Bachelor's Thesis

Communicating devices synchronized using the IEEE 1588 standard

Final Thesis 5.18 MB Appendix 12.38 MB

Author of thesis: Bc. Ilya Voloshin

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. František Rusnák

Reviewer: doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with time synchronization between STM32 Nucleo-F767ZI development boards using the IEEE~1588 Precision Time Protocol. It compares basic time synchronization methods, describes the principles of PTP, and evaluates Ethernet communication options on the STM32 platform. Based on this analysis, firmware was designed and implemented using direct transmission of PTP messages in Ethernet frames and hardware timestamps from the Ethernet MAC. The functionality of the solution was verified in a direct connection, in a multi-slave topology through a standard Ethernet switch, and under additional network load. The thesis also theoretically evaluates the possibility of using Single Pair Ethernet as a physical layer for transmitting PTP messages.

Keywords:

STM32, IEEE 1588, Precision Time Protocol, PTP, Ethernet, Single Pair Ethernet, SPE, Time synchronization, Communication

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta a dále na dotazy z komise ohledně toho, jak testoval přesnost časové synchronizace více zařízení. Dále popsal, jaké síťové prvky používal.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Roman Prokop, CSc. (předseda)
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Peter Honec, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Václav Jirsík, CSc. (člen)
doc. Ing. Václav Kaczmarczyk, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. František Rusnák

Pan Voloshin vypracoval bakalářskou práci zaměřující se na časovou synchronizaci zařízení připojených v Ethernetové síti. Práce je psaná v anglickém jazyce v rozsahu 87 stran od úvodu po závěr. Práce je obsahově i formálně na dobré úrovni. Student se ve své práci odkazuje primárně na vědecké publikace, datasheety a technické poznámky výrobců. Student chodil na pravidelné konzultace a vždy byl výborně připraven. Během práce na softwaru byl samostatný a projevoval vlastní iniciativu. V rámci své bakalářské práce využíval vlastní software pro logování pořízených dat a jejich zobrazování a ukládání pro další zpracování, což bylo nad rámec jeho zadání. Během práce se student seznámil s problematikou Ethernetové periferie mikroprocesoru, PTP principem synchronizačních zpráv, implementoval software na vývojovou platformu Nucleo a zhodnotil možnou budoucí implementaci pro Single-Pair Ethernet. Zadání práce považuji za náročnější pro studenta bakalářského studia, protože vyžaduje hlubší pochopení embeded systémů, programování mikroprocesoru a znalost funkce Ethernetové periferie mikroprocesoru. Student dokázal splnit všechny body zadání a k práci nemám výhrady.
Bakalářskou práci hodnotím A (100 bodů) a doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá experimentálním ověřením časové synchronizace vývojových desek STM32 Nucleo-F767ZI prostřednictvím IEEE 1588 PTP na úrovni 2. vrstvy Ethernetu, včetně analýzy možnosti využití Single Pair Ethernetu jako fyzické vrstvy pro přenos PTP zpráv. 

Práce je po formální stránce je logicky uspořádaná a umožňuje čtenáři sledovat přechod od teorie k praktické realizaci. Formální úprava odpovídá zvyklostem, text je psán kvalitní technickou angličtinou, odborné termíny jsou používány správně a konzistentně. Bibliografie je přehledná, zahrnuje jak normy a aplikační poznámky, tak i vědecké články a sekundární přehledové zdroje.  Oceňuji také, že autor v úvodu práce transparentně deklaruje použití nástrojů typu DeepL, Grammarly a ChatGPT, včetně jasného vymezení jejich podpůrné role. 

Praktická část popisuje implementaci firmware, experimentální část je silnou stránkou práce, neboť student ověřuje chování v několika scénářích přes běžný switch a kvantifikuje dosaženou přesnost synchronizace, vliv zatížení sítě až do cca 75 Mb/s a popis mezní situace se ztrátou synchronizace. Diskuse výsledků je věcná, dobře interpretuje, že limitujícím faktorem je proměnlivé zpoždění v kombinaci se switchem bez podpory PTP. 

Po stránce odborné i praktické považuji tuto bakalářskou práci za nadprůměrně kvalitní, s jasným přínosem v podobě uceleného řešení a dobře zdokumentované experimentální verifikace. Možná je škoda, že autor nezkusil zmínit existenci standardních "PTP" řešení, které pracují na druhé vrstvě, ale i bez toho práce svým rozsahem  překračuje běžnou bakalářskou práci. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení „A“/92.  Topics for thesis defence:
  1. 1. Zkoušel jste se při návrhu vašeho řešení, které implementuje synchronizaci přímo na druhé vrstvě, inspirovat nějakými již existujícím (standardním) řešením?
  2. 2. Co pro vás bylo největší výzvou a na jaké problémy jste při implementaci nebo experimentech narazil?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová