1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
|
% V tomto souboru se nastavují téměř veškeré informace, proměnné mezi studenty:
% jméno, název práce, pohlaví atd.
% Tento soubor je SDÍLENÝ mezi textem práce a prezentací k obhajobě -- netřeba něco nastavovat na dvou místech.
\usepackage[
%%% Z následujících voleb jazyka lze použít pouze jednu
%czech-english, % originální jazyk je čeština, překlad je anglicky (výchozí)
english-czech, % originální jazyk je angličtina, překlad je česky
%slovak-english, % originální jazyk je slovenština, překlad je anglicky
%english-slovak, % originální jazyk je angličtina, překlad je slovensky
%
%%% Z následujících voleb typu práce lze použít pouze jednu
%semestral, % semestrální práce (výchozí)
bachelor, % bakalářská práce
%master, % diplomová práce
%treatise, % pojednání o disertační práci
%doctoral, % disertační práce
%
%%% Z následujících voleb zarovnání objektů lze použít pouze jednu
% left, % rovnice a popisky plovoucích objektů budou zarovnány vlevo
center, % rovnice a popisky plovoucích objektů budou zarovnány na střed (vychozi)
%
]{thesis} % Balíček pro sazbu studentských prací
%%% Jméno a příjmení autora ve tvaru
% [tituly před jménem]{Křestní}{Příjmení}[tituly za jménem]
% Pokud osoba nemá titul před/za jménem, smažte celý řetězec '[...]'
\author{Michal}{Hanus}
%%% Identifikační číslo autora (VUT ID)
\butid{240621}
%%% Pohlaví autora/autorky
% (nepoužije se ve variantě english-czech ani english-slovak)
% Číselná hodnota: 1...žena, 0...muž
\gender{0}
%%% Jméno a příjmení vedoucího/školitele včetně titulů
% [tituly před jménem]{Křestní}{Příjmení}[tituly za jménem]
% Pokud osoba nemá titul před/za jménem, smažte celý řetězec '[...]'
\advisor[Ing.]{Aleš}{Povalač}[PhD.]
%%% Jméno a příjmení oponenta včetně titulů
% [tituly před jménem]{Křestní}{Příjmení}[tituly za jménem]
% Pokud osoba nemá titul před/za jménem, smažte celý řetězec '[...]'
% Nastavení oponenta se uplatní pouze v prezentaci k obhajobě;
% v případě, že nechcete, aby se na titulním snímku prezentace zobrazoval oponent, pouze příkaz zakomentujte;
% u obhajoby semestrální práce se oponent nezobrazuje (jelikož neexistuje)
% U dizertační práce jsou typicky dva až tři oponenti. Pokud je chcete mít na titulním slajdu, prosím ručně odkomentujte a upravte jejich jména v definici "VUT title page" v souboru thesis.sty.
%\opponent[doc.\ Mgr.]{Křestní}{Příjmení}[Ph.D.]
%%% Název práce
% Parametr ve složených závorkách {} je název v originálním jazyce,
% parametr v hranatých závorkách [] je překlad (podle toho jaký je originální jazyk).
% V případě, že název Vaší práce je dlouhý a nevleze se celý do zápatí prezentace, použijte příkaz
% \def\insertshorttitle{Zkác.\ náz.\ práce}
% kde jako parametr vyplníte zkrácený název. Pokud nechcete zkracovat název, budete muset předefinovat,
% jak se vytváří patička slidu. Viz odkaz: https://bit.ly/3EJTp5A
\title[Využití 4G/5G komunikace v embedded systémech]{Use of 4G/5G communication in embedded systems}
%%% Označení oboru studia
% Parametr ve složených závorkách {} je název oboru v originálním jazyce,
% parametr v hranatých závorkách [] je překlad
% \specialization[Teleinformatics]{Teleinformatika}
%%% Označení ústavu
% Parametr ve složených závorkách {} je název ústavu v originálním jazyce,
% parametr v hranatých závorkách [] je překlad
%\department[Department of Control and Instrumentation]{Ústav automatizace a měřicí techniky}
%\department[Department of Biomedical Engineering]{Ústav biomedicínského inženýrství}
%\department[Department of Electrical Power Engineering]{Ústav elektroenergetiky}
%\department[Department of Electrical and Electronic Technology]{Ústav elektrotechnologie}
%\department[Department of Physics]{Ústav fyziky}
%\department[Department of Foreign Languages]{Ústav jazyků}
%\department[Department of Mathematics]{Ústav matematiky}
%\department[Department of Microelectronics]{Ústav mikroelektroniky}
\department[Ústav radioelektroniky]{Department of Radio Electronics}
%\department[Department of Theoretical and Experimental Electrical Engineering]{Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky}
%\department[Department of Telecommunications]{Ústav telekomunikací}
%\department[Department of Power Electrical and Electronic Engineering]{Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky}
%%% Označení fakulty
% Parametr ve složených závorkách {} je název fakulty v originálním jazyce,
% parametr v hranatých závorkách [] je překlad
%\faculty[Faculty of Architecture]{Fakulta architektury}
\faculty[Fakulta elektrotechniky a~komunikačních technologií]{Faculty of Electrical Engineering and~Communication}
%\faculty[Faculty of Chemistry]{Fakulta chemická}
%\faculty[Faculty of Information Technology]{Fakulta informačních technologií}
%\faculty[Faculty of Business and Management]{Fakulta podnikatelská}
%\faculty[Faculty of Civil Engineering]{Fakulta stavební}
%\faculty[Faculty of Mechanical Engineering]{Fakulta strojního inženýrství}
%\faculty[Faculty of Fine Arts]{Fakulta výtvarných umění}
%
%Nastavení logotypu (v hranatych zavorkach zkracene logo, ve slozenych plne):
\facultylogo[logo/FEKT_zkratka_barevne_PANTONE_CZ]{logo/urel}
%%% Rok odevzdání práce
\graduateyear{2025}
%%% Akademický rok odevzdání práce
\academicyear{2024/25}
%%% Datum obhajoby (uplatní se pouze v prezentaci k obhajobě)
\date{17.\,6.\,2025}
%%% Místo obhajoby
% Na titulních stránkách bude automaticky vysázeno VELKÝMI písmeny (pokud tyto stránky sází šablona)
\city{Brno}
%%% Abstrakt
\abstract[
Rostoucí počet propojených zařízení internetu věcí (IoT) a jejich narůstající složitost kladou nové požadavky na dosah, spolehlivost a škálovatelnost komunikačních sítí. Mobilní sítě 4G a 5G nabízejí slibné řešení pro komunikaci s nízkou spotřebou energie na velké vzdálenosti. Tato práce se zabývá základními principy mobilních sítí 4G a 5G se zaměřením na jejich architekturu, komunikační protokoly a specifické funkce relevantní pro případy užití v IoT. Dále analyzuje protokoly nízkoenergetických širokopásmových sítí (LPWAN), konkrétně NB-IoT a LTE-M, zdůrazňuje jejich výhody, omezení a rozdíly ve srovnání s tradičními mobilními sítěmi.
Práce také poskytuje přehled čipsetů Nordic Semiconductor nRF9160 a nRF9161, spolu s recenzí komerčně dostupných vývojových modulů. Pro demonstraci praktického využití pomocí vybraného kitu vytvořit univerzální nízkonákladovou trackovací aplikaci, zaměřenou na simulaci reálných scénářů, jako je vzdálené monitorování, chytré zemědělství, chytrá města a sledování majetku.
Byly provedeny laboratorní experimentální měření zaměřené na klíčové komunikační parametry, jako je spotřeba energie, síla signálu a propustnost dat. Shromážděná data byla analyzována a porovnána s teoretickými očekáváními, stejně jako s jinými běžně používanými komunikačními systémy, za účelem vyhodnocení vhodností pro průmyslové IoT aplikace. Na závěr byla provedena experimentální měření v terénu, aby se ověřila schopnost navržených scénářů komunikovat v mobilním prostředí.
]{
The growing number of interconnected Internet of Things (IoT) devices and their increasing complexity are placing new demands on range, reliability, and scalability of communication networks. 4G and 5G cellular networks offer a promising solution for wide-area low-power communication. This thesis explores the fundamental principles of 4G and 5G mobile networks with a focus on their architecture, communication protocols, and specific features relevant to IoT use cases. It further analyzes Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) protocols, specifically NB- IoT and LTE-M, highlighting their advantages, limitations, and differences compared to traditional mobile networks.
The work also provides an overview of the Nordic Semiconductor nRF9160 and nRF9161 chipsets, along with a review of commercially available development modules. To demonstrate practical usage, a universal low-cost tracking application is developed using the selected kit, aimed to simulate real-world scenarios such as remote monitoring, smart agriculture, smart cities, and asset tracking.
Laboratory experimental measurements are carried out, focusing on key communication parameters such as power consumption, signal strength, and data throughput. The collected data are analyzed and compared with theoretical expectations as well as other commonly used communication systems to evaluate performance and suitability for industrial IoT applications.
Lastly in-field experimental measurements are carried out in the field to verify ability of suggested scenarios to communicate in mobile setting.
}
%%% Klíčová slova
\keywrds[%
4G, 5G, IoT, LPWAN, NB-IoT, LTE-M, DECT-NR+, nRF9160, nRF9161
]{%
4G, 5G, IoT, LPWAN, NB-IoT, LTE-M, DECT-NR+, nRF9160, nRF9161
}
%%% Poděkování
\acknowledgement{%
I would like to thank my supervisor Dr. Aleš Povalač for his consultations and assistance in writing this thesis. I would also like to thank Matěj Očenášek and DIVELIT system s.r.o. for resources needed for practical part of this thesis.
}%
|
