Master's Thesis

Evaluation of Transmission Parameters for Infrastructure Protection

Final Thesis 9.04 MB Appendix 5.43 MB

Author of thesis: Bc. Adam Popelka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Horváth, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Klíčník

Abstract:

This thesis analyzes the impact of selected threats on the transmission parameters of optical networks from the perspective of telecommunications infrastructure protection. The aim of the thesis is to design and implement laboratory scenarios representing real-world types of mechanical and environmental stress on optical links and subsequently evaluate their impact on transmission quality and the polarization state of the optical signal. The theoretical part describes current security threats to optical networks, particularly mechanical damage, environmental effects, and methods for monitoring and detecting degradation of optical infrastructure. The practical part of the work focuses on the implementation of four measurement scenarios for 1 G (OOK) and 200 G (16QAM) systems, including the application of pressure to the optical fiber and patch cord, the effect of water in the optical connector, the effect of elevated temperature, and the freezing of the optical connector. As part of the measurements, changes in network parameters, coherent system parameters, and polarization state parameters were analyzed. The work also included the creation of Python scripts for the automated conversion, filtering, processing, and statistical evaluation of the measured data. Based on the experiments conducted, the sensitivities of individual parameters to various types of stress are compared, and their suitability for detecting degradation of the optical infrastructure is evaluated.

Keywords:

Optical network, Threats to optical networks, EXFO FTB-1, ADVA FSP3000C, Polarimeter, EtherSAM method, Python, Patch cord, Optical fiber, Coherent system, Polarization, OTN

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Otázky oponenta: V sekci 2.3.2 uvádíte, že při ponoření spojky do vody očekáváte výrazně vyšší útlum při přenosu na vlnové délce 1550 nm než při 1310 nm. Na základě jakých fyzikálních předpokladů nebo experimentálních poznatků k tomuto závěru docházíte? Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Communications and Informatics (MPC-TIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Martin Vaculík, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D. (člen)
Ing. Rudolf Vohnout, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Bezpalec, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Benešl, Ph.D. (člen)
Jakub Lešinský (člen)
Ing. Viet Anh Phan (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Horváth, Ph.D.

Student, Bc. Adam Popelka, pracoval na své diplomové práci velmi svědomitě od samotného počátku. Pravidelně odesílal reporty se svými kroky, pokroky i aktuálními problémy. Pravidelné konzultace vyústily v řadu měření realizovaných s dostatečným předstihem před termínem odevzdání diplomové práce. Přístup studenta hodnotím jako příkladný, využití literatury jako adekvátní k diplomové práci a zadání práce považuji za zcela splněné. Na základě výše uvedeného hodnotím diplomovou práci známkou A, tedy 94 body. Points proposed by supervisor: 94

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Klíčník

Student Adam Popelka se ve své diplomové práci věnuje tématu evaluace přenosových parametrů pro ochranu infrastruktur. Cílem práce bylo analyzovat vybrané přenosové parametry optických tras při různých typech ohrožení infrastruktury a experimentálně ověřit jejich dopad na kvalitu přenosu.

Práce se skládá z teoretické a praktické části. Teoretická část je poměrně stručná, přibližně v rozsahu deseti stran, a věnuje se základnímu uvedení do problematiky ochrany infrastruktury. Jsou zde stručně popsány různé scénáře možných hrozeb, například poškození při výkopových pracích, vandalismus, přírodní jevy, kybernetické útoky a další rizikové situace. Tuto část považuji jako úvod do problematiky za dostačující, nicméně podle mého názoru mohla být zpracována podrobněji, konkrétněji a s využitím většího množství odborných zdrojů.

Praktická část je naopak velmi rozsáhlá. Student provedl poměrně velké množství měření a testů, což obecně hodnotím pozitivně, protože je zřejmé, že zpracování práce věnoval značné úsilí. Problém však spatřuji v tom, že minimálně u části experimentů mám pochybnosti o kvalitě a průkaznosti získaných výstupů. Například u srovnání přenosu pro dvě vlnové délky přes zamrzlou spojku je přímo uvedeno, že mezi měřeními mohl led roztát. V takovém případě není jasné, proč nebyla spojka znovu uvedena do stejného výchozího stavu, aby bylo možné výsledky korektně porovnat.

Podobný problém se objevuje i u dalších časově náročných měření. Některé experimenty probíhaly po dobu desítek až stovek hodin, ale hodnoty byly zaznamenávány pouze v relativně dlouhých časových intervalech. Vzhledem k charakteru měření by bylo vhodnější použít například OPM s automatickým záznamem hodnot do souboru. Současně byla řada měření v průběhu nějakým způsobem přerušena, a ne všechny výsledky jsou proto mezi sebou přesně srovnatelné.

U některých grafů navíc není zřejmé, zda z nich lze vyvozovat jednoznačné závěry. Některé průběhy působí spíše nahodile, než že by potvrzovaly jasný trend. Například u grafu pro 1310 nm na obrázku 2.8 je patrný výrazný útlum až přibližně při cca 20 N, zatímco u grafu pro 1550 nm na obrázku 2.9 se výraznější útlum objevuje již u 10 N. Vzhledem k tomu, že první z grafů zřejmě hodnoty pro 10 N vůbec neobsahuje, a současně s ohledem na poměrně náhodně působící charakteristiky, bych z tohoto srovnání nevyvozoval silné závěry. Celé toto měření na mě v tomto ohledu působí spíše neprůkazně.

Kromě obsahových výhrad mám připomínky také k formě zpracování práce. Práce je podle mého názoru vzhledem ke svému obsahu zbytečně natahovaná. Obsahuje sice velké množství obrázků a grafů, avšak značnou část z nich by bylo možné sloučit do jedné přehlednější grafiky. Například obrázky 2.14 a 2.15 se až na jednu komponentu v zásadě shodují, přesto každý z nich zabírá samostatnou stranu A4. Podobný problém se objevuje i u velkého množství grafů, kde by sloučení více souvisejících průběhů do jednoho obrázku výrazně zlepšilo přehlednost práce. Orientaci v práci dále komplikuje skutečnost, že se některé obrázky nacházejí výrazně jinde, než kde jsou v textu zmiňovány. Například obrázek 2.14 je zmíněn na straně 64, ale nachází se až na straně 71. Text se rovněž na více místech opakuje, aniž by opakované pasáže přinášely nové informace.

Po formální stránce se v práci objevují typografické nedostatky, například jednopísmenné předložky a spojky na koncích řádků, například na straně 76, nebo sirotky, například na straně 62. Ne vždy je také zcela zřejmá logika členění textu. Například sekce o stavu polarizace je zařazena v rámci kapitoly o koherentním systému, přestože z dalšího popisu vyplývá, že se pravděpodobně jedná o další samostatný systém (polarimetr).

Celkově oceňuji velké množství provedených měření a je patrné, že student práci věnoval značné množství času. Bohužel kvalita výstupů některých experimentů je podle mého názoru sporná a formální zpracování práce vykazuje řadu nedostatků. Práci doporučuji k obhajobě, avšak s ohledem na výše uvedené výhrady navrhuji výsledné hodnocení B, 80 bodů. Topics for thesis defence:
  1. V sekci 2.3.2 uvádíte, že při ponoření spojky do vody očekáváte výrazně vyšší útlum při přenosu na vlnové délce 1550 nm než při 1310 nm. Na základě jakých fyzikálních předpokladů nebo experimentálních poznatků k tomuto závěru docházíte?
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová