Kapacitní plánování mobilních sítí pro inovativní Smart-Grid služby

Simple item page
but.committeeprof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Jan Jeřábek, Ph.D. (člen) doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D. (člen) doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D. (člen) Dr. Sergey Andreev (člen) prof. Pedro Henrique Juliano Nardelli (člen) prof. Ray-Guang Cheng (člen) Prof. Dr. Cenk Toker (člen)cs
but.defenceObhajoba práce probíhala hybridní formou v prostředí MS Teams, přičemž prof. Cheng byl připojen online. Setkání zahájil předseda prof. Koton, kdy uvítal uchazeče, členy komise a přítomné hosty. Slovo bylo předáno Ing. Možnému, který v rámci svého vystoupení prezentoval motivaci, dosažené výsledky a perspektivy další vědeckovýzkumné činnosti v oblasti tématu disertace. Následovala otevřená diskuze, především mezi Ing. Možným a prof. Nardellim, do které se zapojili i ostatní členové komise. V detailu byly diskutovány hlavní přínosy disertační práce. Pozornost byla také věnována možnostem budoucího aplikačního využití v praxi. Ing. Možný na dotazy reagoval pohotově a prokázal svoji erudici v oboru. Kromě členů komise se veřejné části zúčastnilo také 9 hostů. Celková doba veřejného vystoupení trvala 2 hodiny. Následovalo uzavřené jednání členů komise, která tajně hlasovala. The dissertation defense took place in hybrid form MS Teams tool, whereas Prof. Cheng was connected online. The event was initiated by the committee chair Prof. Koton, who welcomed the applicant, the committee members, and guests. Ing. Možný was asked to give his presentation, who within his speech discussed the motivation, reached results and perspectives for further research in the area of the dissertation topic. The presentation was followed by open discussion, primarily between Ing. Možný and Prof. Nardelli, whereas also other committee members raised their questions. The main contribution of the dissertation was discussed in detail. The attention was also paid to future application of the results in practice. Ing. Možný responded promptly and proved his erudition in the area. Next to the committee members, 9 guests were also present during the public part. The public part of the defense took 2 hours. It was followed by non-public meeting of the committee members and secrete vote.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programElectronics and Information Technologies (Double-Degree)cs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorMašek, Pavelen
dc.contributor.authorMožný, Radeken
dc.contributor.refereeCheng, Ray-Guangen
dc.contributor.refereeToker, Cenken
dc.date.created2025cs
dc.description.abstractZvyšující se požadavky aplikací chytrých sítí (smart-grids) v rámci Průmyslového internetu věcí (IIoT) vyžadují optimalizované komunikační sítě, zejména prostřednictvím Narrowband IoT (NB-IoT) a Long Term Evolution for Machine-Type Communication (LTE-M nebo eMTC). Tato disertační práce představuje nové strategie pro vylepšení těchto technologií tak, aby splňovaly klíčové požadavky na spolehlivost, nízkou latenci a efektivní správu provozu, včetně zajištění trvalé konektivity v chytrých sítích, jak vyžadují regulační orgány, například Evropský parlament a jeho směrnice. Klíčovou součástí tohoto výzkumu je rozsáhlá měřicí kampaň zaměřená na vyhodnocení výkonu NB-IoT a eMTC v řízených podmínkách i v reálném prostředí chytrých sítí se silnou zátěží provozu. Výsledky ukazují, že zatímco NB-IoT poskytuje vynikající pokrytí, nedokáže plně uspokojit požadavky chytrých sítí na vysokou propustnost a nízkou latenci. Tyto poznatky zdůrazňují potřebu optimalizované distribuce zpráv v rámci jedné nebo více přístupových rádiových technologií (Multi-Radio Access Technology, Multi-RAT), která by umožnila efektivnější využití jak NB-IoT, tak eMTC. Pro řešení specifických výzev spojených s nasazením chytrých sítí byly navrženy různé modely hodnotící stabilitu a zpoždění v sítích NB-IoT na základě získaných výsledků. Obecný Markovův model ukazuje omezení NB-IoT při podpoře koncových zařízení (EDs) s trvalou konektivitou, což vede k výrazným zpožděním při vysokém zatížení provozu, dokonce i při pouhých 100 EDs. Zvýšením rádiových zdrojů v prvním modelu a optimalizací intervalů přenosu zpráv ve zjednodušeném modelu se v této práci podařilo zlepšit výkonnost v oblasti zpoždění a efektivněji vyvážit zatížení sítě, což umožňuje koexistenci hustě nasazených tradičních senzorů a několika stovek trvale připojených chytrých měřidel. Kromě toho byly analyzovány techniky, jako je Early Data Transmission (EDT), které vedly k významnému snížení latence o více než 50 % a zlepšení efektivity přenosu pro menší velikosti zpráv. Tyto optimalizace prokázaly svou účinnost při splnění požadavků chytrých sítí na latenci. Dále byl navržen algoritmus pro optimální přiřazení přístupové technologie, který umožňuje efektivnější řízení komunikační zátěže mezi NB-IoT a eMTC koncovými zařízeními, čímž se zvyšuje spolehlivost komunikace. Tento přístup dynamicky vyvažuje přenos dat mezi technologiemi, což vede ke snížení latence a zlepšení celkové spolehlivosti systému ve srovnání s nasazením jediné přístupové technologie (single-RAT). Algoritmus úspěšně splňuje přísné požadavky chytrých sítí na latenci a umožňuje spolehlivou komunikaci i v různorodých geografických podmínkách a při hustotách nasazení dosahujících až 3000 EDs.en
dc.description.abstractThe increasing demands of smart-grid applications in the landscape of Industrial Internet of Things (IIoT) require optimized communication networks, particularly through Narrowband IoT (NB-IoT) and Long Term Evolution for Machine-Type Communication (LTE-M or eMTC). This dissertation provides novel strategies to enhance these technologies to meet the critical requirements of reliability, low latency, and efficient traffic management, including permanent connectivity in smart-grid deployments driven by regulatory entities, such as the European Parliament and its directives. A core component of this research is an comprehensive measurement campaign conducted to assess the performance of NB-IoT and eMTC in both controlled environments and realistic smart-grid conditions with heavy traffic loads. The results reveal that while NB-IoT offers superior coverage, it struggles to meet the high-throughput and low-latency demands of smart-grid networks. These findings highlight the need for optimized message distribution on single or a Multi-Radio Access Technology (Multi-RAT) approach to optimize performance by leveraging both NB-IoT and eMTC. To address the specific challenges posed by smart-grid deployment, several models have been introduced to assess the stability and delay performance of NB-IoT networks based on the gathered results. The generalized Markov chain model highlights the limitations of the NB-IoT in supporting End Devices (EDs) with permanent connectivity, leading to significant delays under high traffic loads, even for 100 EDs. By increasing radio resources in the first model and optimizing message transmission intervals in the simplified model, this research improves the delay performance and balances the network load more effectively, enabling the coexistence of densely deployed traditional sensors and several hundred permanently connected smart meters. Additionally, techniques such as Early Data Transmission (EDT) have been explored, demonstrating substantial latency reductions of more than 50\% and enhanced efficiency for smaller message sizes.These optimizations demonstrated efficacy in meeting the smart-grid latency requirements. Furthermore, an optimal RAT association algorithm is proposed to manage the communication load between the NB-IoT and eMTC EDs to increase communication reliability. This approach ensures more efficient operations by dynamically balancing traffic across technologies, leading to a reduction in latency and an increase in system reliability compared to single-RAT deployments. The algorithm successfully meets the strict latency requirements of smart-grid systems, enabling reliable communication even under diverse geographical conditions and varying deployment densities reaching up to 3,000 EDs.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationMOŽNÝ, R. Kapacitní plánování mobilních sítí pro inovativní Smart-Grid služby [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2025.cs
dc.identifier.other169091cs
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11012/251181
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologiícs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subject5G IoTen
dc.subjectlatenceen
dc.subjecteMTCen
dc.subjectmobilní IoTen
dc.subjectmMTCen
dc.subjectMulti-RATen
dc.subjectspolehlivosten
dc.subjectNB-IoTen
dc.subjectoptimální asociaceen
dc.subjectchytré sítěen
dc.subject5G IoTcs
dc.subjectLatencycs
dc.subjecteMTCcs
dc.subjectMobile IoTcs
dc.subjectmMTCcs
dc.subjectMulti-RATcs
dc.subjectReliabilitycs
dc.subjectNB-IoTcs
dc.subjectOptimal Associationscs
dc.subjectSmart-Gridscs
dc.titleKapacitní plánování mobilních sítí pro inovativní Smart-Grid službyen
dc.title.alternativeCellular Network Capacity Planning for Future Smart-Grid Servicescs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.dateAccepted2025-05-27cs
dcterms.modified2025-05-29-10:36:25cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyFakulta elektrotechniky a komunikačních technologiícs
sync.item.dbid169091en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.06.04 10:01:44en
sync.item.modts2025.06.03 15:41:56en
thesis.disciplinebez specializacecs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. Ústav telekomunikacícs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 5 of 5
Thumbnail Image
Name:
final-thesis.pdf
Size:
16.6 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Vedouci prace-Radek_Mozny_Evaluation_Final.pdf
Size:
149.07 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Vedouci prace-Radek_Mozny_Evaluation_Final.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Opponent Review prof. RayGuan Cheng_dissertation Mozny.pdf
Size:
161.53 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Opponent Review prof. RayGuan Cheng_dissertation Mozny.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Opponent Review prof. Dr. Cenk Toker_dissertation Mozny.pdf
Size:
139.67 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Opponent Review prof. Dr. Cenk Toker_dissertation Mozny.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_169091.html
Size:
2.9 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_169091.html
Download
Collections
2025