APPLICATION OF IOT PROTOCOLS IN SURFACE WATER POLLUTION MONITORING SYSTEMS

Антон Коваленко

doi:10.28925/2663-4023.2024.23.8596

Автор(и)

Антон Коваленко Державний торговельно-економічний університет https://orcid.org/0000-0002-9738-3209

DOI:

https://doi.org/10.28925/2663-4023.2024.23.8596

Ключові слова:

IoT; моніторинг води; LoRa; Zigbee; NB-IoT; Wi-Fi; BLE; Bluetooth.

Анотація

Швидке зростання кількості населення планети, розвиток промисловості та культури споживання все більше сприяють погіршенню якості води, створюючи значні ризики як для екологічних систем, так і для здоров’я людей. Нагальна потреба в ефективному моніторингу водних ресурсів для зменшення забруднення та забезпечення сталості цих життєво важливих екосистем ніколи не була настільки очевидною. Інтеграція технологій Інтернету речей (IoT) у моніторинг поверхневих вод трансформує підхід до вирішення цих викликів. Автоматизуючи збір та передачу даних про якість води, технології IoT дозволяють значно покращити наші здатності ефективно моніторити та впливати на стан навколишнього середовища. Ця стаття досліджує застосування різних протоколів передачі даних, включаючи Wi-Fi, Zigbee, LoRa, NB-IoT та BLE, в контексті систем моніторингу водних ресурсів, адже саме вони визначають її головні характеристики. Особлива увага була приділена визначенню фізичних умов експлуатації та обмежень, які вони накладають на функціонування систем моніторингу води. Кожен протокол розглядається з точки зору його потенційних переваг та обмежень у енергоефективності, дальності передачі, пропускної здатності та надійності в специфічних умовах експлуатації. Порівняльний аналіз у дослідженні виокремлює особливості кожного протоколу, оцінює їх придатність і пропонує методику вибору оптимальної технології для систем моніторингу води, засновану на їхніх потребах. Висновки цього дослідження підкреслюють критичну роль технологій IoT у розвитку моніторингу навколишнього середовища та виокремлюють потенційні напрямки покращень таких систем. Результатом дослідження стало визначення найбільш придатних протоколів передачі даних для розглянутих систем моніторингу.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Mobarhan, M., & Salamah, M. (2023). REPS-AKA5: A Robust Group-Based Authentication Protocol for IoT applications in LTE system. Internet of Things, 100700. https://doi.org/10.1016/j.iot.2023.100700

Chowdury, M., et al. (2019). IoT Based Real-time River Water Quality Monitoring System. Procedia Computer Science, 155, 161–168. https://doi.org/10.1016/j.procs.2019.08.025

Manoj Kumar, G., et al. (2021). IOT based water quality control and filteration system. Materials Today: Proceedings, 46, 3557–3560. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.978

Bathre, M., & Das, P. (2022). Water Supply Monitoring System with Self-Powered LoRa Based Wireless Sensor System Powered by Solar and Hydroelectric Energy Harvester. Computer Standards & Interfaces, 82, 103630. https://doi.org/10.1016/j.csi.2022.103630

Kabi, J., et al. (2023). Low Cost, LoRa Based River Water Level Data Acquisition System. HardwareX, e00414. https://doi.org/10.1016/j.ohx.2023.e00414

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Korshun, N., (2023). ZigBee Network Resistance to Jamming Attacks, International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics, 161–165. doi: 10.1109/UkrMiCo61577.2023.10380360

Sokolov, V., Skladannyi, P., Astapenya, V. (2023). Bluetooth Low-Energy Beacon Resistance to Jamming Attack, 13th International Conference on Electronics and Information Technologies, 270–274. doi: 10.1109/ELIT61488.2023.10310815

Sah Tyagi, S., et al. (2021). Redesigning compound TCP with cognitive edge intelligence for WiFi-based IoT. Future Generation Computer Systems, 125, 859–868. https://doi.org/10.1016/j.future.2021.07.028

Benotmane, M., Elhari, K., & Kabbaj, A. (2023). A Review & Analysis of Current IoT Maturity & Readiness Models and Novel Proposal. Scientific African, e01748. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2023.e01748

Schneider, M., et al. (2022). Evaluation of Communication Technologies for Distributed Industrial Control Systems: Concept and Evaluation of 5G and Wi-Fi 6. Procedia CIRP, 107, 588–593. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.030

Devalal, S., Karthikeyan, A. (2018). LoRa Technology-An Overview, 2018 Second International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology, 284–290. https://doi.org/10.1109/ICECA.2018.8474715

Hong, S., et al. (2023). LPWC: Long Preamble Wake-Up Communication Protocol for a LoRa Network. Internet of Things, 100787. https://doi.org/10.1016/j.iot.2023.100787

Gao, R., Jiang, M., & Zhu, Z. (2023). Low-power Wireless Sensor Design for LoRa-based Distributed Energy Harvesting System. Energy Reports, 9, 35–40. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.08.056

Gao, M. (2022). Smart Campus Teaching System Based on ZigBee Wireless Sensor Network. Alexandria Eng. J. 61(4), 2625–2635. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.09.001

Siva Balan, R., et al. (2023). Development of Smart Energy Monitoring Using NB-IOT and Cloud. Measurement: Sensors, 100884. https://doi.org/10.1016/j.measen.2023.100884

THE 17 GOALS|Sustainable Development. (n.d.). Home|Sustainable Development. https://sdgs.un.org/goals

Drinking-water. (n.d.). World Health Organization (WHO). https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/drinking-water

Gambi, E., et al. (2023). A WKNN-based Approach for NB-IoT Sensors Localization. Digital Communications and Networks. 101814. https://doi.org/10.1016/j.dcan.2022.04.033

Toschke, Y., et al. (2022). Distributed LoRa Based CO2 Monitoring Network – A Standalone Open Source System for Contagion Prevention by Controlled Ventilation. HardwareX, 11, e00261. https://doi.org/10.1016/j.ohx.2022.e00261

Ompal, Mishra, V., & Kumar, A. (2022). FPGA Integrated IEEE 802.15.4 ZigBee Wireless Sensor Nodes Performance for Industrial Plant Monitoring and Automation. Nuclear Engineering and Technology, 54(7), 2444–2452. https://doi.org/10.1016/j.net.2022.01.011

Xiao, J., & Li, J. (2020). Design and Implementation of Intelligent Temperature and Humidity Monitoring System Based on ZigBee and WiFi. Procedia Computer Science, 166, 419–422. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.072

Perez-Diaz-de-Cerio, D., et al. (2019). Low-cost Test Measurement Setup for Real IoT BLE Sensor Device Characterization. Measurement, 135, 814–827. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.11.082

Borkivska, O., Zhurakovskyi, B., & Platonenko, A. (2022). Smart City Information System Based on Lora TechnologyannotatioN. Cybersecurity: Education, Science, Technique, 16(4), 113–128. https://doi.org/10.28925/2663-4023.2022.16.113128

Gupta, C., & Varshney, G. (2023). An improved authentication scheme for BLE devices with no I/O capabilities. Computer Communications, 200, 42–53. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2023.01.001

Hirsch, C., et al. (2023). DynGATT: A Dynamic GATT-based Data Synchronization Protocol for BLE Networks. Computer Networks, 222, 109560. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2023.109560

Qays, M., et al. (2023). Key Communication Technologies, Applications, Protocols and Future Guides for IoT-assisted Smart Grid Systems: A review. Energy Reports, 9, 2440–2452. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.01.085

Opirskyy, I., et al. (2021). Problems and Security Threats to IoT Devices. Cybersecurity: Education, Science, Technique, 3(11), 31–42. https://doi.org/10.28925/2663-4023.2021.11.3142

Katila, R., Gia, T., & Westerlund, T. (2022). Analysis of Mobility Support Approaches for Edge-Based IoT Systems Using High Data Rate Bluetooth Low Energy 5. Computer Networks, 209, 108925. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.108925

Sokolov, V., Skladannyi, P. &. Mazur, N. (2023). Wi-Fi Repeater Influence on Wireless Access, IEEE 5th International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT), 33–36, https://doi.org/10.1109/AICT61584.2023.10452421