[論文レビュー] A Wireless Sensor Network based approach to monitor and control air Pollution in large urban areas

Seyed Pourya Miralavy, Reza Ebrahimi Atani+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2019

Air Quality Monitoring and Forecasting参考文献 19被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、エネルギー効率の良いMAC層プロトコルを活用して、大都市における自動車排ガス汚染を監視・制御するための無線センサネットワーク（WSN）ベースのシステムを提案する。シミュレーション結果は、エネルギー消費とネットワーク寿命の観点から、本手法の実用的導入可能性を示しており、実際の都市環境への応用を支持する。

ABSTRACT

Air pollution is a major concern in large urban areas. Various studies have been made to monitor and control the pollution level emitted by the vehicles but some main factors like ease of implementation or feasibility of the proposed approaches are not focused in the told studies. In this paper we propose a wireless sensor network solution to monitor vehicles exhaust systems pollution emission. Furthermore, we evaluate the feasibility of our proposed approach with respect to energy consumption and network lifetime by means of simulation. Our results indicate that our proposed scheme is practical for implementation using well known MAC layer protocols.

研究の動機と目的

• 大都市における自動車排出ガスの監視のための実用的で容易に実装可能な解決策の不足に対処すること。
• リアルタイムでスケーラブルに自動車からの大気汚染を監視できる無線センサネットワークの設計。
• 提案されたWSNアーキテクチャのエネルギー効率性とネットワーク寿命の評価。
• WSNで一般的に使用される標準的なMAC層プロトコルを用いた実用的実装の確保。
• 都市部の空気質管理のための技術的に実現可能で持続可能なアプローチの提供。

提案手法

• 都市部に分散配置された無線センサネットワークを導入し、自動車排ガス排出量のリアルタイムデータ収集。
• 通信を管理しエネルギー消費を低減するため、標準的なMAC層プロトコル（例：IEEE 802.15.4）の使用。
• 汚染レベルの分析と制御アクションの発動を目的とした集中型データ収集・処理ユニットの実装。
• さまざまな交通状況および環境条件下でのエネルギー消費とネットワーク寿命のシミュレーションベースの評価。
• ドーティーサイクリングとデータ集約に焦点を当てた、低消費電力動作を最適化したセンサノードの設計。
• 環境センシングと排出ガスモデルの統合により、汚染レベルの正確な推定を実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WSNベースのシステムは、大都市における自動車排ガス排出量を効果的に監視できるか？
• RQ2 提案されたWSNアーキテクチャは、エネルギー効率性とネットワーク寿命の観点でどの程度の性能を示すか？
• RQ3 既存のMAC層プロトコルを用いた実世界への導入は可能か？
• RQ4 交通密度とノード配置は、システム性能にどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 本システムは、スケーラブルかつリアルタイムの汚染監視・制御をサポートできるか？

主な発見

• 提案されたWSN方式は低エネルギー消費を示しており、都市部における長期的な導入に適している。
• 効率的なMAC層プロトコルとドーティーサイクリング機構のおかげで、ネットワーク寿命が顕著に延長される。
• シミュレーション結果は、実際の都市環境への実用的導入可能性を確認している。
• 中程度から高い交通量の状況下でも、信頼性の高いデータ伝送を維持できる。
• センサデータと排出ガスモデルの統合により、汚染レベルの正確な推定が可能になる。
• 最小限のインfraストラクチャーオーバーヘッドで、大都市圏にわたりスケーラブルに展開可能である。