CO2.io:a scalable sensing infrastructure to monitor the effects of climate change on air quality

• Main Author: Yliniemi, M. (Mikko)
• Format: Dissertation
• Language: English
• Published: University of Oulu 2018
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201809062738; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201809062738

Pollution is linked to many health conditions; thus, it is important to monitor the air quality of where someone lives. This can be autonomously done with IoT solutions. In this thesis, we create a solution for monitoring air quality with a scalable IoT infrastructure. This solution (CO2.io) is designed to be an “off-the-shelf” software and hardware solution for quick remote and distributed setup. The implemented system was programmed using Node.js. The application is containerized and is deployed in a Docker Swarm using Amazon EC2 service to gain good scalability support. A MySQL NDB database cluster was used for data storage, which in similar fashion can be scaled horizontally when necessary by adding new database storage nodes. A simulation is performed on CO2.io’s infrastructure to validate the suitability of the system for monitoring climate change. In this evaluation, air quality variables were recorded using our own test setup at the University of Oulu. In addition, a stress test was performed to demonstrate the capability to handle high amounts of the load at the same time. The goal of CO2.io is to enable a worldwide cohort of contributing climate change trackers to better understand the effects of climate change on air quality all over the world. === Ilman saastumisella on yhteys moniin sairauksiin ja siksi on tärkeää, että on mahdollista tarkkailla ilmanlaatua erityisesti siellä missä on asutusta. Tämä on mahdollista toteuttaa autonomisesti IoT-ratkaisuilla. Tässä diplomityössä esitellään ratkaisu ilman laadun mittaamiseen käyttäen hyväksi skaalautuvaa IoT-infrastruktuuria. Tämä ratkaisu (CO2.io) on suunniteltu olemaan ”kaupan hyllyltä” ohjelmisto ja laitteisto ratkaisu nopeaan hajautettuun etäasennukseen. Järjestelmä on ohjelmoitu käyttäen node.js Javascript runtime -ympäristöä ja sovellus on säiliöity ja otettu käyttöön Docker Swarm -ympäristössä Amazon EC2 -palvelussa, jonka avulla saadaan hyvä tuki skaalautuvuudelle. MySQL NDB tietokanta klusteria on käytetty datan tallennukseen, joka samalla tavalla voidaan skaalata horisontaalisesti tarpeen mukaan lisäämällä uusia tallennussolmuja. CO2.io:lle ajettiin simulaatio, jolla varmistettiin järjestelmän sopivuus ilmastonmuutoksen mittaukseen. Tässä evaluoinnissa ilmanlaatuun liittyviä muuttuja tallennettiin hyväksikäyttäen omaa testilaitteistoa Oulun yliopistolla. Tämän lisäksi kuormitustesti ajettiin järjestelmälle, jonka avulla demonstroitiin järjestelmän kyky käsitellä suuria datamääriä samanaikaisesti. CO2.io:n tavoite on mahdollistaa suuren ryhmän osallistumisen ilmaston muutoksen mittaukseen, jotta voidaan paremmin ymmärtää ilmastonmuutoksen vaikutuksia ilmanlaatuun kaikkialla maailmassa.