bakalářská práce

Softwarový mechanismus pro dynamické přepínání komunikačních technologií na mikrokontroléru STM32

Text práce 7.41 MB Příloha 2.12 MB

Autor práce: Bc. Ema Ondrušková

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Alžbeta Kostelanská

Oponent: Ing. Lukáš Benešl, Ph.D.

Abstrakt:

Cílem této práce je navrhnout vhodný algoritmus pro přepínání komunikačních rozhraní v energetické síti na základě vybraných metrik, který má být stavěn na mikrokontroléru. V řešení byla realizována komunikace mezi mikrokontrolérem, Bluetooth modulem a Ethernetovým rozhraním. Byly vybrány metriky spolehlivosti - ztráta paketů, stav linky a zpoždění. Zároveň jsou vybrané vhodné algoritmy pro testování. Řešení práce implementuje algoritmus na mikrokontrolér a je testován v laboratorních podmínkách.

Klíčová slova:

The aim of bachelor thesis is to design a suitable algorithm for switching communication interfaces in a power network based on selected metrics, intended to be implemented on a microcontroller. The solution includes communication between the microcontroller, Bluetooth module, as well as communication between the microcontroller and an ethernet interface. Reliability metrics were selected, namely packet loss, link-state and delay. Furthermore, suitable algorithms were selected. The proposed solution provides algorithms implemented on the microcontroller and tested in laboratory conditions.

Termín obhajoby

16.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaEznamka

Klasifikace

E

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci s výhradami a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky oponenta a komise: Rovnice (4.5) pro výpočet jitteru s časovými razítky předpokládá synchronizované časové základny obou zařízení. Jakým způsobem je zajištěna synchronizace hodin mezi STM32 Nucleo-F767ZI a STM32WB55RG modulem, a pokud synchronizace zajištěna není, jak tato skutečnost ovlivňuje správnost naměřeného jitteru? Prahové hodnoty spolehlivosti pro Ethernet a Bluetooth (Tabulka 4.1) jsou uvedeny jako experimentálně zvolené. Jak konkrétně probíhal experiment, na základě kterého byly hodnoty stanoveny, a jak by bylo možné tyto prahové hodnoty optimalizovat systematicky? Výsledky testu RFC 2544 ukázaly výrazný nárůst Frame Loss (80–100 %) při velkých rámcích a maximálním zatížení. Identifikujte konkrétní příčinu tohoto chování v LwIP konfiguraci nebo DMA nastavení a navrhněte konkrétní opatření pro jeho odstranění. Víte co je RSS? Jaký důvod je pro výběr metodiky RFC2544?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Telekomunikační a informační systémy (BPC-TLI)

Složení komise

doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Horváth, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Radek Hartman, MBA (člen)
Ing. Jiří Přinosil, Ph.D. (člen)
Jakub Lešinský (člen)
Ing. Miroslav Balík, Ph.D. (člen)
Ing. Šimon Skvaril (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Alžbeta Kostelanská

Predložená bakalárska práca študentky sa zaoberá návrhom a implementáciou algoritmu pre prepínanie medzi komunikačnými technológiami na základe merateľných metrík spoľahlivosti prenosu. Téma práce je prakticky orientovaná a jej výstupom je riešenie určené pre použitie na mikrokontroléroch STM32.
Rozsah práce je skôr nižší a na jej spracovaní je viditeľný nedostatok času venovaného príprave textovej časti práce. Teoretická časť je spracovaná dostačujúco. Obsahuje používané komunikačné technológie, ich porovnanie, metriky spoľahlivosti prenosu a mechanizmy prepínania medzi technológiami. Praktická časť je však rozpracovaná slabšie. Chýba podrobnejší opis návrhu, dôslednejšie odôvodnenie zvolených mechanizmov prepínania, ako aj hlbšia interpretácia a diskusia nad výsledkami testovacích meraní.
Jazyková a formálna úroveň práce je nižšia. V texte sa často vyskytujú preklepy, gramatické, štylistické a typografické chyby. Vizuálny štýl grafov a obrázkov nie je jednotný a v niektorých prípadoch sa v nich nachádzajú popisy v anglickom jazyku. Práca obsahuje 55 zdrojov, pričom viaceré sú staršie ako päť rokov. Chýbajú odkazy na relevantné technické normy, študentka využíva najmä ich interpretácie z rôznych webových zdrojov.
Študentka na základe analýzy metrík a algoritmov navrhla vlastné riešenie, ktoré implementovala pre mikrokontrolér STM32. Navrhnuté riešenie spĺňa zadanie práce v minimálnom rozsahu. Testovanie bolo navrhnuté v laboratórnych podmienkach podľa metodiky RFC 2544, avšak vzhľadom na problémy pri finálnom overovaní nebolo možné ho realizovať v dostatočnom rozsahu.
Počas semestra študentka pracovala samostatne, priebežne konzultovala dosiahnuté čiastočné výsledky. Pri finálnom overení funkčnosti algoritmu sa vyskytli problémy s jeho funkčnosťou, čo sa negatívne prejavilo najmä na kvalite textovej časti práce.
Práca napĺňa zadanie v minimálnom rozsahu. Študentka zvolila vhodné riešenie a implementovala ho na mikrokontroléri STM32, no práci chýba rozsiahlejšie testovanie, detailnejšia interpretácia výsledkov a dôslednejšie formálne a jazykové spracovanie textovej časti. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 62

Známka navržená vedoucím: D

Zadání práce lze považovat za splněné v jeho základních bodech. Studentka navrhla a implementovala systém pro dynamické přepínání mezi rozhraními Ethernet a Bluetooth na platformě STM32. Nicméně odborná úroveň zpracování je silně poznamenána nedostatečnou hloubkou analýzy. V praktické části postrádám hlubší zdůvodnění volby použitých algoritmů (např. TOPSIS či SAW) v kontextu omezených zdrojů mikrokontroléru. Vyhodnocení zvolených prahových hodnot spolehlivosti je povrchní a chybí testování citlivosti systému na změnu těchto parametrů.

Práce obsahuje 55 citací, což je kvantitativně v pořádku, avšak jejich kvalita a způsob použití v textu jsou problematické. V teoretické části se vyskytuje mnoho nepodložených tvrzení, která by měla být podložena buď konkrétním odborným zdrojem, nebo vlastním měřením. Výběr literatury se příliš opírá o obecné webové články na úkor relevantní technické dokumentace a standardů IEC, které jsou pro oblast Smart Grids klíčové.

Z hlediska formální úpravy působí práce dojmem, že byla sepsána ve spěchu. V textu se vyskytuje velké množství gramatických, stylistických a typografických nedostatků. Struktura textu je místy chaotická, postrádám logickou návaznost mezi jednotlivými podkapitolami, což čtenáři bez detailní znalosti kontextu ztěžuje pochopení hlavního přínosu práce. Grafické přílohy a schémata nemají jednotný vizuální styl.
Vytvořený software je funkční v laboratorních podmínkách, ale jeho reálná využitelnost je omezená. Pozitivně hodnotím snahu o testování pomocí RFC 2544, i když výsledky (extrémní Frame Loss) nebyly uspokojivě vysvětleny.
Z těchto důvodů hodnotím práci stupněm E – 58 bodů. Otázky k obhajobě:
  1. 1. Rovnice (4.5) pro výpočet jitteru s časovými razítky předpokládá synchronizované časové základny obou zařízení. Jakým způsobem je zajištěna synchronizace hodin mezi STM32 Nucleo-F767ZI a STM32WB55RG modulem, a pokud synchronizace zajištěna není, jak tato skutečnost ovlivňuje správnost naměřeného jitteru?
  2. 2. Prahové hodnoty spolehlivosti pro Ethernet a Bluetooth (Tabulka 4.1) jsou uvedeny jako experimentálně zvolené. Jak konkrétně probíhal experiment, na základě kterého byly hodnoty stanoveny, a jak by bylo možné tyto prahové hodnoty optimalizovat systematicky?
  3. 3. Výsledky testu RFC 2544 ukázaly výrazný nárůst Frame Loss (80–100 %) při velkých rámcích a maximálním zatížení. Identifikujte konkrétní příčinu tohoto chování v LwIP konfiguraci nebo DMA nastavení a navrhněte konkrétní opatření pro jeho odstranění.
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 58

Známka navržená oponentem: E

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová