Master's Thesis

Modular IoT Platform Supporting Licensed and Unlicensed Technologies

Final Thesis 18.26 MB

Author of thesis: Bc. Juraj Goryl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Pavel Paluřík

Reviewer: Ing. Radim Dvořák

Abstract:

This diploma thesis focuses on the design and implementation of a modular hardware
platform intended for the Internet of Things (IoT), supporting both licensed and un-
licensed communication technologies. The theoretical part of the thesis provides an
overview of selected IoT technologies, their characteristics, communication principles,
and areas of application. Special attention is paid to the differences between tech-
nologies operating in licensed frequency bands and those utilizing unlicensed frequency
bands.
The practical part of the thesis focuses on the design of the modular platform based
on the Raspberry Pi Compute Module 5. The implementation process included the cre-
ation of the schematic design, the development of a four-layer printed circuit board,
and the integration of high-speed communication interfaces such as HDMI, USB, and
Ethernet. During the design process, emphasis was placed on differential pair routing,
power distribution, and electromagnetic compatibility. The PCB was subsequently man-
ufactured and assembled, while several components had to be soldered manually due to
their unavailability within the automated assembly process.
The final part of the thesis is dedicated to the bring-up process of the designed platform,
functionality testing of individual interfaces, and the implementation of the basic software
environment. The result of the thesis is a functional modular platform suitable for further
development and integration of various IoT technologies and expansion modules.

Keywords:

Internet of Things, licensed technologies, unlicensed technologies, Raspberry Pi, 6LoW-
PAN, BLE, Wi-Fi HaLow, LTE Cat-M, NB-IoT, modular platform.

Date of defence

09.06.2026

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. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Jaká existují pásma ISM a jaká omezení platí v těchto pásmech pro provoz vlastních zařízení? Jaké je v rámci HW návrhu procentuální využití dostupných pinů Raspberry CM5. Bylo myšleno na rozšířitelnost platformy například o dodatečné senzorické jednotky/moduly? Pokud ano, jaké jsou možnosti? Jaká je možná aplikační oblast pro další využití platformy? Jak jste měřil spotřebu zařízení? Student dostatečně vysvětlil otázky.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Communications and Informatics (MPC-TIT)

Composition of Committee

Ing. Martina Radilová, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Hanák, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Radek Martinek, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Petr Münster, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Koutný, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Nedoma, Ph.D. (člen)
Ing. Radim Dvořák (člen)
doc. Mgr. Karel Slavíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Pavel Paluřík

Diplomová práce studenta Bc. Juraje Goryla se zabývá návrhem, realizací a ověřením modulární hardwarové a softwarové platformy pro Internet věcí, která integruje licenční i bezlicenční komunikační technologie.
V teoretické části student přehledně popsal principy fungování vybraných IoT technologií a zpracoval rešerši hardwarových komponent, která posloužila jako základ pro následný vývoj. V praktické části se student velmi dobře vypořádal s komplexním úkolem zahrnujícím schématický návrh a vývoj desky plošných spojů, oživení prototypu a implementaci firmwaru. Všechny body zadání byly úspěšně splněny a dosažené výsledky jsou v práci řádně zdokumentovány.
Student přistupoval k vypracování práce po celou dobu velmi svědomitě a samostatně. Vyzdvihnout musím jeho aktivní přístup při řešení technických problémů během vývoje hardwaru a ladění softwaru. Kladně hodnotím také studentovu aktivní spolupráci na přípravě konferenčního článku, který z této práce vychází.
Jelikož je práce po formální, jazykové i odborné stránce na velmi dobré úrovni, hodnotím tuto práci stupněm A / 90 bodů a doporučuji ji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Radim Dvořák

Pan student Bc. Goryl vypracoval diplomovou práci na téma „Modulární IoT platforma s podporou licenčních a bezlicenčních technologií“.
V teoretické části práce student řeší obecný popis technologií IoT se zaměřením na technologie licenčního a bezlicenčního pásma. V praktické potom řeší návrh a realizaci modulární IoT platformy na bázi Raspberry PI CM5.
Práce je z formálního a jazykového pohledu v pořádku a obsahuje 98 citací, rozložených v celém rozsahu práce. Vyskytují se zde však vybrané obrázky, které nejsou ve vektorovém formátu a působí spíše jako screenshot z vývojového prostředí. Z hlediska faktičnosti obsahuje práce kvalitní přehled dostupných IoT technologií, nicméně vyskytuje se zde několik významných nepřesností, či zavádějících pojmů a údajů. Například tvrzení, že LTE-M zabírá 180 kHz v rámci technologie LTE - tedy šířku jednoho PRB - je objektivně chybné, pravděpodobně způsobené záměnou s technologií NB-IoT. Dále například záměna OFDM s OFDMA v kapitole 1.2.2 nebo uvedení přijatého výkonu 112,4 dBm (tedy ~173 MW) namísto -112,4 dBm. V rámci popisu bezlicenčního pásma taktéž nejsou zmíněna omezení zařízení.
Kvalita praktické části, tedy tvorby fyzického zařízení je na vysoké úrovni. Student navrhl funkční systém osazený dvěma nezávislými paticemi M2 pro připojení a integraci vícero komunikačních technologií dle výběru uživatele. Je zapotřebí taktéž uvést, že přípravek obsahuje vysokorychlostní sběrnice a rozhraní (zejména HDMI a vysokorychlostní USB), kdy správná realizace vyžaduje pokročilou znalost návrhu plošných spojů. Navrhnutý systém byl sestrojen, otestován a předveden pomocí vlastní implementace skriptu pro operační systém Linux běžící na hlavní výpočetní jednotce vytvořeného přípravku.
Z výše uvedených důvodu tedy hodnotím práci studenta stupněm A (90 bodů) a doporučuji práci k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Jaká existují pásma ISM a jaká omezení platí v těchto pásmech pro provoz vlastních zařízení?
  2. Jaké je v rámci HW návrhu procentuální využití dostupných pinů Raspberry CM5. Bylo myšleno na rozšířitelnost platformy například o dodatečné senzorické jednotky/moduly? Pokud ano, jaké jsou možnosti?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová