Bachelor's Thesis

Security system over CIoT technologies.

Final Thesis 8.33 MB Appendix 837.13 kB

Author of thesis: Bc. Matúš Béger

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Radim Dvořák

Reviewer: Ing. Pavel Paluřík

Abstract:

Object security requires reliable systems for rapid threat detection and immediate transmission of alarm information. The integration of Internet of Things technologies brings new possibilities for remote monitoring and autonomous communication to this sector. The aim of this thesis was to design, implement, and verify a security unit utilizing Cellular IoT technologies, specifically NB-IoT and LTE Cat-M1. As part of the implementation, a printed circuit board was designed featuring an ESP32-C6 microcontroller, a BG77 CIoT modem, a backup power supply, and tamper detection. The thesis also presents a design of a sensor unit that communicates with the control panel either via a wired RS485 bus or wirelessly over the Thread network. The developed firmware handles data collection, state evaluation, and communication with a remote server. The functionality of the complete solution was successfully verified by testing local communication, the state machine, mobile connectivity, and remote control.

Keywords:

Internet of Things, Cellular IoT, NB-IoT, LTE Cat-M1, Thread, RS485, ESP32-C6, Quectel BG77, FreeRTOS, CoAP, security system

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Otázky komise a oponenta: 1. Jak je v systému řešeno zabezpečení lokální komunikace s koncovými senzory? 2. Jakým způsobem by se v případě nasazení řešila bezpečná distribuce klíčů, jejich ukládání a případná rotace těchto klíčů u několika zařízení? 2. Jakým způsobem by se v případě nasazení řešila bezpečná distribuce klíčů, jejich ukládání a případná rotace těchto klíčů u několika zařízení? Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Telecommunication and Information Systems (BPC-TLI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Mišurec, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ondřej Šmirg, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Hanák, Ph.D. (člen)
Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D. (člen)
Ing. Vojtěch Myška, Ph.D. (člen)
Ing. et Ing. Petr Musil (člen)

Supervisor’s report
Ing. Radim Dvořák

Pan student Béger vypracoval bakalářskou práci na téma „Návrh zabezpečovací jednotky využívající technologie CIoT“.
V teoretické části práce student řeší obecný popis technologií internetu věcí, bezdrátových technologií a základní teorii zabezpečení objektů, přičemž jednotlivé kapitoly jsou logicky členěny. V praktické části pak popisuje hardwarový návrh, realizaci samotného systému se serverovou částí a testování.
Po formální stránce je práce na dobré úrovni, občasně se vyskytují drobné typografické chyby. Z hlediska práce s literaturou je práce na dobré úrovni. Práce obsahuje 25 citací, kdy všechny odkazují na odbornou literaturu, či technické specifikace, a jsou v textu řádně citovány. Z hlediska faktičnosti je práce taktéž na dobré úrovni s minimálním počtem chyb, které, dle mého názoru, vycházejí spíše ze špatné formulace než z nepochopení problematiky (např. v kapitole 3.1.1 autor tvrdí, že Wi-Fi ve spektru 2,4 GHz v Evropě má 13 kanálů o šířce 5 MHz, kdy zcela očividně došlo k záměně hodnoty šířky kanálu s rozestupy mezi jednotlivými kanály).
Kvalita praktické části je na výborné úrovni, kdy student prokázal znalosti a schopnosti hned v několika inženýrských odvětvích, konkrétně v návrhu hardwaru, vývoji embedded softwaru, webovém designu a komunikacích. Student navrhl a realizoval funkční desku plošných spojů základní desky zabezpečovací jednotky s rozhraním M.2 pro CIoT modul a mikrokontrolérem ESP32-C6, kdy návrh obsahuje několik detekčních proudových smyček, rozhraní RS485, sabotážní spínač a záložní napájecí akumulátor pro případ výpadku síťového napájení. Dále student navrhl DPS pro jednoduchý PIR senzor, který komunikuje s centrálním systémem pomocí protokolu Thread nebo sběrnice RS485. V rámci realizace také došlo k návrhu vlastního serveru slučujícího hned několik technologií a frameworků v rámci jednoduchých databázových systémů (SQLite, Peewee), uživatelského front-endu (HTML, CSS, JavaScript) a back-endu (Python Flask, protokol CoAP). Komunikace zabezpečovací jednotky se vzdáleným serverem je taktéž zabezpečena šifrou AES. O vývoji práce jsem byl řádně informován, student pravidelně docházel na konzultace a aktivně jevil zájem o její řešení. Celé řešení mi bylo předvedeno a bylo funkční bez výhrad.
Na základě výše uvedených skutečnosti hodnotím práci studenta Matúše Bégera stupněm A (98b.) a doporučuji práci k obhajobě. Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Paluřík

Bakalářská práce studenta Matúše Bégera řeší návrh a realizaci CIoT zabezpečovací jednotky. Cílem bylo vytvořit ústřednu pro sběr a přenos dat ze senzorů na server, přičemž student úspěšně propojil hardware se softwarem.
Teoretická část je zpracována přehledně, věcně pokrývá principy IoT komunikace i problematiku poplachových zabezpečovacích systémů a tvoří tak základ pro následnou realizaci. V praktické části student navrhl a sestrojil vlastní vícevrstvé desky plošných spojů pro ústřednu i senzorickou jednotku, a to včetně napájení se záložním akumulátorem a hardwarovou detekcí sabotáže. Kladně hodnotím hybridní přístup k lokální senzorové síti, který prakticky kombinuje spolehlivost drátové sběrnice RS485 s bezdrátovou mesh sítí Thread. Vhodně je zpracována i softwarová část na straně mikrokontroléru, která využívá operační systém FreeRTOS a šifrovanou CoAP komunikaci, na niž navazuje plně funkční serverové řešení s webovým rozhraním.
Po formální a jazykové stránce je text na velmi dobré úrovni. Práce je logicky strukturovaná a vhodně doplněna o přehledná schémata i reálné výpisy z testování. Funkčnost byla také prakticky demonstrována a studentem vysvětlena. Drobné stylistické nedokonalosti se vyskytují jen minimálně a nesnižují vynikající celkový dojem.
Vzhledem k výše uvedenému práci celkově hodnotím stupněm A/95 bodů a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. 1. Jak je v systému řešeno zabezpečení lokální komunikace s koncovými senzory?
  2. 2. Jakým způsobem by se v případě nasazení řešila bezpečná distribuce klíčů, jejich ukládání a případná rotace těchto klíčů u několika zařízení?
  3. 3. Obsahuje zařízení mechanismus, který by výpadek primárního napájení elektronicky detekoval a okamžitě reportoval jako bezpečnostní událost na vzdálený server?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová