงใหมคณลกษณะดงน

2.2.1.1 เปนเครอขายไรสายในระยะใกล 2.2.1.2 ราคาไมแพง 2.2.1.3 ตดตงงาย สามารถประยกตใชงานไดหลากหลาย 2.2.1.4 สามารถรบสงขอมลไดโดยเชอมนในความถกตองได 2.2.1.5 ใชพลงงานในการท างานต า

14

2.2.2 Zigbee Protocol Stack Zigbee Protocol Stack นน ถกออกแบบขนใหท างานตาม Zigbee Specification ซงถกก าหนดจาก Zigbee Alliance โดย Zigbee Specification ฉบบแรก ถกก าหนดขนเมอป 2004 และไดรบการปรบปรงเรอยมา ส าหรบรปแบบของ Zigbee Protocol Stack นน มรปแบบดงน

ภำพท 2.6 แสดงองคประกอบของ Zigbee Protocol Stack แหลงทมำ: Wikipedia, 2013. จากภาพ 2.6 แสดงองคประกอบของ Zigbee Protocol Stack โดยประกอบดวย Application Layer และ Zigbee Network Layer ซงสรางขนตาม Zigbee Specification และ MAC Layer กบ Physical Layer ซงเปนมาตรฐานเดยวกนกบ IEEE 802.15.4

15

ความเรวในการรบสงขอมลของ Zigbee คอประมาณ 250 KB/s ซงเพยงพอส าหรบการสงสญญาณควบคม หรอรบสงผลลพธจากอปกรณ Sensor ตางๆ ไดด โดยเมอเปรยบเทยบ Zigbee กบ ระบบ Cellular และ Wi-Fi 802.11b และ Bluetooth Version 4 ในดาน พลงงานทใช จ านวนโหนดทสามารถมไดในเครอขาย อตราการรบสงขอมล ระยะทางทสามารถตดตอได สรปไดดงน

ภำพ 2.7 แสดงการเปรยบเทยบ Zigbee กบระบบเครอขายไรสายประเภทอนๆ แหลงทมำ: Zigbee Alliance, 2013.

16

2.2.3 Zigbee Protocol Stack : Physical Layer ในระดบ Physical Layer ของ Zigbee นน เปนมาตรฐานเดยวกนกบ IEEE 802.15.4 ซงมรายละเอยดดงน

ภำพท 2.8 แสดงรายละเอยดของ Physical Layer ตามมารตฐาน IEEE 802.15.4 จากภาพ 2.8 แสดงคลนความถท Zigbee ใชนน เปนคลนความถในชวง ISM Band 3 ชวงคลน คอ 868MHz, 915MHz, 2.4GHz ดวยวธการสงแบบ Direct Spread Spectrum (DSSS) ท าใหมคณสมบตทนทานตอ Noise เหมาะจะใชในพนทซงม Noise เชนภายในโรงงาน ส าหรบความถแตละชวงจะไดอตราเรวในการรบสงขอมล ดงน ความถ 868 MHz Modulation แบบ Binary Phase-shift Keying อตรารบสงขอมล 20 kb/s ความถ 915 MHz Modulation แบบ Binary Phase-shift Keying อตรารบสงขอมล 40 kb/s ความถ 2.4 GHz Modulation แบบ Quadrature Phase-shift Keying อตรารบสงขอมล 250 kb/s

17

2.2.4 Zigbee Protocol Stack : MAC Layer 2.2.4.1 Device Class อปกรณ Zigbee แบง Device Class ไวเปน 2 ประเภท ไดแก 1) Full Function Device (FFD) ซงมคณสมบต คอ (1) สามารถท าการ Routing เพอหาเสนทางส าหรบสงขอมลได

(2) ใชงานไดในทกรปแบบ Topology (3) ตดตอกบอปกรณ Zigbee โหนดอนไดทงประเภท FFD และ RFD (4) สามารถเปน PAN Coordinator ซงจะเปนศนยกลางของเครอขายไร

สาย Zigbee โดยจะท าหนาทจดตง Zigbee Network ขนมา พรอมทงเกบสารสนเทศของ Zigbee Network นน เชน Key ทใชในการเขารหสขอมลภายใน Zigbee Network นเปนตน โดยในหนง Zigbee Network จะม Coordinator นเพยงหนงโหนดเทานน

2) Reduced Function Device (RFD) (1) ไมสามารถหาเสนทางให Zigbee Packet ได จงใชงานไดเฉพาะ

Peer-to-Peer Topology เทานน (2) เปน PAN Coordinator ไมได (3) เปนไดเฉพาะ End Node ใน Zigbee Network

2.2.4.2 Topology ในการท างานแบบเครอขายของ Zigbee รปแบบของ Topology ทเปนมาตรฐานในการใชงาน Zigbee Network ตามมาตรฐาน 802.15.4 คอ Star Topology และ Peer-to-Peer Topology แสดงไดดงภาพ

18

ภำพท 2.9 แสดงภาพ Topology ในการใชงาน Zigbee Network แหลงทมำ: Wikipedia, 2013. จากการท Zigbee รองรบ Topology ทหลากหลายนเองท าใหเหมาะสมในการเลอกใชเปนเครอขายระยะใกลภายในโรงงาน เนองจาก Topology ทหลากหลาย ท าใหมความยดหยนในการน าไปใชในโรงงาน โดยสามารถเลอก Topology ทเหมาะสมกบรปแบบการวางผงเครองจกรในสายการผลตภายในโรงงานไดดกวาระบบไรสายระยะใกลแบบอนๆ เชน Bluetooth นอกจากนการท Zigbee เปนเครอขายไรสายทสามารถเลอก Topology ไดอยางยดหยน ท าใหไมตองมคาใชจายเพมเตมในการเปลยนแปลงรปแบบของ Network หรอ Topology เมอมการเปลยนรปแบบการวางผงเครองจกรในสายการผลตตามหลกการจดการผงโรงงานในอนาคต 2.2.5 Zigbee Security การรกษาความปลอดภยของ Zigbee นนจะใชการเขารหสแบบ 128-bit AES เปนหลก โดยจะมศนยกลางในการรกษาความปลอดภยของ Zigbee Network อยท Coordinator Node โดยเปน Trust Center ซงท าหนาทจดการดานความปลอดภยในดานตางๆ ดงน

19

Trust Manager คอตรวจสอบวาอปกรณทรองขอเขาใน Zigbee Network นนมสทธในการเขาใชเครอขายหรอไม Network Manager คอ แจกจาย Network Key ใหสมาชกใน Zigbee Network เพอใหทก Node ม Key รวมกน ซงท าใหการเขารหสเปนแบบ Group Encryption คอ ทก Node ใน Zigbee Network จะเหนขอมลเหมอนกนหมด Configuration Manager คอการสรางความปลอดภยในการสงขอมลในรปแบบระหวาง Node ตอ Node ใน Network โดยการใช Link Key ส าหรบ Key ทใชในระบบ Zigbee นน ม 3 ประเภทไดแก Master Key Network Key และ Link Key ซงมวธใชแตกตางกนออกไป ดงน Master Keys เปน Key รวมเพอใชสราง Link Keys ทจะใชเขารหสระหวาง Zigbee 2 Nodes Network Keys เปน Key ทใชเขารหสขอมลในระดบ Network Layer ของ Zigbee Network โดย Zigbee ทก Node จะใช Key เดยวกน จดประสงคของ Network Keys เพอใชปกปองความลบของ Zigbee Network จากภายนอก Link Keys เปน key ทใชในการเขารหสเพอสงขอมล โดยจะใชในการรกษาความลบของการสงขอมลระหวาง Node 2 Node ซงอยภายในเครอขาย Zigbee Network เดยวกน 2.2.6 กำรสงขอมลแบบ Serial ดวย Zigbee Module

Zigbee Module ทเลอกใชนสามารถท าหนาทเปน DCE เพอให DTE ทงสองฝงสามารถตดตอกนได เสมอนกบวา DTE ทงสองฝงตดตอกนดวยสาย Serial โดยตรงนนเอง ดงภาพ 2.10

ภำพท 2.10 แสดงการเชอมตอแบบไรสายโดยใชระบบ Zigbee แหลงทมำ: Digi International, 2007.

Zigbee Module ทเลอกใชนถกออกแบบใหสามารถตดตอกบอปกรณทม UART Interface ไดโดยเชอมตอเขากบ PIN ของ Zigbee Module ใหถกตอง ดงรป

20

ภำพท 2.11 แสดงการเชอมตอ Microcontroller 2 ตว โดยใช Zigbee Module แหลงทมำ: Digi International, 2008.

จากภาพ 2.11 แสดงการเชอมตอ Microcontroller 2 ตวเพอสงขอมลถงกน โดยใช

Zigbee Module ในการสงผานขอมลไปยงปลายทางแบบไรสาย ในการเชอมตออยางงายทสดนน เพยงเชอมตอ PIN Data In, Data Out, Clear To Send, Request To Send จาก Microcontroller เขากบ Zigbee Module ฝงตนเอง กพรอมทสงขอมลผาน Zigbee Module ไดแลว อยางไรกตาม ควรตรวจสอบใหแนใจวาMicrocontroller รนทใชนน สงสญญาณ Data ออกมาในระดบเดยวกบท Zigbee รบได เพอปองกนความเสยหายทจะเกดกบ Zigbee Module

UART Signal ใน Zigbee Module นนมระดบสญญาณเมอ Idle เปน High เมอมขอมล

เขามายง UART ทาง PIN 3 (DI) ของ Zigbee module ขอมลจะอยในรปแบบสญญาณ Asynchronous Serial ซงเปน Packet ดงภาพ

ภำพท 2.12 แสดง UART Data Packet ของขอมล 0x1F (Decimal Number “31”) แหลงทมำ: Digi International, 2008.

21

จากภาพ 2.12 แสดง UART Data Packet ทถกสงเขามายง UART Module เรมตนท

สญญาณ Idle มคาเปน High จากนนจะเปน Start Bit จ านวน 1 Bit ตามดวยขอมล จ านวน 8 Bit ปดทายดวย Stop Bit จ านวน 1 Bit ซงเปนรปแบบทไดก าหนดไวในการสงขอมลคอ 8-N-1 คอ 8 Bit Data – Non Parity Bit – 1 Stop Bit ขอมลทแสดงในตวอยาง เปนขอมลทถกสงเขามาใน UART Module โดยมคาในระบบเลขฐานสบคอ 31 เมอเขยนในรปเลขฐานสอง คอ 0001 1111 ซงตรงตามรปแบบทแสดงในตวอยางทสงแบบ Least Significant Bit ขนตนกอนนนเอง

Zigbee Module ทใชในงานวจยน มโหมดการท างานสองโหมด คอ Transparent Mode และ API Mode ซงสองโหมดนนจะมรปแบบการสงขอมลและค าสงทใชตดตอกบ Zigbee Module ตางกนออกไป

ใน Transparent Mode นน Zigbee Module จะท าหนาทเปน Serial Line Replacement นนคอ มรปแบบการใชงานเหมอนกบการเชอมตอดวยสาย Serial ธรรมดานนเอง โดยใน Transparent Mode น เราสามารถสงงาน Zigbee Module ดวย AT Command ผานทางโปรแกรม Terminal ตางๆ ได ซง AT Command มรปแบบดงน

ภำพท 2.13 แสดงรปแบบของ AT Command แหลงทมำ: Digi International, 2008.

จากภาพ 2.13 เปนตวอยางการใชงาน AT Command ซงเปนการเซตคาของ Address

ของ Zigbee Module ปลายทางทตองการตดตอดวย ในสวน Low Address เปน 1F นนเอง ตวอยางของ AT Command อนทสามารถเลอกใชได เชน

22

ATRR X โดย X เปนมคาไดตงแต 0 ถง 6 ซงค าสงนจะเปนการก าหนดจ านวน

ครงของ Xbee Retry ทตองการใหท าการลองสงใหมเมอเกดการสงผดพลาดขนทขน MAC Layer โดย Xbee Retry 1 ครงนน จะสงใหท ามการสงขอมลใหมในชน MAC Layer 3 ครง

ATND เปนการสงใหท าการคนหา Zigbee Module ซงอยภายในระยะทสามารถรบสงขอมลกนได โดยจะแสดงรายละเอยดเชน Address แบบ 16Bits เลข Serial Number ของ Zigbee Module นน ระดบของสญญาณทตดตอกบ Node นนได เปนตน

ATAP X โดย X มคาไดตงแต 0 ถง 2 ค าสงนจะเปนการสงให Zigbee ท าการเปด/ปดการใช API Mode

ส าหรบ API Mode (Application Programming Interface Mode) ทงขอมลและค าสง

จะอยในรปแบบ Frame-Based ทงหมด โดย API Frame จะมรปแบบดงน

ภำพท 2.14 แสดงรปแบบของ API Frame แหลงทมำ: Digi International, 2008.

Byte 1 เปน Start Delimiter บอกการเรมตน Frame มคาเปน 0x7E เสมอ Byte 2 ถง 3 เปนจ านวน Byte ของสวน Frame Data Byte 4 ถง n เปนสวนค าสงและพารามเตอร หรอเปนขอมล

Byte n+1 ใชเปน checksum ตวอยำงของ API Frame ค าสง ATND ส าหรบคนหาโหนดซงอยภายในรศม เมออยในรปแบบ API Command จะมรปแบบ 7E 00 04 08 01 4E 44 64

23

โดยมความหมายคอ

7E เปน Start Delimiter 00 04 เปน Length 08 เปนการระบวาเปน AT Command 01 เปนการระบวาเปนค าสงชนดทจะมผลการท างานตอบกลบมา 4E 44 เปนค าสง ND ในรปแบบ Hexadecimal 64 เปน Checksum

2.2.7 กำร Hash การ Hash เปนกระบวนการทกระท ากบขอมล เชน แบงขอมลเปนสวนยอยๆ แลวด าเนนการผสมกลบเขากนใหมดวยวธการทก าหนด โดยมจดประสงคในการท าเชนนนเพอใหไดผลลพธซงเปน Finger Print อนเปนเอกลกษณเฉพาะของขอมลชดนนๆ ในวทยานพนธฉบบนมการใชการ Hash ในการรกษาความปลอดภยในหลายสวน เชน ใชในการการเขารหสขอมล การยนยนตนเองเพอเขาสระบบ การตรวจสอบความถกตองของขอมลทสงผานอนเทอรเนต ซงจะไดกลาวรายละเอยดไวในบทท 3 คณสมบตหลกของ Hash Function ทดนน ม 3 ประการ ดงน 2.2.7.1 One-wayness คอ มลกษณะทสามารถกระท าไดทางเดยวเทานน ไมสามารถยอนกระบวนการกลบมาได กลาวคอ สามารถกระท ากบขอมลตงตน ใหไดผลลพธออกมาไดทางเดยว ไมสามารถน าผลลพธทไดนไปผานกระบวนการใดๆ เพอไดขอมลตงตนกลบมาได 2.2.7.2 Weak Collision Resistance คอ Hash Function ทดนน แมจะรขอมลตงตนและผล hash ของขอมลชดแรก กไมควรจะสรางผลการ hash เดยวกนจากขอมลชดอนได 2.2.7.3 Strong Collision Resistance คอ ตองไมสรางผลการ Hash ออกมาซ ากน กระบวนการ Hash นนเปนกระบวนการหลกในการท า Message Digest ในรปแบบตางๆ ซงมประโยชนในดานการรกษาความปลอดภยของการสงขอมลผานเครอขายตางๆ ตวอยาง Message Digest ทใชในวทยานพนธน คอ MD5 ซงมรายละเอยด ดงน

24

2.2.8 MD5 หรอ Message-Digest Algorithm (RFC 1321) เปนกระบวนการท า Message Digest ซงคดคนโดย Ron Rivest จาก MIT (เปนหนงในผ รวมคดคนการเขารหสแบบ RSA ดวย) โดยการท างาน จะรบขอมลตงตนทขนาดเทาใดกได แลวจะท าการประมวลผลจนไดผลลพธสดทายออกมาเปน Message ขนาด 128-bit ซงกระบวนการท า MD5 นนแสดงไดดงภาพ 2.15

ภำพท 2.15 แสดง Message Digest generation ชนด MD5 แหลงทมำ: Stallings, 2003: 349.

จากภาพแสดงกระบวนการการท า Message Digest ดวยวธ MD5 โดยกระบวนการจะเรมท ขน 1. ใส Padding Bit เพมเขาไป โดยจะเพมบตตอทายจนกวาขอมลเรมตนจะมขนาดเปน จ านวนบทเปน (512*X)+448 ส าหรบ X ทเปนศนยขนไป โดยจะตองมการเตม Padding Bit ตอทายเสมอ แมกรณทขอมลเรมตนมขนาดเปน (512*X)+448 แลวกตาม โดยจะเพม Padding

25

bit เขาไปอก 512 Bit เชน ขอมลเรมตน 448 ดงนนตองเตม Padding Bit เขาไปอกจนเปน 960 Bits นนคอจ านวนของ Padding Bits ทเตมเขาไปจะมขนาดระหวาง 1 ถง 512 Bits นนเอง ขน 2. ขยาย Length ของ Message ทเปนผลลพธจากขอ 1 ใหมขนาดของ Length เปน 264 แตถาขนาด Length ของ Message เดมเกน 264 อยแลวกจะใชเฉพาะ Low-order 64 Bits เทานน หลงจากเตม Padding Bits และ Message Length แลว กจะท าการแบงออกเปน Block โดยใหแตละ Block มขนาด 512 Bits เปนจ านวน L บลอคนนเอง ขน 3. ก าหนด MD Buffer เรมตน โดยใช Buffer ขนาด 128 Bits เพอเปนพนทเกบผลลพธสะสมในระหวางการท า Message Digest และเกบผลลพธเมอกระบวนการ Message Digest สนสด โดย Buffer ขนาด 128 bits นจะแบงออกเปน 4 สวน สวนละ 32 Bits โดยคาทเกบจะอยในรปแบบ Hexadecimal ดงภาพ 2.16

ภำพท 2.16 แสดง Initialize MD Buffer แหลงทมำ: Stallings, 2003: 350. โดยเมอจดเกบ Initialize MD Buffer นในรปแบบ Little-endian Format คอ Least Significant Byte ของ Word จะอยใน Low-address Byte Position ดงภาพ 2.17

ภำพท 2.17 แสดง Initialize MD Buffer ในรปแบบ Little-endian Format แหลงทมำ: Stallings, 2003: 350.

26

ขนท 4. ท าการประมวลผล Message ขนตอนนจะเปนการประมวลผลจรง โดยจะเรมตนกระบวนการท Message Y0 ซงแบงไวขนาด 512 Bits และ Initialize MD Buffer ขนาด 128 Bits โดยมกระบวนการท างานดงภาพ

ภำพท 2.18 แสดงการประมวลผลแบบ MD5 ของบลอค q แหลงทมำ: Stallings, 2003: 351.

27

จากภาพ 2.18 เปนการประมวลผลของสวน Block Diagram ซง Label วา HMD5 ซงแสดงไวในภาพท 2.15 โดยม Message ขนาด 1 บลอค (จากตวอยางคอ Yq) และ MD Buffer (จากตวอยางคอ CVq) เปน Input โดยน าไปผานกระบวนการซงเรยกวา Compression Function 4 รอบ ดงทไดแสดงในภาพท 2.19 แลวกจะได Output ออกมาเปน CVq+1 ซงใชน าไปเปน Input ใหกบการประมวลผลในรอบถดไปได ส าหรบฟงกชนทใชในการประมวลผล Compression Function ทง 4 รอบนน กจะใชฟงกชนทด าเนนการแตกตางกนในแตละรอบ โดย ฟงกชน F G H I ทแสดงในภาพ 2.18 นน มรายละเอยดแตละฟงกชนดงน ตำรำง 2.1 แสดงรายละเอยดของฟงกชน F G H I ทใชใน Compression Function

Round Primitive function g g(b,c,d) 1 F(b,c,d) (b^c) v ( d) 2 G(b,c,d) (b^d) v (c^ ) 3 H(b,c,d) b⊕c⊕d 4 I(b,c,d) c ⊕ ( b v

นนคอในการประมวลผล MD5 Compression Functions แตละรอบของการประมวลผลทง 4 รอบของ HMD5 ขนาด 512 Bit Block นน จะประมวลผล Buffer A B C D แตละขนในรปแบบ ดงน a <- b + ((a + g(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s) โดย a,b,c,d คอ 4 Word Buffer ซงเปน input g คอ ฟงกชน F G H I ในแตละรอบ <<<s คอ การท า Rotation ดวยการ Circular Left Shift ทละ s Bits X[k] คอ ล าดบท k ใน 32 Bit Word เทยบกบล าดบท q ใน 512 Bit Block ของ ขอมล ค านวนไดดวยสมการ M[q x 16+ k]

28

T[i] คอ ล าดบท i ในแบบ 32 Bit Word ใน Matrix T + คอ การบวกแบบ Modulo 232

โดยสามารถใชภาพ 2.19 เพอแสดงการท างานของสมการ โดยแสดงในรปแบบ Diagram ได ดงน

ภำพท 2.19 แสดงการประมวล Buffer A B C D หนงรอบในแบบ Diagram แหลงทมำ: Stallings, 2003: 353. ขน 5. ท าซ าจนไดผลลพธ ท าซ ากระบวนการในขน 4 ตงแตบลอก Y0 จนถงบลอก YL-1 กจะไดผลลพธเปนเลข Hexadecimal ขนาด 128-Bit ซงอยในรปแบบ MD5 แลว

29

2.2.9 Network Security กระบวนการทเกยวของในการรกษาความปลอดภยในการสงขอมลขาวสารผานเครอขาย สามารถแบงออกเปนดานตางๆ ไดดงน 2.2.9.1 ระบบความปลอดภยส าหรบตว Message ทสง ม 4 ดาน ดงน 1) Confidentiality คอ การรกษาความลบของขอมลขาวสารทสง โดยใชการเขารหสขอมล ซงมสองแบบคอ การเขารหสแบบ Symmetric-key ซงจะใช Key เดยวกนทงผเขารหสและผถอดรหสขอความขาวสาร และ Asymmetric-key ซงผสงจะใช Public Key ของเครองปลายทางในการเขารหส ซงจะถกถอดรหสไดเฉพาะจาก Private Key ของเครองปลายทางเทานน 2) Integrity คอ การรกษาเนอความของขอมลขาวสารทสงใหเหมอนเดม จากผสงไปยงผ รบ ไมถกแกไขเปลยนแปลงระหวางทาง ซงการจะท าเชนนได ตองอาศยหลกการท า Message Digest ซงใชหลกการ hash ดงทไดกลาวมา โดยกระบวนการนน แสดงไดดงภาพท 2.20

ภำพท 2.20 แสดงการท า message digest ดวยการ hash แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 965. ส าหรบการตรวจสอบความถกตองของขาวสารทไดรบมาทฝงผ รบ กจะท าการน าขาวสารทไดรบมานน ไปผาน Hash Function เชนเดยวกน เพอน าผลการท า Message Digest มาเปรยบเทยบกบ Message Digest ทไดรบมาพรอมกบสวนขอมลขาวสาร ซงถา Message Digest ทงสองตรงกน กจะแสดงวา ขอมลขาวสารทไดรบมานน ถกตอง ไมไดถกแกไขระหวางทาง โดยกระบวนการเปรยบเทยบ แสดงไดดงภาพท 2.21 โดยการสงตามภาพ 2.21 นนขอมลทถกสง ตองสงผาน Secure Channel แลวจงจะเกด Integrity ขนได

30

ภำพท 2.21 แสดงกระบวนการสรางและตรวจสอบ Integrity โดยวธการ message digest แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 966. 3) Authentication คอการยนยนวาขอมลขาวสารทสงมานน ถกสงมาจากผ สงทรจกกน ส าหรบวธทจะยนยนขอมลขาวสารนนกจะใชหลกการทเรยกวา Message Authentication Code หรอ MAC ซงจะน า Symmetric Key ไป Concatenate กบ ขอมลขาวสาร แลวจงไปผาน Hash Function ไดผลลพธออกมาเปน MAC ซงสามารถใชยนยนขอมลขาวสารไดเนองจาก Key นนจะรกนเพยงผสงและผ รบเทานน โดยมกระบวนการวธดงภาพ 2.22

ภำพท 2.22 แสดงกระบวนท า Message Authentication Code แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 970.

31

HMAC หรอ Hash MAC เปนกระบวนการซงประยกตหลกการของ MAC ไปใช โดยจะท าการสราง MAC ซอนกนสองชน โดยใช Symmetric Key เดยวกน Hash Function เดยวกน ดงภาพท 2.23

ภำพท 2.23 แสดงกระบวนการสราง HMAC แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 971. 4) Nonrepudiation คอ คณสมบตทผสง/ผ รบ จะไมสามารถปฎเสธไดวา ไมไดสง/รบ ขอความน วธหนงในการท ากคอ Digital Signature หรอ ลายเซนอเลกโทรนกส ซงกใชคณสมบตของ Asymmetric Key เปนส าคญ เนองจาก Key ทใชในระบบ Asymmetric Key ซงไดแก Private Key และ Public Key นนมคณสมบตเฉพาะ คอ Private Key นนมเฉพาะผสงเทานน ผ รบจะมเฉพาะ Public Key และเมอเขารหสดวย Private Key แลว จะถอดรหสไดดวย Public Key เทานน แตถาเขารหสดวย Public Key แลว กจะถอดรหสไดดวย Private Key เทานน ดงนนจงใชหลกการของ Asymmetric Key ในการท าลายเซนดจตอล ดงภาพท 2.24

ภำพท 2.24 แสดงยนยนตวตนดวย Digital Signature แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 974.

32

กระบวนการท า Digital Signature เรมตนโดย ผสงจะท า Message Digest ดวยการน าขอมลขาวสารทจะสง ไปผาน Hash Function จากนน จะน า Message Digest ทไดน ไปเขารหสดวย Private Key ของผสง ไดผลลพธเปน Digital Signature นนเอง แลวจงสง Digital Signature พรอมขาวสารขอมลออกไป ทฝงผ รบ กจะตรวจสอบ Digital Signature ดวยการท า Message Digest กบขาวสารขอมลทไดรบมา แลวน าไปเทยบกบ Message Digest ทไดจากการน า Digital Signature ไปถอดรหสดวย Public Key ทตนเองม ผลลพธคอ ถา Message Digest ทงสองเหมอนกน แสดงวาผสงนนคอผ ทม Private Key เพยงผ เดยวนนเอง 2.2.9.2 ระบบความปลอดภยส าหรบ Entity Authentication เปนการตรวจสอบผทจะเขาใชระบบวามสทธในการเขาใชหรอไม โดยวธทนยมใชกคอ 1) Password เปนการใชรหสผานลบในการตรวจสอบสทธการเขาใชระบบ ขอดคอใชงานงาย ขอเสยคอ อาจถกขโมย หรอ ถกเดาไดโดยงายในบางกรณ 2) Challenge-Response เปนกระบวนการทจะตอบโตกนระหวางผ เขาใชและผตรวจสอบสทธ โดยสามารถเลอกใชไดทงแบบ Symmetric Key และ Asymmetric Key ดงภาพ

ภำพท 2.25 แสดงการ Challenge-Response แบบ Symmetric key แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 979.

33

จากภาพ 2.24 แสดงการ Challenge-Response เรมตนดวยผ เขาใชระบบสงค ารองขอไปยงผตรวจสอบสทธ จากนนผตรวจสอบสทธกจะสมเลขขนมาชดหนงแลวสงไปใหผ รองขอ ซงผ รองขอกจะตองแสดงสทธตวเองดวยการเขารหสเลขสมนนแลวสงกลบไปยงผตรวจสอบสทธ ซงถาผรองขอร Key ทถกตอง ผตรวจสอบสทธกจะสามารถถอดรหสเลขสมนนกลบมาไดอยางถกตองเชนเดยวกน อยางไรกตาม การ Challenge Response แบบนยงมจดออนทเปดโอกาสใหเกด Replay Attack ไดโดยการส าเนาชดเลขสมทเขารหสอยางถกตองไวแลว แลวน าไปใชในภายหลงได ดงนนจงมการพฒนาเลกนอยเพอแกปญหาในจดน โดยการเพม Time Stamp เขาไปในชดเลขสมทเขารหสกลบไป ดงภาพท 2.26

ภำพท 2.26 แสดงการ Challenge-Response แบบ Symmetric Key โดยเพม Time Stamp แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 979. นอกจากการใช Symmetric Key แลว กยงมการ Challenge Response โดยใชหลกการของ Asymmetric Key ซงแสดงไดดงภาพ 2.27

ภำพท 2.27 แสดงการ Challenge-Response แบบ Asymmetric Key แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 980.

34

กระบวนการเรมตนเมอมผ รองขอเขาระบบ ผตรวจสอบสทธกจะสมเลขขนมาแลวเขารหสดวย Public Key ของผ รองขอ จากนนกจะสงออกไปใหผ รองขอ ถาผ รองขอสามารถถอดรหสเลขสมนนกลบมาไดอยางถกตอง กแสดงวาผ รองขอนนม Private Key ทถกตอง เปนผ รองขอเขาระบบตวจรง นอกจากนยงมการ Challenge Response ซงใชหลกการของ Asymmetric Key อกแบบหนง คอ ใชหลกการของการสรางและตรวจสอบ Digital Signature นนเอง ดงภาพ 2.28

ภำพท 2.28 แสดงการ Challenge-Response แบบ symmetric Key โดย Digital Signature แหลงทมำ: Forouzan, 2007: 981. กระบวนการเรมตนเมอมผ รองขอเขาระบบ ผตรวจสอบสทธกจะสมเลขขนมาแลวสงไปใหกบผ รองขอ ซงผ รองขอกจะตองท าการ Sign เลขสมนนดวย Digital Signature แลวสงกลบมายงผตรวจสอบสทธ ซงผตรวจสอบสทธ กจะท าการตรวจวาเปน Digital Signature จากผ รองขอจรงหรอไม ถาถกตองกจะอนญาตใหเขาใชงานระบบได

35

2.2.10 Android OS ความสามารถของโทรศพทเคลอนทนนมการพฒนาอยางตอเนอง เชนในโทรศพทในยคปจจบนนน ไดพฒนาความสามารถจนสามารถใชงานไดหลากหลายมากกวาเดมทใชแคตดตอกนดวยเสยงพด โดยในปจจบนโทรศพทเคลอนทนนถกเรยกวา Smart Phone หรอ โทรศพทอจฉรยะ ซงนอกจากจะสามารถใชตดตอสอสารในรปแบบเสยงพดแบบเดมแลว ยงสามารถเชอมตอเขาสเครอขายอนเทอรเนต เพอพดคยแบบเหนหนาตาไดทนท สามารถใช Web Browser เพอตดตามขาวสาร เชคเมล รวมไปถงแบงปนสงทไดพบในชวตประจ าวนผานสงคมแบบออนไลนไดอยางสะดวกผานเครอขายแบบไรสาย เปรยบเสมอนกบเปนคอมพวเตอรพกพาเครองหนงไดเลยทเดยว ดงนนจงไมนาแปลกใจวา Smart Phone จงเปนทศทางทผผลตโทรศพทเคลอนทจะมงเนนพฒนาออกมาแขงขนกนเปนจ านวนมาก ระบบปฏบตการบน Smart Phone กเปนสวนหนงทมความส าคญตอตว Smart Phone ในแงของประสทธภาพ ความสวยงาม ความสะดวกในการใชงาน และความปลอดภย รวมไปถงจ านวน application ทจะมสนบสนนการใชงาน โดย OS ของ Smart Phone ทไดรบความนยมในปจจบนนนไดแก IOS จาก Apple Computer Android OS จาก Google Inc. และ Windows Phone จาก Microsoft Android OS เปนระบบปฎบตการจาก Google ถกออกแบบมาใหเปนระบบปฎบตการส าหรบโทรศพทสมารตโฟนและแทบเลต โดยแจกจายในรปแบบซอฟตแวร Open-source Stack โดยม Google เปนผน าในการใหการสนบสนนกลมผพฒนา ท าใหเหลาบรรดาผผลตน าไปใชกนอยางกวางขวาง เนองจากมการท างานทยดหยน มผผลตโปรแกรมให Android จ านวนมาก และทส าคญคอ ไมมคาใชจายในการเลอกใช Android OS ส าหรบ Android OS รนตางๆ ท Google ไดเคยปลอยออกมาใหผ ใชไดใชงานนน มรายละเอยดแสดงเลขทรน โคดเนมทใชเรยกแตละรน และวนทแตละรนประกาศเผยแพรดงตาราง

36

ตำรำงท 2.2 แสดงรายละเอยดของ Android OS ทเผยแพรจนปจจบน

Version Code name Release date

4.2.x Jelly Bean November 13, 2012

4.1.x Jelly Bean July 9, 2012

4.0.x Ice Cream Sandwich December 16, 2011

3.2 Honeycomb July 15, 2011

3.1 Honeycomb May 10, 2011

2.3.3–2.3.7 Gingerbread February 9, 2011

2.3–2.3.2 Gingerbread December 6, 2010

2.2 Froyo May 20, 2010

2.0–2.1 Eclair October 26, 2009

1.6 Donut September 15, 2009

1.5 Cupcake April 30, 2009

37

ในดานการท างานของ Android OS นน แสดงไดดวย System Architecture แบบ Low-Level ของ Android OS ดงภาพท 2.29

ภำพท 2.29 แสดง Android Low-Level System Architecture แหลงทมำ: Android Open Source Project, 2013. จากภาพ 2.29 แสดงใหเหน System Architecture ของ Android OS ในแบบ Low-Level ซงจะพบวา Android OS นนถกออกแบบมาใหผ ใชและผพฒนาโปรแกรมสามารถใชงานและพฒนาโปรแกรมไดอยางสะดวก ผานบรการตางๆ ทออกแบบไวเปนล าดบขน โดยมรายละเอยดในแตละ Layer ดงน

38

Applications and Framework นนเปน Layer ทใชพฒนาโปรแกรมผานคอมโพเนนตตางๆ บน API ซง Google ไดเตรยมไวใหแลว ท าใหการพฒนาโปรแกรมบน Android OS นนสะดวกยงขน Binder IPC เปนสวนเชอมระหวาง Application Framework กบระบบการท างานในสวน Low Level โดยผานทางการ Call Service Code ของ Android System ไดจาก Framework ของ API Android System Services เปนสวนทใหบรการ System Service ในแตละดาน เชน Service เกยวกบกลองถายรป Service เกยวกบการจดการหนาตางการท างานทมในปจจบน เปนตน เพออ านวยความสะดวกในการเรยกใชจาก framework API HAL ท าหนาทเปน Standard Interface เพอใหการตดตอ Device จรงๆ ผานทาง Driver นนมมาตรฐานทเปนอนหนงอนเดยว โดยทง Device Driver และ HAL นจะตองถกพฒนาขนมาเฉพาะใหเหมาะกบอปกรณเฉพาะรนทตองการใชงาน Linux Kernel เปนสวนทเปนหวใจของระบบ ซงจะควบคมใหระบบตางๆ นนท างานจรง เชน ระบบการจดการ Thread การท า CPU Scheduling การท า Process Synchronization รวมถงการจดการ Main Memory และ Storage การจดการ File-system การจดการอปกรณ I/O ผานทาง Device Driver ทสรางขน ซง Linux Kernel นกจะใหบรการ HAL โดยจะรอรบค าสงท HAL จะสงมาโดยการเรยกใช Device Driver แลว Linux Kernel กจะไปสงให hardware ปฏบตงานจรง

39

2.2.11 ควำมแตกตำงของ Java API และ Android API แมวาโปรแกรมบน Android OS นนจะใชภาษา Java ในการพฒนา แตกมความแตกตางกนระหวาง Java API ทท างานบนเครองคอมพวเตอร และ Android API อยบาง นนกมสาเหตมาจากการทรปแบบการท างานของ Java Virtual Machine ทใชส าหรบท างานตามค าสงใน Java Bytecode บนเครองคอมพวเตอรนน มสถาปตยกรรมเปนแบบ Stack-Based ซงจะท างานตาม Instruction เพอโหลดขอมลลงไปท Stack แลวจงประมวลผล ซงมขอดคอ Instruction จะไมซบซอน แตมขอเสยคอ ตองใชหลายๆ Instruction ในการท างานใดงานหนง ซงท าใหตองใชหนวยความจ ามากตามไปดวย ดวยเหตผลนเองท าให Java Virtual Machine ไมเหมาะกบการท างานบนอปกรณประเภทพกพาซงมกม หนวยประมวลผลทความเรวไมสงมาก หนวยความจ าทจ ากด ไมมพนทส าหรบสลบโพรเซสออกจากหนวยความจ าหลก และตองใชแบตเตอรเปนแหลงพลงงานหลก ดงนน Android OS จงไดพฒนา Virtual Machine ซงเหมาะกบการท างานของอปกรณพกพาขนมา นนกคอ Dalvik Virtual Machine ซง Dalvik VM นมสถาปตยกรรมเปนแบบ Register-Based ซงเนนการใช Register ในการท างาน โดยพยายามให Instruction ใช Register ในการเกบขอมลเพอประมวลผลแทนการใช Stack ซงตองใชพนทบนหนวยความจ าหลก ซงการใช Register นนมขอดคอ Register นนมความเรวในการท างานมากกวาหนวยความจ าหลก ท าใหเพมประสทธภาพในการประมวลผลไดด และมจ านวนของ Instruction ทตองประมวลผลนอยกวาแบบ Stack-Basedในเมอเทยบกบการท างานเดยวกนจากโคดโปรแกรมขน High Level Language ส าหรบขอจ ากดของ Register-Based กคอ Instruction จะมความซบซอนและมความยาวมากกวา Instruction ในแบบ Stack-Based เนองจากตองระบ Source และ Destination Register ลงใน Instruction ดวย อยางไรกตาม ขอดและขอเสยของสถาปตยกรรมแบบ Stack-Based และ Register-Based นนยงเปนหวขอทยงมหยบยกมาพดคยเพอเปรยบเทยบประสทธภาพอยเสมอๆ โดยยงไมมขอสรปทแนนอนวาสถาปตยกรรมแบบใดนนมขอดกวา

40

ภำพท 2.30 แสดงขนตอนการคอมไพลโคดโปรแกรมส าหรบ Android แหลงทมำ: Android Developers, 2013.

41

โปรแกรมทเราพฒนาขนดวยภาษา Java บน Eclipse IDE นนจะแทนดวย “Application Source Code” ซงแสดงในภาพ 2.30 โดย Application Source Code นนจะอยในรปของไฟล นามสกล .java จากนนจะถก Java Compiler แปลงเปน .class ซงสามารถท างานไดบน Java VM ได แตบนระบบปฎบตการ Android นนใช Dalvik VM จงตองมการแปลงจาก .class ใหเปน .dex เพอใหท างานกบ Dalvik VM ได เมอไดแอพพลเคชนทถกแปลงในรปแบบ .dex แลว กจะน าไปรวมกบ Resource สวนอนๆ ของแอพพลเคชน เชน ภาพ เปนตน เพอรวมเปนไฟลตดตงนามสกล .apk เพอใชตดตงบนระบบ Android ตอไป โดยสวนประกอบของไฟล .apk นนแสดงไวดงภาพ 2.31

ภำพท 2.31 แสดงสวนประกอบของไฟล Android Package แหลงทมำ: Android Developers, 2013.

บทท 3

ระบบไรสำยโดยใช ZigBee เพอควบคมและตดตำมสถำนะเครองจกรและเซนเซอรในโรงงำนผำนเครอขำยอนเทอรเนต

3.1 แนวคดในกำรออกแบบระบบ

จากการท างานระบบเดมทการควบคม PLC ตองกระท าโดยการใชโปรแกรมเฉพาะในการควบคมสงงาน PLC โดยตรง โดยโปรแกรมเฉพาะนจะท างานอยบนเครองคอมพวเตอรทเชอมตอกบ PLC โดยตรงผานสาย Serial Port เมอเราตองการระบบทสามารถควบคม PLC ผานทางเครอขายอนเทอรเนตได จงตองมการออกแบบระบบทสามารถแปลงขอมลในรปแบบของ Serial Data เปน TCP/IP Packet ได และในทางกลบกน กตองสามารถแปลงขอมลจาก TCP/IP Packet ทไดรบ ใหอยในรป Serial Data ไดเชนกน นอกจากน รปแบบของการท างานในโรงงานมกมเครองจกรจ านวนมาก รวมถงผปฎบตงานจ านวนมากดวย ดงนน จงควรค านงถงระบบจดการผ ใชแบบหลายคนและระบบจดการอปกรณแบบหลายหนวยเพอใหสามารถบรการผ ใชหลายๆ คนพรอมกนดวยอปกรณทมไดอยางถกตอง และมประสทธภาพ นอกจากนระบบทพฒนาขนสามารถเขาถงไดทกทภายในเครอขายอนเทอรเนต ดงนนระบบการรกษาความปลอดภยของขอมลจงมความส าคญเปนอยางยงอกดวย จากความตองการของระบบใหมน ท าใหสามารถออกแบบระบบ ซงมรายละเอยดดงน

43

ภำพท 3.1 แสดงแนวคดของระบบ

จากภาพ 3.1 แสดงแนวคดการท างานของระบบน ซงแบงสวนการท างานของระบบเปน Remote Site และ Factory Site โดย Remote Site จะท าหนาทตดตอกบผ ใช รวมถงแปลงค าสงจากโปรแกรมควบคม PLC ซงจะสงขอมลในรปแบบ serial ใหเปลยนเปนแพคเกจ TCP/IP ผานอนเทอรเนตได สวน Factory Site จะท าหนาทแยกค าสงทอาจสงมาจากคอมพวเตอรพกพา หรอโทรศพทเคลอนท จดการอปกรณปลายทางภายในโรงงาน จดการดาน Security ของระบบ มรายละเอยดดงน

3.2 Remote Site สวนควบคมจำกระยะไกล ในการท างานของระบบเรมทฝง Remote Site เปนฝงทอยทใดกไดทสามารถเชอมตอเขาเครอขายอนเทอรเนต โดยผ ใชทฝง Remote Site น จะใชโปรแกรมเดมทใชในการควบคม PLC จากคอมพวเตอร Notebook หรอจะใชโปรแกรมควบคมทพฒนาขนเองเพอสงจากโทรศพทเคลอนทกได ส าหรบกรณทเปนการสงจากเครองคอมพวเตอร Notebook นนจะใชโปรแกรมควบคมเดมทผผลตก าหนดมาควบคม PLC เครองนนๆ เนองจากมฟงกชนการท างานทครบ แตเนองจากโปรแกรมทใชควบคม PLC นนจะสงค าสงเพอควบคมผานทาง Serial Port เปนหลก แตระบบนเปนการควบคมจากระยะไกลจงตองตองมสวน Data Converter เพอมารอรบ

44

ค าสงทสงมาจากโปรแกรมทใชควบคม PLC ซง Data Converter ประกอบดวย สวนการท างาน คอ Virtual Serial Port ซงจะท าหนาทสรางพอรท Serial จ าลองขนมาบนคอมพวเตอรพกพา เพอรอรบขอมลจากโปรแกรมทใชควบคม PLC เมอ Virtual Serial Port ไดรบค าสงแลวกจะสงไปสรางเปน TCP/IP Packet กอนจะสงออกไปยงเครอขายอนเทอรเนตผานระบบ Wireless LAN แตถาเปนกรณของการสงค าสงจากโทรศพทเคลอนทซงใชโปรแกรมทพฒนาขนเอง สามารถน าค าสงทใชควบคม PLC ทเขารหสเพอรกษาความลบและสราง HMAC เพอควบคมความถกตองของการสงขอมล แลวจงไปสรางเปน TCP/IP Packet แลวสงออกเครอขายอนเทอรเนตไดโดยตรง ไมจ าเปนตองมสวนของ Virtual Serial Port

3.3 Factory Site ระบบควบคมในโรงงำน ฝง Factory Site ซงอยภายในโรงงาน จะรอรบค าสงจาก Remote Site ทจะเขามายง TCP/IP Port ทเปดรอไว โดย TCP/IP Packet นนถกสงเขาไปยงสวน GATEWAY ซงท าหนาทท าใหเกดการตดตอระหวาง Remote Site และ Factory Site และดแลการรบสงขอมลของการตดตอนนใหถกตอง มรายละเอยดดงน 3.3.1 หนำทของ GATEWAY 3.3.1.1 ก าหนด TCP Service Port ใหผ ใช กลาวคอ เมอผ ใช Login โดยตดตอไปยง Login Port เรยบรอยแลว กจะตองมการก าหนด TCP Service Port ส าหรบการเชอมตอใหกบผ ใชแตละคนดวยการสมหมายเลขพอรตให โดยขอมลของผ ใชแตละคนจะถกรบและสงใน TCP Port ของตนทถกก าหนดใหเทานน เพอมใหขอมลของผ ใชแตละคนปะปนกน ท าใหไมตองรอให Port วางกอนจะสงขอมล และ ท าใหสามารถรองรบผ ใชไดหลายๆ คนพรอมๆ กนแบบ Multi User ดงภาพท 3.2

ภำพท 3.2 แสดงแนวคด Multi User และ Multi Device

45

3.3.1.2 ตรวจสอบ User Authentication โดยการ Login ดวย User และ Password และตองจดการ Session การตดตอนนจน Logout โดยเมอ Login ส าเรจแลว ตองมการจดเกบ IP Address ของผ ทอยในระบบเพอใชคดกรอง TCP/IP Packet ขอมลตอไป 3.3.1.3 คดกรองเฉพาะขอมลหรอค าสงจากผ ทท าการ Login อยางถกตองเทานน ทจะสามารถสงขอมลผาน GATEWAY เขาไปยงสวนอนในระบบได ถาสงมาจากผ ทไมได Login อยางถกตอง จะถกทงไปทงหมด เมอ GATEWAY ตรวจสอบแลวทกอยางถกตอง GATEWAY กจะสงขอมลหรอค าสงทอยภายใน TCP/IP Packet ซงยงอยในรปการเขารหสขอมลไปยงสวน BACK OFFICE ซงมหนาทในการจดการดานความปลอดภยและควบคมกลมของอปกรณปลายทาง มรายละเอยดดงน 3.3.2 หนำทของ BACK OFFICE 3.3.2.1 ถอดรหสขอมลหรอค าสงทอยภายใน TCP/IP Packet ทไดรบมา 3.3.2.2 ตรวจสอบความถกตองของ TCP/IP PACKET ทสงเขามาวา เปน TCP/IP Packet จากผสงตวจรง ไมไดถกแกไขระหวางทาง โดยใชหลกการของการตรวจ HMAC 3.3.2.3 แปลงรปแบบขอมลระหวางชนดของขอมลแบบ TCP/IP–Serial เนองจากโปรแกรมทใชควบคม และ PLC จะตดตอสอสารกนผาน Serial Port ผานสายเคเบล เมอเปลยนเปนการควบคมระยะไกลผานอนเทอรเนต จงตองมการแปลงขอมลใหเปน TCP/IP Packet เพอใหสามารถสงผานเครอขายอนเทอรเนตได โดย BACK OFFICE ตองแปลงขอมลรปแบบ TCP/IP Data Packet จาก Remote Site เปน Serial Line Data Packet เพอสงใหกบ PLC หรอ สวนประมวลผลของ Sensor และตองแปลง Serial Line Data Packet เปน TCP/IP Data Packet เพอสง respond กลบไปยง Remote Site 3.3.2.4 Multi-User Port To Serial Line Control กลาวคอ BACK OFFICE ตองเกบสถานะการใชอปกรณปลายทางเพอตรวจสอบสถานะวาอปกรณปลายทางทตองการวางหรอไมเมอมค ารองขอใชอปกรณ โดย BACK OFFICE ตองก ากบการขนถายขอมลจาก TCP/IP Port ผานทาง Coordinator Node ทถกตอง ไปยงอปกรณปลายทางทตองการตดตอได ดงภาพท 3.2

46

โดยสวนของ GATEWAY และ BACK OFFICE จะถก Implement เปน Software ซงจะท างานอยภายใน Microcontroller ในรปแบบ Embedded System เพอการประหยดพลงงาน และ ประหยดพนททใชในการตดตงระบบน

3.3.3 หนำทของ Coordinator Node เมอขอมลหรอค าสง ถกสงผานออกมาจาก BACK OFFICE ได แสดงวา เปนขอมลทถก

แปลงกลบใหอยในรปแบบ Serial Line Data Packet แลว และเปนขอมลทสงมาจากจากผ ทมสทธ Access จากการตรวจสทธและแปลงรปแบบ TCP/IP เปน Serial ของ GATEWAY นอกจากนยงเปนขอมลหรอค าสงทถกสงออกมายง Serial Line ทถกตองแลวดวย จากการตรวจสอบของ BACK OFFICE ขนตอไป ขอมลหรอค าสงทออกจาก BACK OFFICE นจะเขาไปยงสวนของ Coordinator Node ซง Coordinator Node นจะท าหนาทในการแปลงขอมล Serial Line Data ทรบมาจากสวน BACK OFFICE ใหอยในรปแบบของ RF Packet for Transmission เพอใชในการสงตอไปยง Device Node ปลายทางดวยการสงแบบไรสายตอไป

เพอใหผ ใชหลายคนสามารถเขามาควบคม PLC หลายๆ ตวไดพรอมๆ กน จงมการออกแบบใหมการใช Coordinator Node หลายๆ ตว โดยในการ Implement Coordinator Node ในงานวจยน จะ พฒนาโดยใช Zigbee RF Module จ านวน 2 Module ซงทง 2 Module ท างานในโหมดทตางกน ตามวตถประสงคทตางกน กลาวคอ ก าหนดให Zigbee RF Module ทหนง ท างานใน Transparent Mode เพอใหสามารถก าหนดคของการสอสารปลายทางไดวา ตองการตดตอกบ Device Node ใด การเลอกใช Transparent Mode น เพอใหสามารถจบคระหวาง Coordinator Node กบ Device Node เพอใหประสทธภาพในการรบและสงขอมลระหวาง Zigbee แบบไรสาย มประสทธภาพสงสด นอกจากนยงสามารถเปลยนคการสอสารเปน Device Node อน ไดจากอปกรณควบคมจากระยะไกลไดทนท ท าใหสามารถเลอกทจะควบคม PLC ปลายทางตวใดกได ดวยการเปลยนคการสอสาร ส าหรบ Zigbee RF Module ตวท 2 ก าหนดใหท างานใน API Mode เพอให Zigbee Module ซงเปน Coordinator Node นสามารถสงค าสงใหคอนโทรลเลอรของ Device Node ท าการประมวลผลค าสงแลวท าการอานคาจาก Sensor ทตองการแลวท าการตอบผลลพธกลบมาใหกบ Coordinator Node ซง Coordinator Node จะถอด Frame ผลลพธออกเปน Serial Line Data แลวสงผาน BACK OFFICE และ GATEWAY กลบไปยงอปกรณควบคมระยะไกล เพอใชแสดงเปนผลลพธตอไป

47

3.3.4 หนำทของ Device Node Device Node ท าหนาทเปลยน RF Packet for Transmission ทไดรบมาจาก Coordinator Node ใหกลบมาอยในรป Serial Line Data แลวสงใหอปกรณ เชน PLC หรอ Sensor ท างาน ในทางกลบกน Device Node กตองท าหนาทรบขอมลจากอปกรณปลายทาง ซงอยในรปแบบ Serial Line Data Packet แลวแปลงใหอยในรปแบบ RF Packet For Transmission แลวสงออกไปยง Coordinator Node อกดวย ในการ Implement Device Node น จะ Implement ดวย Zigbee RF Module โดยก าหนดใหมโหมดการท างาน 2 Mode เชนเดยวกบ Coordinator Node นนคอ Transparent Mode และ API Mode โดย Device Node ทก าหนดใหท างานแบบ Transparent Mode จะเชอมตออยกบ PLC ดวย Port RS-232 เพอใชรบสงขอมล ซง PLC นเองทเปนอปกรณปลายทางอยางแรกทอปกรณควบคมระยะไกลตองการควบคมตรวจสอบ ส าหรบ Device Node ทก าหนดใหท างานแบบ API Mode จะ Implement ฝงลงอยกบ Sensor Board เพอลดขนาดของชด Sensor ซง Sensor Board นเองเปนอปกรณปลายทางอยางทสองทอปกรณควบคมระยะไกลตองการตดตอดวย

48

3.4 ควำมมนคงของขอมล 3.4.1 กำรเขำรหสลบ และกำรควบคมควำมถกตองของขอมล เนองจากระบบทน าเสนอนเปนการควบคมผานเครอขายอนเทอรเนต จงตองค านงถงความปลอดภยและความมนคงของขอมล ในงานวจยนใชการเขารหสลบแบบ Keystream เพอเขา รหสลบขอมล และใช HMAC เพอเปนการยนยนตวตนของผสงและตรวจสอบวาขอมลถกแกไขระหวางทางหรอไม ซงหลกการทใชไดแสดงในดงภาพท 3.3

ภำพท 3.3 แสดงการเขารหสขอมลและสราง HMAC กระบวนการในการเขารหสขอมลและสราง HMAC ในงานวจยน จะท าโดยการสราง Keystream ขนมาดวยการน า Initial Vector ขนาด 64 Bits เรมตน มาเชอมตอกบ Key ขนาด 64 Bits ทก าหนดไวลวงหนา แลวน าไปผาน Hash Function เชน MD5 จะได Output ทเปนคา Hash ออกมา มขนาด 128 Bits แลวน าคา Hash ทไดน ไปแทนทคา KEY และ IV ในรอบถดไป จงท าใหได Keystream เพอใชในการเขารหส และใชสราง HMAC ตอไป โดยในการเขารหส จะน า Data มา Exclusive OR กบ Keystream ได Encoded Data สวน HMAC นนสรางโดยการน า Keystream ทไดน มา Concat กบ Data แลวน าไปผาน Hash Function ไดผลลพธออกมาเพอใชเปน HMAC ปะทาย Encoded Data เพอสงออกไป

49

3.4.2 กำรยนยนตวเองของผใชระบบ ในการเขาใชงานระบบแตละครง ผ ใชงานระบบจะตองยนยนตวเอง เพอทจะรบ Session Key เพอใชในการเขารหสลบและควบคมความถกตองของขอมลทสง ซงขอดคอ Session Key ทใชในการตดตอในแตละครงจะแตกตางกนออกไป ท าใหสามารถแกปญหา Reuse Attack ของการท า Stream Cipher เชน RC4 ได โดยการยนยนตวเองน จะใชหลกการของการ Challenge - Response ซงมขนตอนดงตอไปน ผ ตองการใชระบบจะสงค าขอ ซงม User Name ไปใหกบ GATEWAY ซง GATEWAY จะใช Key ของผ ใชรายนนในการเขารหสลบ Session Key ของผ ใชรายนน แลวสงกลบไปใหผ ใช เมอผ ใชไดรบขอความซงเขารหสกลบมาแลว กจะท าการปอน Password ของตนเองเขาไป ซงโปรแกรมของฝงผ ใช จะแปลง Password ใหเปน Key ของผ ใช โดย Key ทไดนจะน าไปถอดรหส Session Key ส าหรบการเขาใชงานครงนนมา ดงทไดแสดงในภาพการตดตอขณะ Authentication ผใช ดงภาพ 3.4

ภำพท 3.4 แสดงการตดตอขณะก าลง Authentication โดยในงานวจยนจะเปลยน Password ใหเปน Key โดยใชวธการปอน Password เขาไปยง Hash Function ส าหรบขอดของการยนยนตนเองดวยวธนคอ ไมตองมการสง Password ผานเครอขาย ท าใหปลอดภยจากการดกจบ Password ระหวางสงผานเครอขายอนเทอรเนตดวยวธตางๆ ได 3.5 กำรจดกำรอปกรณปลำยทำงในโรงงำน หลงจากการท างานของสวน BACK OFFICE นนขอมลและค าสงกจะถกสงตอไปใหสวน Coordinator Node ของ Zigbee เพอสอสารกบอปกรณปลายทางตอไป โดยสภาพแวดลอมในโรงงานอตสาหกรรมอตโนมต มกจะมการใช PLC และ Sensor อยเปนจ านวนมาก ดงนนเพอ

50

ประโยชนสงสดของการจดการระยะไกลจงมการออกแบบระบบซงตอบสนองความตองการ 2 ประการ คอ 1) ผใชสามารถเลอกและสลบ PLC ทตองการควบคมไดดวยตนเองจากระยะไกล 2) ผ ใชสามารถตรวจสอบสถานะของโรงงาน เชน อณหภม คณภาพอากาศ จาก Sensor ทตดตงในจดตางๆ ภายในโรงงานไดจากระยะไกล ในการสอสารระหวาง BACK OFFICE กบอปกรณทตองการควบคมในงานวจยน จะใชระบบ Zigbee ซงเปนระบบสอสารไรสายระยะใกล มการรบกวนกบการท างานของระบบ WIFI นอย มการจดการดานความปลอดภยในการสงแบบไรสายระยะใกลทด มโหมดการท างานทครอบคลมความตองการ ส าหรบ Zigbee Module ทเลอกใช สามารถก าหนดใหท างานได 2 โหมด คอ 1) Transparent Mode เปนโหมดท Zigbee Module จะตดตอรบสงขอมลกนแบบไรสายในลกษณะ Point to Point ซง เหมาะทจะใชตดตอระหวาง Coordinator Node กบ End Device Node ของ PLC เนองจากสามารถก าหนดใหตดตอกนเฉพาะคทก าหนดไวเทานน จงสามารถสงขอมลจาก Coordinator ไปยง PLC ไดดวยความเรวสงสด นอกจากน ยงสามารถเปลยนคของการสอสารจากระยะไกลดวยค าสง AT Command (หรอจะพฒนาใหใชงายขนในอนเทอรเฟซแบบ GUI กได) ซงจะท าใหสามารถสลบไปควบคม PLC ตวอนๆ จากระยะไกลไดโดยงาย 2) API Mode เปนโหมดทเหมาะทจะประยกตใชกบ Sensor เพอใหสามารถตดตอกบ Sensor จ านวนมากทกระจายอยในโรงงานได เนองจากโหมดนจะท างานในรปแบบเครอขาย ซงจดตงเปนเครอขายไรสาย Zigbee โดย Coordinator Node จะท าหนาทเปนศนยกลางในการก ากบดแลกจกรรมตางๆ ภายใน Zigbee Network สวน Device Node ซงเปนสมาชกของ Zigbee Network จะม Sensor เชอมตออย เพอใหอปกรณเหลานนสามารถรบค าสงและสงผลลพธโตตอบกลบไปผานเครอขายไรสาย Zigbee ได

บทท 4

กำรพฒนำระบบไรสำยโดยใช ZigBee เพอควบคมและตดตำมสถำนะเครองจกรและเซนเซอรในโรงงำนผำนเครอขำยอนเทอรเนต

การพฒนาระบบจากแนวคดทไดน าเสนอไวใหสามารถน าไปใชประโยชนไดจรงนน ควรพจารณาถงความตองการของแตละระบบทตองการน าไปใชดวย เชน บางระบบมผ ใชมาก บางระบบมผใชนอย บางระบบมอปกรณทตองการควบคมมาก บางระบบมอปกรณทตองการควบคมนอย บางระบบสะดวกในการเลอกพฒนาสวนโปรแกรมในการควบคมอปกรณจากระยะไกลขนมาเอง บางระบบกเลอกทจะใชโปรแกรมในการควบคมทมอยแลว หรอบางระบบกเลอกทจะใชโปรแกรมในการควบคมทมผพฒนาไวและจดจ าหนายใหเลอกใชอยแลว เปนตน ซงการเลอกพฒนาระบบโดยยดแนวคดทไดน าเสนอไปแลวเปนหลกน สามารถยดหยนไดตามความเหมาะสมของสภาวะความตองการของแตละสถานททมความแตกตางกนออกไปได อยางไรกตาม วทยานพนธฉบบน จะน าเสนอรปแบบการพฒนาระบบจากแนวคดในแบบพนฐานเพอใหเหนภาพการท างานตามแนวคดไดจรง ดงนนในขนตอนการพฒนาน จงมการเลอกใชอปกรณและพฒนาโปแกรมประยกตทจ าเปนดงน 4.1 ฝง Remote Site เปนฝงท Remote User จะใชอปกรณเชน Notebook PC และ โทรศพทเคลอนท เพอท าการสงงาน PLC จากระยะไกล โดยคณสมบตของอปกรณและ Software ทใชในฝง Remote Site มดงน

4.1.1 เครองคอมพวเตอร Notebook PC ในกำรควบคม 4.1.1.1 Hardware ของเครองคอมพวเตอร Notebook ทใชในวทยานพนธครงน

คอ

52

ตำรำง 4.1 แสดงขอมลจ าเพาะของเครองคอมพวเตอรทใช

msi CR460 CPU Intel® Core™ i3-2350M @2.30 GHz

Chipset Intel® HM65 RAM 4.0 GB

Harddisk SSD OCZ VERTEX 4 60GB Wireless Lan IEEE 802.11 b/g/n

OS Windows® 7 Ultimate 32 Bit

4.1.1.2 Software ทใชใน Notebook PC 1) MELSOFT series GX Developer ใชส าหรบการควบคม PLC ผาน

เครอขาย Internet 2) โปรแกรมส าหรบอานคา Sensor เปนโปรแกรมทพฒนาขนเองเพอสง

ค าสงในการสงใหมการอานคาจาก Sensor ซงตดตงอยภายในโรงงานผานทางเครอขาย Internet พรอมทงรอรบผลลพธจาก Sensor ทจะสงกลบมาเพอแสดงผลอกดวย

3) Data Converter ซงประกอบดวยการท างานสองสวน คอ Virtual Serial Port Device Driver และ Serial to TCP/IP Packet Convertor โดยในการ Implement สวน Software แบบทควบคมบน Notebook PC น จะเปนการเลอกใช Software ซงมผพฒนาไวแลว โดยจะเลอก Software ทมความสามารถทงสองสวน คอ สามารถสราง Virtual Serial Port Device Driver ขนมาในระบบ และมสวนการท างานในการแปลง Serial Line Data Packet เปน TCP/IP Data Packet ได

53

4.1.1.3 Software Architecture ของระบบ Software ทใชบน Notebook PC ส าหรบความสมพนธของ Software ทใชบน Notebook PC นน แสดงไดดวยภาพแสดง

Software Architecture บน Notebook PC ดงภาพ 4.1

ภำพท 4.1 แสดง Software Architecture ทใชบน Notebook PC

4.1.2 โทรศพทเคลอนทในกำรควบคม โทรศพทเคลอนท Smart Phoneในยคปจจบน มแนวโนมของการพฒนาทางดาน Hardware ใน

ดานตางๆ เชน เพมความเรวของหนวยประมวลผล เพมจ านวนหนวยประมวลผล เพมหนวยความจ าหลก เพมพนทเกบขอมล ในขณะทราคาถกลง เขาถงไดงายขน พกพาไดสะดวก

4.1.2.1 คณสมบตดาน Hardware ของโทรศพทเคลอนท ส าหรบโทรศพทเคลอนทซงใชในการควบคมระยะไกลในวทยานพนธฉบบน มรายละเอยดดงน

54

ตำรำง 4.2 แสดงขอมลจ าเพาะของโทรศทพเคลอนททใช

4.1.2.2 โปรแกรมทใชท าการควบคม PLC จากโทรศพทมอถอ จากการพฒนาอยางตอเนองของหนวยประมวลผล หนวยความจ าหลก รวมถงพนทเกบ

ขอมล ท าใหมประสทธภาพสงขนอยางมาก ในขณะทมขนาดเลกลงจนน าไปใสในอปกรณพกพาได เชน โทรศพทเคลอนท คอมพวเตอรพกพา Tablet สงผลใหแนวคดของการออกแบบระบบปฎบตการของโทรศพทเคลอนทซงเปลยนจากเดมทการทการรบสงขอมลเปนสวนเสรมของการสอสารดวยเสยง เปนการเนนขอมลในการสอสารเปนหลกมากกวาการสอสารดวยเสยงเพยงอยางเดยว

ดวยแนวคดของการออกแบบระบบปฎบตการของโทรศพทเคลอนททเปลยนไปนเอง ท าใหระบบปฎบตการส าหรบโทรศพทเคลอนทซงมผ พฒนาออกมาแขงขนกน มการพฒนาความสามารถใหสามารถท างานไดเหมอนกบเครองคอมพวเตอร PC เชนในระบบ Android OS นนใช Kernel เดยวกนกบ Linux บน PC เปนตน โดยเราสามารถใช Smart phone ในการท างานเหมอนกบบน PC เชนรบสงขอความทกประเภท ดาวนโหลดโปรแกรมประยกต เชคเมล ฟงเพลง ดวดโอ สงซอขายหน ทองเวบ เปนตน

ดวยการทโทรศทพเคลอนทไดพฒนาทงทางดาน Hardware และ OS ทท าใหท างานไดเรว และมประสทธภาพ ครอบคลมความตองการ มขนาดเลก พกพาตดตวไดสะดวก จงท าใหมแนวคดทจะน าโทรศทพเคลอนทแบบ Smart phone มาใชเปนสวนหนงของระบบควบคมดงทไดน าเสนอในงานวจยน

HTC EVO 3D

CPU Processing Speed dual core ,1.2 GHz RAM 1 GB

Storage Internal Phone Storage 1 GB Wireless Internet

Connection Cellular, EDGE , IEEE 802.11 b/g/n

OS Android 4.0 (Ice Cream Sandwich)

55

ในการพฒนาโปรแกรม Android ส าหรบโทรศพทเคลอนทซงใชในงานวจยนจะพฒนา

ดวยภาษา Java โดยใช Android SDK 4.1.2.3 Software Architecture ของ Software ทใชบนโทรศพทเคลอนท ความสมพนธของ Software ทใชในการท างานจากโทรศพทเคลอนท แสดงไดดวยภาพ

Software Architecture บนโทรศพทเคลอนท ดงภาพท 4.2

ภำพท 4.2 แสดง Software Architecture ของ software บนโทรศพทเคลอนท

โปรแกรมทพฒนาขนเองส าหรบ Android OS น ใชโปรแกรม Eclipse เวอรชน Indigo ซง

ตดตง Android SDK เปนสวนเขยนโคดโปรแกรม คอมไพลและทดสอบแกไขจนท างานไดเสรจสมบรณ โดยโปรแกรมทพฒนาขนจะมสวนของการท างานในการสงค าสงออกไปยง PLC โดยผานระบบไรสายแบบ 3G หรอ Wi-Fi โดยใช Protocols TCP/IP ในการสงขอมลผาน Internet โดยค าสงทสงออกจากโทรศพทมอถอนจะตองมการเขารหสกอนสงออกไปและถอดรหสเมอรบขอมลเขามากอนเสมอ รวมทง ตองมการเชคความถกตองของค าสงดวยทกครงโดยใชหลกการของการ Stream Cipher

56

4.1.2.4 ขนตอนการท างานของโปรแกรมทพฒนาขนบนโทรศพทเคลอนท ส าหรบล าดบการสงงานจากโทรศพทเคลอนทนน จะมล าดบขนตอนการท างานในสวนของการตรวจสอบสถานะของ PLC หลงจาก Login เรยบรอยแลว ดงแสดงไดดวย ภาพ 4.3 แสดง Flowchart การท างานของการสงค าสงจากโทรศพทเคลอนท

ภำพท 4.3 แสดงล าดบขนตอนการท างานของโปรแกรมบนโทรศพทเคลอนท

57

4.2 ฝง Factory Site ฝง Factory Site เปนฝงทอยภายในโรงงานจรง โดยจะมอปกรณทรอรบการสงงานจาก Remote Site จากระยะไกล ซง Factory Site จะพฒนาดวย Hardware และ Software ดงน

4.2.1 GATEWAY ตองท าหนาท 3 ประการ ไดแก

4.2.1.1 ควบคมการ Login รวมถงจดการ Session การตดตอท Login นนจนกวาจะ Logout ออกจากระบบไป 4.2.1.2 ก าหนด TCP/IP Port Service ใหผ ใชแตละราย หลงจาก Login เขาระบบไดอยางถกตองแลว

4.2.1.3 คดกรองเฉพาะขอมลทสงจากผ ท Login อยางถกตองเทานนทจะสามารถสงผาน GATEWAY เขาไปยง BACK OFFICE ได

4.2.2 BACK OFFICE ตองท าหนาท 4 ประการ ไดแก

4.2.2.1 ถอดรหสขอมลทอยภายใน TCP/IP Packet ทไดรบมา 4.2.2.2 ตรวจความถกตองของ Data Packet ทรบมา ดวยหลกการตรวจ HMAC 4.2.2.3 แปลงรปแบบขอมลทใชรบสงระหวางเครอขายอนเทอรเนตกบอปกรณซง

ท างานโดยใช Serial Port 4.2.2.4 จดการบรหารผ ใชทอยในระบบและอปกรณปลายทางทม ในรปแบบ Multi-User To Serial Line Control

4.2.3 Hardware ทใชในกำรพฒนำ ในการพฒนาสวน GATWEWAY และ BACK OFFICE นจะพฒนาขนมาเองในรปแบบ

ของ Software ซงท างานโดย Microcontroller ซงการเลอกใช Microcontroller นนกเพอใหระบบมลกษณะเปน Embedded System ส าหรบ Microcontroller ทเลอกใช มคณสมบต ดงน

58

ภำพท 4.4 แสดงภาพดานบนของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 แหลงทมำ: Arduino.cc, 2012.

ภำพท 4.5 แสดงภาพดานลางของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 แหลงทมำ: Arduino.cc, 2012.

59

คณสมบตดาน Hardware ของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 มดงน

ตำรำง 4.3 แสดงขอมลจ าเพาะของ Microcontroller Arduino ADK 2560 R3

Arduino ADK 2560 R3

Microcontroller ATmega2560 Digital I/O Pins 54 (of which 15 provide PWM output) Analog Input Pins 16 Flash Memory 256 KB of which 8 KB used by bootloader SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Clock Speed 16 MHz

4.2.4 Software Architecture ของ GATEWAY และ BACK OFFICE

ในการ Implement GATEWAY และ BACK OFFICE นจะพฒนาขนมาเองในรปแบบของ SOFTWARE โดยจะพฒนารวมกนทงสวน GATEWAY และ BACK OFFICE บน Microcontroller ARDUINO

ความสมพนธของ Software ซงพฒนาบน Microcontroller Arduino ADK 2560 R3 นน แสดงไดดวยภาพ Software Architecture ซงมรายละเอยดดงภาพ 4.6

60

ภำพท 4.6 แสดง Software Architecture ซงท างานบน Microcontroller

61

4.2.5 ขนตอนกำรท ำงำน GATEWAY ภาพ 4.7 แสดงสวนโปรแกรมการท างานของ GATEWAY เมอมการสงค าสงทดสอบสถานะ PLC มาจากโทรศพทเคลอนท จะมล าดบขนตอนการท างาน ดงน

ภำพท 4.7 แสดงล าดบขนตอนการท างานของ GATEWAY

62

4.2.6 ขนตอนกำรท ำงำนของ BACK OFFICE

เมอ GATEWAY ท าการคดกรองเฉพาะขอมลทสงมาจากผ ทมสทธสงขอมลเขาระบบแลว GATEWAY กจะสงตอขอมลหรอค าสงนน ใหกบสวน BACK OFFICE ท างานตอไป โดยขนตอนการท างานของ BACK OFFICE เมอไดรบขอมลเขามา จะมล าดบการท างานดงน

ภำพท 4.8 แสดงล าดบขนตอนการท างานของ BACK OFFICE

63

4.2.7 Coordinator Node การควบคมในระดบ Personal Area Network (PAN) ภายใน

โรงงาน เลอกใชอปกรณ Zigbee ในการสอสารระยะใกล ซง Zigbee Module ทเลอกใชมคณสมบตดาน Hardware ดงน

1) General

(1) Power output:: 1mW (+0 dBm)

(2) Indoor/Urban range: Up to 100 ft (30 m)

(3) Outdoor/RF line-of-sight range: Up to 300 ft (90 m)

(4) RF data rate: 250 Kbps

(5) Interface data rate: Up to 115.2 Kbps

(6) Operating frequency: 2.4 GHz

(7) Receiver sensitivity: -92 dBm

(8) Frequency band: 2.4000 - 2.4835 GHz

(9) Interface options: 3V CMOS UART

2) Networking

(1) Spread Spectrum type: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

(2) Networking topology: Point-to-point, & peer-to-peer

(3) Error handling: Retries & acknowledgements

(4) Filtration options: PAN ID, Channel, and 64-bit addresses

(5) Channel capacity: 16 Channels

(6) Addressing: 65,000 network addresses available for each channel

3) Power

(1) Supply voltage: XBee: 2.8 - 3.4 VDC

(2) XBee Footprint Recommendation: 3.0 - 3.4 VDC

(3) Transmit current: XBee: 45 mA (@ 3.3 V) boost mode 35 mA

(@ 3.3 V) normal mode

64

4.2.8 Device Node คอ Node การสอสารระดบ PAN ซงเชอมตออยกบอปกรณท

ตองการ Monitor หรอควบคม ในการ Implement จรงจะแบง Device Node ไดเปนสองชนด ตามโหมดการท างานรวมกบ Coordinator Node ดงน

4.2.8.1 Device Node ใน Transparent Mode เพอใหสามารถสอสารทความเรวสงสดของ Zigbee จงเลอกใชโหมดการท างานน

ในการเชอมตอกบ PLC เพอใหสามารถรบสงขอมลหรอค าสงกบ PLC ดวยความเรวสงสดได อกทงการเปลยนคการสอสารไปควบคม PLC ตวอนกสามารถท าไดสะดวกจากระยะไกลอกดวย ในการ Implement จรง เพอใหสามารถเชอมตอเขากบ PLC สะดวก จงเลอกใช Zigbee Module รวมกบ Extension Board ดงรป

ภำพท 4.9 แสดงการเชอมตอ Device Node เขากบ PLC ในการท างาน Transparent Mode

65

4.2.8.2 Device Node ใน API Mode เพอใหสามรถตรวจสอบสถานะของ Sensor ในรปแบบ Zigbee Network จง

เลอกใช Zigbee ในโหมด API Command น ในการ Implement เพอให Sensor Module นมขนาดเลก ประหยดไฟ ตดตงงาย ใชเนอทนอย จง Implement Sensor Module โดย Integrate Zigbee Module รวมไปกบ Sensor 3 ชนดบน Board เดยวกน ซงท าให Sensor Module นมขนาดเลก ตดตงงาย ตามความตองการ ซง Sensor Module ทพฒนาขน มรปแบบ ดงน

ภำพท 4.10 แสดง Device Node ซงมอปกรณเปน Sensor โดยมการท างานแบบ API Mode

ภำพท 4.11 แสดงภาพดานลางของ Sensor Board ทท างานแบบ API Mode

66

และเพอใหการสอสารในระดบ PAN สามารถสงงานอปกรณไดพรอมกนในรปแบบทได

น าเสนอแนวคดไว คอ Transparent Mode และ API Mode ในการ Implement จงไดเลอกใช Zigbee Module จ านวนสอง Module โดยในการ Implement จรงจะเชอม Zigbee Module ทงสอง Module เขากบ Microcontroller board เพอความสะดวกในการใชงานและตดตง ดงภาพ

ภำพท 4.12 แสดง Coordinator Node ซงมการท างานทง Transparent Mode และ API Mode

67

4.3 ระบบทไดพฒนำในกำรทดลอง

ภำพท 4.13 แสดงระบบทไดพฒนาขนในการทดสอบการควบคม ระบบทใชในการทดลอง ประกอบดวย 1) เครองคอมพวเตอรทฝง Remote Site ซงใชในการสงงาน PLC ผานเครอขายอนเทอรเนต ใชเครอง PC แบบพกพา ทสามารถเชอมตอกบเครอขายอนเทอรเนตผาน WI-FI โดยโปรแกรมทใชควบคม PLC จาก PC ทใชในการทดสอบคอ GX Developer ส าหรบควบคม PLC ของ Mitsubishi 2) โทรศพทเคลอนทในฝง Remote Site ทมการตดตงโปรแกรมทพฒนาขนโดยเปนโปรแกรมทจะสามารถสงงาน PLC ไดบางสวน เชน ตรวจสอบสถานะของ PLC ผานเครอขายอนเทอรเนต โดยใชชองทางการสอสารทสะดวกในพนทนนๆ เชน Wi-Fi GPRS หรอระบบ 3G เปนตน 3) ไมโครคอนโทรลเลอร รน Arduino MEGA ADK R3 ในฝง Factory Site ม Clock Speed 16 MHz Flash Memory 256 KB SRAM 8 KB EEPROM 4 KB มความสามารถในการประมวลผลค าสง 16 MIPS ใชภาษา C++ ในการพฒนาโปรแกรมการท างาน โดยพฒนาในรปแบบ Embedded System ประกอบดวยสวนทท าหนาทตดตอกบ Remote Site และสวนควบคมภายในโรงงาน ซงกคอ GATEWAY และ BACK OFFICE นนเอง โดยตองก าหนดใหม IP ADDRESS ซง Remote Site สามารถเขาถงไดโดยตรงจากเครอขายอนเทอรเนต ในงานวจยนได

68

รวมสวน Coordinator Node เขากบ I/O port บนบอรดหลกของไมโครคอนโทรลเลอรดวยเพอลดการเดนสายไฟภายนอก ท าใหการจดเกบ ตดตง และใชงาน มความเหมาะสมในรปแบบ Embedded System 4) Wi-Fi Router ในฝง Factory Site ใชทดสอบการควบคมจากคอมพวเตอร Notebook ดวยเครอขาย Wi-Fi (ส าหรบโทรศพทเคลอนททดสอบดวยเครอขาย 3G) 5) เปนสวนของ Device Node ในฝง Factory Site ซงถก Implement ดวย Zigbee Module ซงท างานใน Transparent Mode โดย Device Node จะเชอมตออยกบ PLC ดวยสายเคเบล 6) เปนสวนอปกรณปลายทางทท างานจรงคอ PLC นนเอง 7) เปนอปกรณปลายทางอกประเภท คอ Sensor Board ซง Integrate สวนการท างานหลกสองสวนบนบอรดหลก คอ Device Node ซง Implement ดวย Zigbee Module โดยท างานใน API Mode และอกสวนคอ End Device ซงไดแกอปกรณ Sensor 3 ชนด ไดแก Thermometer Sensor Air Quality Sensor และ LPG Sensor

บทท 5

ผลกำรทดลองกำรใชงำน

5.1 ผลกำรทดลองจำกเครองคอมพวเตอร PC ผลการทดสอบจากระบบทพฒนาขนจรง พบวาในการควบคม PLC โดยใชเครองคอมพวเตอร Notebook สามารถท าการ Login เพอเขาสระบบ แลวสงงานไดครบทกฟงกชนการท างานจากโปรแกรม GX Developer ผานเครอขายอนเทอรเนตไดทนท เสมอนวาใชการเชอมตอโดยตรงดวยสายเคเบลอย ดงทไดแสดงตวอยางการอานขอมลจากหนวยความจ าภายใน PLC ผานเครอขายอนเทอรเนตกลบมายงโปรแกรม GX Developer ซงไดแสดงไวในภาพท 5.3

ภำพท 5.1 แสดงหนาจอขณะ Login เขาสระบบ บนเครองคอมพวเตอร Notebook ภำพท 5.2 แสดงหนาจอผลลพธการเขาสระบบ เมอท าการ Login ไดส าเรจ

70

ภำพท 5.3 แสดงการทดสอบการอานขอมลจาก PLC ดวยโปรแกรม GX Developer

71

นอกจากการใชโปรแกรม GX Developer แลว ยงสามารถใชโปรแกรมทพฒนาขนมาเอง สงให Sensor Board ท าการเกบคาตวอยางของ อณหภม คณภาพของอากาศ และ ระดบของกาซ LPG บรเวณจดทตดตง Sensor Board โดยแสดงตวอยางของคาทไดจาก Sensor ดงภาพท 5.4

ภำพท 5.4 แสดงหนาจอผลของคาทไดจาก Sensor Board 5.2 ผลกำรทดลองจำกโทรศทพเคลอนท ในสวนของการทดสอบระบบควบคมทพฒนาขนบนโทรศพทเคลอนท พบวาสามารถใชโทรศพทเคลอนทเพอ Login เขาระบบและตรวจสอบสถานะของ PLC ผานเครอขายอนเทอรเนตและไดผลลพธทตอบกลบมาไดอยางถกตอง โดยมสวนของการท างาน ดงน

72

ภำพท 5.5 แสดงขนตอนการ Login จากโปรแกรมทพฒนาขนบน Android

ภำพท 5.6 แสดงสวนการตรวจสอบสถานะของ PLC หลงจากท ท าการ Login เรยบรอยแลว

73

ภำพท 5.7 ผลแสดงผลลพธการตรวจสอบสถานะของ PLC ซงก าลงท างานอยในโหมด STOP

ภำพท 5.8 แสดงผลลพธการตรวจสอบสถานะของ PLC ซงก าลงท างานอยในโหมด RUN

74

ผลการทดลองของการทดลองใชไมโครคอนโทรลเลอรในการ Generate Keystream แบบ MD5 โดยม Initial Vector รวมกบ Key เปนความยาว 51 ตวอกษร ใชเวลาเฉลย 1,440 microsecond ส าหรบเวลาเฉลยท GATEWAY และ BACK OFFICE ใชในการท างานทงหมดในฝง Factory Site มดงตารางท 5.1 ดงน

ตำรำงท 5.1 แสดงเวลาเฉลยทด าเนนไปของการท างานในแตละขน

ส าหรบเวลาเฉลยทใชในการสงงานจากภายในโรงงาน โดยทดสอบดวยการสงงานจากโทรศพทเคลอนทซงเชอมเขากบเครอขายอนทราเนตภายในโรงงานดวยระบบไรสายแบบ Wi-Fi ภายในโรงงาน ใชเวลาตงแตกดสงงานบนโทรศพทจนไดผลลพธตอบกลบมาบนหนาจอโทรศพท โดยทดลองซ า 30 ครง ใชเวลาเฉลย 2:30 วนาท

เวลาเฉลยทระบบนใชในการท างานจรงในการทดสอบแบบระยะไกล โดยทดสอบดวยการสงงานจาก Remote Site ดวยโทรศพทเคลอนทซงเชอมเขากบเครอขายอนเทอรเนตดวยเครอขาย 3G โดยผ ใหบรการคอ TOT ไปยงระบบในฝง Factory Site โดยจบเวลาตงแตกดสงงานบนโทรศพท จนถงไดผลลพธตอบกลบมายงหนาจอโทรศพท ทดลองซ า 30 ครง ใชเวลาเฉลย 4:41 วนาท

บทท 6

บทสรป 6.1 สรปผลกำรวจย

งานวจยนเสนอแนวคดของระบบทสามารถควบคม PLC และตดตามสถานะของ Sensor จากระยะไกล ทงจากคอมพวเตอร Notebook และ โทรศพทเคลอนท โดยน าเสนอแนวคดของการแปลงรปแบบค าสงใหสงผานอนเทอรเนตได การจดการระบบแบบ Multi User และแนวคดดานการจดการความมนคงปลอดภยของระบบ โดยระบบท Implement ขนตามแนวคดนสามารถเพมประสทธภาพและความสะดวกในการใชงาน PLC โดยไมตองจ ากดระยะทางของเครองควบคมดวยสายเคเบลอกตอไป ผลการวจยทไดจากการทดลอง Implement ระบบขนจรงพบวา ระบบสามารถท างานไดอยางถกตอง เชอถอได เนองจากมการควบคมดานความถกตองของการสงขอมลทงระบบ โดยการรบสงขอมลระยะใกลแบบไรสายในโรงงานจะถกควบคมความถกตองดวย Zigbee Protocol Stack สวนการรบสงขอมลระยะไกลระหวางอนเทอรเนต จะควบคมความถกตองดวย TCP/IP Protocol Suit ส าหรบปจจยทมผลใหความเรวในการตอบสนองของระบบในฝง Remote Site มความแตกตางกนออกไปกคอ ประสทธภาพและความหนาแนนของเครอขายอนเทอรเนตทมความแตกตางกนออกไปในแตละพนท สวนประสทธภาพของระบบทท างานอย ในฝง Factory Site นนขนอยกบความเหมาะสมของการเลอกใชอปกรณทใช Implement ในสวน GATEWAY และ BACK OFFICE เปนส าคญ

ประโยชนทส าคญอกประการของระบบนคอสามารถน าไปปรบใชควบคมอปกรณอนๆ ทใชการเชอมตอแบบ Serial Interface ไดทนท ส าหรบขอจ ากดของระบบทพฒนาขนคอ ระบบนถกออกแบบมาใหใชควบคมอปกรณทมการเชอมตอแบบ Serial Interface เทานน

76

6.2 ขอเสนอแนะ เพอใหกระบวนการ Authentication เขาระบบของผ ใชครบถวนสมบรณตามหลก

Challenge-Response จงควรเพมกระบวนการ Response กลบจากผ ใชไปยง GATEWAY เมอท าการปอน Password แลวดวย โดยอาจก าหนดให GATEWAY สราง Randrom Number ขนมาอกคาหนง แลวสงไปพรอมกบ Session Key ดวย เมอผ ใชถอดรหสได Session Key และ Randrom Number ทถกตองนได กจะสง Random Number กลบมาเพอให GATEWAY ตรวจสอบความถกตอง โดยถาตรวจสอบแลวพบวาผ ใชได Random Number ทไมถกตอง กสามารถปฎเสธการ Login ในครงนนไดทนท แลวท าการคนทรพยากรทงหมดใหกบระบบ ท าใหระบบมการรกษาความปลอดภยทรดกมยงขน

เพอใหระบบมการรกษาความปลอดภยทดยงขนในการท างานแบบหลายผ ใชหลายอปกรณ จงควรมการก าหนดสทธการใชอปกรณของผ ใชแตละคนตามความเหมาะสมกบขอบเขตงานทรบผดชอบ

ในกรณทการรกษาความปลอดภยในการควบคมเปนสงส าคญ ควรเลอกใชการพฒนาสวน Data Converter ทใชบนคอมพวเตอร Notebook ขนเอง เนองจากการเลอกใช Virtual Serial Port ทมขายในทองตลาดนนจะท าใหไมสามารถเพมสวนการเขารหสและเชคความถกตองของขอมลดวย HMAC เขาไปได แตถาพฒนาสวน Virtual Serial Port ขนเองกจะสามารถน าผลลพธจาก Virtual Serial Port ไปผานกระบวนการรกษาความปลอดภยตามทไดก าหนดไวไดอยางครบถวนสมบรณ

สงทตองค านงถงในการน าระบบนไปประยกตใช คอ รปแบบของการเกด Time out และเวลาทก าหนดใหเปน Time out ของแตละชดโปรแกรมควบคมกบอปกรณทถกควบคมจะแตกตางกนออกไป ดงนนจงควรทจะศกษารปแบบและระยะเวลาการเกด Time out ของอปกรณทตองการควบคมอยางละเอยด เพอปรบจงหวะการสงผานขอมลจากโปรแกรมทใชควบคมไปยงอปกรณไดอยางมประสทธภาพ รวมถงในการพฒนาระบบเพอใชจรง ควรพจารณาความสามารถของอปกรณทน ามาพฒนาในแตละสวน วาสามารถรองรบภาระงานทเกดขนไดเพยงพอตามความตองการใชงานหรอไม

บรรณานกรม Abou El-Ela, M. and Alkanhel, M.. 2007. Bluetooth Based Telemetry/ PLC system. In

AEIC’2007 Al-Azhar Engineering Ninth International Conference. Cairo: [S.n.].

Android Developers. 2013. Building and Running. Retrieved July 18, 2013 from http://developer.android.com/tools/building/index.html Android Open Source Project. 2013. Porting Android to Devices. Retrieved July 1, 2013 from

http://source.android.com/devices/index.html

Arduino.cc . 2012. Arduino ADK. Retrieved Mar 22, 2012 from http://arduino.cc/en/Main

/ArduinoBoardADK Forouzan, Behrouz A. 2007. Data Communications and Networking. New York: McGraw-

Hill. Digi International. 2007. XBee™ Series 2 OEM RF Modules. Retrieved Aug 15, 2012 from http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/webdocs/0b04/

0900766b80b04c09.pdf Digi International. 2008. XBee®/XBee-PRO® OEM RF Modules. Retrieved May 16, 2012

from ftp://ftp1.digi.com/support/documentation/90000982_A.pdf Hui, Li and Jing, Zhang. 2011. Study on Remote PLC Experiment System Based on Web. In

Mechanic Automation and Control Engineering. Hohhot: [S.n.]. Pp.1683-1686. Gill, Khusvinder; Shuang-Hua, Yang; Fang, Yao and Xin, Lu. 2009. A zigbee-based home

automation system. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 55(May): 422-430.

Li, Pengfei and Li, Jiakun. 2009. Application of Communication and Remote Control in PLC Based on ZigBee. Computational Intelligence and Security. 2(Dec): 533-536.

Stallings, William. 2003. Cryptography and network security : principles and practice. New Jersey: Prentice Hall.

Wikipedia. 2013. IEEE 802.15.4. Retrieved May 5, 2013 from https://en.wikipedia.org/ wiki/IEEE_802.15.4

Wikipedia. 2013. ZigBee. Retrieved JUNE 23, 2013 from http://en.wikipedia.org/wiki/ZigBee

78

Zigbee Alliance. 2013. ZigBee FAQ. Retrieved May 2, 2013 from http://www.zigbee.org/ About/FAQ.aspx

ประวตผเขยน

ชอ ชอสกล นายพนศกด พรเพมพน ประวตการศกษา ศลปศาสตรบณฑต (สารสนเทศศกษา)

มหาวทยาลยรามค าแหง พ.ศ. 2553 ประสบการณท างาน เขารวมน าเสนอผลงานวจยในการประชมทาง

วชาการระดบชาตดานคอมพวเตอรและเทคโนโลยสารสนเทศ ครงท 9 ณ มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ