LTE Load Balancer for Emergency Based on Raspberry Pi and OpenWRT

라즈베리 파이를 활용한 OpenWRT 기반 LTE 비상망 로드밸런서

Abstract

Recently, the 4th Industrial Revolution has been emerged and various products are developed and commercialized in preparation of the communication failure. Many solutions are underway in Back-Up Network for IDC Servers, but not in the personal or sensor for low-power system use. Therefore we used the OpenWRT Firmware in Raspberry Pi which can be easily obtained in online market, and it created a low-power load balancer. Therefore, we developed the device that uses LTE Antenna based on USB Interface for communication fault notification and important data. The equipment used in this paper is easy to buy in online shop for anyone. Also, it can be applied in other vendors' boards by using USB. We hope that this paper will contribute to the stability of individual sensor networks.

제 4차 산업혁명이 각광받고 있는 가운데 통신 장애를 대비한 다양한 기술이 개발되어 상용화되고 있다. 그러나 IDC의 백업망은 많은 개발이 진행되고 있으나 소규모 저전력의 개인 또는 센서에 대한 통신 장애 대비는 다소 부족한 것이 현실이다. 이에 시중에서 쉽게 구할 수 있는 라즈베리 파이 재단의 라즈베리 파이 제품군에 OpenWRT 펌웨어를 사용하여 저전력 개인 로드 밸런서를 구축하고, USB기반 LTE 안테나를 통해 유선통신에 장애 발생 시 LTE를 통하여 장애 알림과 중요 데이터를 송신할 수 있는 시스템을 개발하였다. 시중에서 쉽게 구할 수 있는 제품들인 점과 USB를 사용함으로 다른 초소형 개발보드에서도 응용할 수 있기 때문에 개인의 센서 네트워크 망 구축에 많은 도움이 될 것이라 기대된다.

그림 1. 라즈베리 파이 3 모델 B Fig. 1 Raspberry Pi 3 model B

그림 2. LAN9514 전류 제한 회로 Fig. 2 LAN9514 current limit schematic

그림 3. BCM2837 Fig. 3 BCM2837

그림 4. LAN9514 Fig. 4 LAN9514

그림 5. 라즈베리파이 3B 블록 다이어그램 Fig. 5 Raspberry Pi 3B block diagram

그림 6. LAN9514 PIN 기술도 Fig. 6 LAN9514 PIN description

그림 7. Alcatel L800 Fig. 7 Alcatel L800

그림 8. USB 유전원 허브 Fig. 8 USB self-power hub

그림 9. 로드 밸런서 데이터 흐름 Fig. 9 data flow of load-balancer

그림 10. Interface 변경 Fig. 10 Change interface

그림 11. firewall rules 변경 Fig. 11 Change firewall rules

그림 12. modeswitch 설정 Fig. 12 Configure modeswitch

그림 13. modeswitch된 모뎀(1bbb:0195) Fig. 13 using modeswitched Modem(1bbb:0195)

그림 14. 트래픽 제어 규칙 흐름 Fig. 14 The flow of traffic control rules

그림 15. 로드밸런서 규칙 Fig. 15 The Rules in Load balancer

그림 16. Wired-WAN 에러 Fig. 16 wired-WAN error

그림 17. Wired-WAN 복구 시 Fig. 17 At the time of wired-WAN repair

그림 18. 라우터 가조립 상태 Fig. 18 pre-assembled router

그림 19. 크롬에서의 데이터 재송신 확인 Fig. 19 Check resending data packet for Google Chrome

그림 20. Time Lag Fig. 20 Time Lag

그림 21 데이터 salt 확인 Fig. 21 Check salt data

그림 22. 시간 표준편차 Fig. 22 Time’s standard deviation data

그림 23. Failover 발생 로그 확인 Fig. 23 Check failover logs

그림 24. 패킷 손실 Fig. 24 Packet loss

표 1. 시중 공유기 스펙 비교 Table 1. Comparison of router specifications

표 2. LAN9514 USB PINs Table 2. LAN9514 USB PINs

표 3. 이더넷 PHY PINs Table 3. Ethernet PHY PINs

표 4. L800 주파수 범위 Table 4. L800 Frequency Range

표 5. 17-33G 레귤레이터 규격 Table 5. 17-33G regulator specification

표 6. L800 USB Mode Table 6. L800 USB Mode

표 7. 트래픽 제어 규칙 Table 7. traffic control rules