Návrh zabezpečeného systému přenosu dat v NB-IoT prostředí

Abstract

Táto práca predstavuje návrh a realizáciu modernej meteorologickej stanice, ktorá prostredníctvom technológie NB-IoT (Narrowband Internet of Things) umožňuje spoľahlivý a bezpečný prenos nameraných meteorologických údajov. Stanica monitoruje teplotu, intenzitu osvetlenia, kvalitu ovzdušia, tlak, vlhkosť a zrážky, pričom kladie dôraz na nízku spotrebu energie a dlhodobú autonómnu prevádzku v náročných podmienkach. Zariadenie je napájané zo solárneho panelu a využíva riadiacu jednotku ESP32-S3 spolu s komunikačným modulom Quectel BC660K-GL. Prenos dát prebieha pomocou protokolu MQTT cez šifrované spojenie TLS, pričom údaje sú spracovávané v systéme Node-RED, ukladané do časovej databázy InfluxDB a vizualizované v reálnom čase prostredníctvom platformy Grafana. Práca sa podrobne zaoberá aj bezpečnostnými aspektmi systému vrátane ochrany pred útokmi typu man-in-themiddle, šifrovania komunikácie a autentifikácie zariadení. V porovnaní s komerčnými riešeniami ide o výrazne lacnejšiu, no plne funkčnú alternatívu vhodnú pre vedecké, environmentálne či priemyselné nasadenie. Výsledky potvrdzujú spoľahlivú prevádzku v reálnych podmienkach, čím práca prispieva k rozvoju udržateľných a bezpečných IoT riešení.

This thesis presents the design and implementation of a modern weather station utilizing Narrowband IoT (NB-IoT) technology for secure and reliable transmission of measured meteorological data. The station monitors temperature, light intensity, air quality, pressure, humidity, and precipitation, with a focus on low power consumption and long-term autonomous operation in demanding outdoor environments. The device is powered by a solar panel and integrates the ESP32-S3 controller with the Quectel BC660K-GL communication module. Data is transmitted using the MQTT protocol over a TLS-encrypted connection, processed through the Node-RED platform, stored in an InfluxDB time-series database, and visualized in real time using Grafana. The thesis also addresses system security aspects in detail, including protection against man-in-the-middle attacks, data encryption, and device authentication. Compared to commercial solutions, the system offers a significantly more affordable yet fully functional alternative suitable for scientific, environmental, or industrial deployments. The results confirm reliable operation in real-world conditions, contributing to the development of sustainable and secure IoT-based systems.