Master's Thesis

Edge Environment for the Internet of Things Based on Microservices

Final Thesis 1.05 MB

Author of thesis: Ing. Ján Svitana

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr John

Reviewer: Ing. Vladimír Bartík, Ph.D.

Abstract:

The rapid growth of the Internet of Things has increased the amount of data generated by connected devices and exposed several limitations of traditional centralized cloud architectures, especially in terms of latency, scalability, and reliability. Edge computing addresses these challenges by moving processing closer to data sources, while microservices architecture enables modular and scalable system design.
This thesis focuses on the design and implementation of a microservices-based edge computing environment for the RIoT project. The main contribution is the extension of the edge layer with reliable telemetry message handling in situations where the connection to the parent instance (cloud) is temporarily unavailable. The proposed solution uses local message routing, persistent storage of telemetry messages in an append-only SQLite journal, sequence numbering, checkpointing, and replay mechanisms. These mechanisms allow the edge node to store messages locally, forward them when connectivity is available, and resend unacknowledged messages after reconnection. The implementation also supports synchronization of selected domain data between the parent instance (cloud) and the edge node.

Keywords:

Internet of Things, IoT, Edge Computing, Cloud Computing, Docker, Containerization, Smart Cities, Microservices, MQTT, RabbitMQ

Date of defence

23.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných, např. ohledně typu dat a charakteru zařízení použitých v rámci tohoto projektu. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm E - dostatečně.

Topics for thesis defence

  1. Myslíte, že je reálné nasazené vašich úprav do projektu RIoT? Co by bylo potřeba ještě upravit/vylepšit?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Information Systems and Databases (NISD)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Matoušek, Ph.D., M.A. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
Ing. Ivana Burgetová, Ph.D. (člen)
Ing. Matěj Grégr, Ph.D. (člen)
Ing. Šárka Květoňová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr John

Student vytvořil řešení, které nebylo řádně integrováno a otestováno. Tato část spočívá ve vytvoření mikroslužeb, které zajišťují synchronizaci vybraných informací mezi nadřazenou a tzv. Edge instancí RIoT. Další koncepty (např. aktualizace software a architektura dovolující modulárně přidávat software pro ovládání různých typů IoT zařízení) nebyly implementovány. Od řešení této diplomové práce jsem měl větší očekávání. Z uvedených důvodů doporučuji hodnocení stupněm D.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Cílem této diplomové práce bylo rozšířit existující aplikaci pro správu chytrých zařízení RIoT o možnost jejího nasazení na pomezí chytrých zařízení a internetu, na tzv. Edge. Za tímto účelem musel student nastudovat oblast chytrých zařízení, internetu věcí (IoT) a chytrých měst. Dále se musel soustředit na způsoby nasazení, a to primárně do Edge prostředí. Tyto znalosti využil k analýze současného stavu projektu a vydefinování požadavků. Analýza mu umožnila vytvořit návrh rozšíření, které pak dále implementoval a otestoval. Student se při návrhu zaměřil na komplikovanou problematiku synchronizace dat a snažil se implementovat řešení, které pokryje většinu okrajových případů. Kvůli tomuto rozhodnutí student neimplementoval jiné části, které by pro reálné nasazení byly neméně důležité (automatický update software, modulární architektura a další). Zadání hodnotím jako obtížnější a rozsahem práce jej student splnil spíše minimalistickým způsobem. Práce navazuje na a rozvíjí výstupy vznikající v rámci mé disertační práce [1].

[1] John, Petr. Optimising processes in IoT. Brno, 2024. Pojednání k tématu disertační práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta informačních technologií. 

Aktivita při dokončování

Student dokončoval praktickou část diplomové práce na poslední chvíli, kvůli tomuto nebylo možné výstupy integrovat, ani otestovat v rámci projektu včas. Technická zpráva byla šita horkou jehlou v posledních dnech před odevzdáním a některé části (hlavně poslední úpravy kapitol č. 6 a 7) kvůli tomu nebyly dostatečně konzultovány.

Publikační činnost, ocenění

-

Práce s literaturou

Student prostudoval doporučenou literaturu a sám aktivně vyhledával další relevantní zdroje.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student komunikoval po celý akademický rok. Konzultace s vedoucím práce probíhaly online přibližně jednou za dva týdny. I přes pravidelné konzultace práce probíhala spíše nárazově, a to vždy nejvíce před termíny odevzdání (jak semestrálního projektu, tak diplomové práce). Student s dotazy často čekal až na další plánovanou konzultaci, což spolu s nárazovým vypracováváním zadání způsobovalo problémy s řízením práce. Student často často nebyl na konzultace dostatečně připraven.

Points proposed by supervisor: 68

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D.

Diplomová práce má některé výše zmíněné nedostatky, přesto si myslím, že projekt je dobrým inženýrským dílem, navíc šlo o poměrně náročné zadání. Vzhledem k nedostatkům ale musím navrhnout hodnocení D (uspokojivě). 

Evaluation criteria Verbal classification Points
Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání téměř splněno s drobnými výhradami

Student vše navrhl a implementoval dle zadání, jediným problém je chybějící zmínka o testování systému v technické zprávě, což je požadavek zmíněný v 6. bodu zadání. 

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Prezentační úroveň technické zprávy

Technická zpráva je psána srozumitelně a vše ohledně samotného návrhu a implementace je řádně vysvětleno. Student jasně definoval cíle implementace, jejichž splnění pak podrobně popsal. Většina textu je tedy kvalitní, ale problém vidím v závěrečné části, kde, jak je zmíněno výše, hlavním nedostatkem po obsahové stránce je fakt, že není z textu zřejmé, jestli bylo vyřešeno nasazení do systému RIoT a testování, ihned po popisu implementace následuje závěr. 

65
Formální úprava technické zprávy

Formální stránka technické zprávy je bez větších nedostatků, angličtina je na velmi dobré úrovni, pouze s ojedinělými chybami a překlepy. Také typografická úroveň je velmi dobrá, opět je v práci pouze minimum drobných nedostatků. 

75
Práce s literaturou

Výběr studijních pramenů je v pořádku, seznam literatury je velmi rozsáhlý a dobře pokrývá řešenou problematiku. Vlastní výsledky jsou dobře odlišeny od převzatých znalostí. 

80
Realizační výstup

Realizačním výstupem je edge vrstva pro prostředí IoT systému. Je zřejmé, že zde student odvedl velké množství práce a vytvořil řešení, které je dobře zdokumentováno a má potenciál, aby bylo v rámci projektu RIoT přínosem. Je však zřejmé, že bylo dokončováno patrně ve spěchu a není ještě zcela doladěno, a pravděpodobně zatím nebylo dostatečně otestováno. 

60
Využitelnost výsledků

Edge vrstvy jsou dnes v systémech podobného typu již využívány, proto bylo potřeba ji vytvořit i pro projekt RIoT. Po odladění nedostatků a důkladném testování může být řešení nasazeno v rámci zmíněného projektu, kde bude přínosem. 

Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Cílem diplomové práce byla inovace existujícího projektu RIoT z architektury, která data zapisuje přímo do cloudu, což je nespolehlivé při výpadcích spojení, na edge architekturu, která tento problém řeší přidáním mezistupně, tzv. edge uzlu. Vše bylo realizováno pomocí mikroslužeb. Jde o přístup, který je  používán v dnešních IoT systémech, jde tedy o velmi potřebnou úpravu i u projektu RIoT. Zadání považuji za náročnější především po implementační stránce. 

Topics for thesis defence:
  1. Myslíte, že je reálné nasazené vašich úprav do projektu RIoT? Co by bylo potřeba ještě upravit/vylepšit?
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová