Task and Participant Scheduling of Trading Platforms in Vehicular Participatory Sensing Networks

The vehicular participatory sensing network (VPSN) is now becoming more and more prevalent, and additionally has shown its great potential in various applications. A general VPSN consists of many tasks from task, publishers, trading platforms and a crowd of participants. Some literature treats publishers and the trading platform as a whole, which is impractical since they are two independent economic entities with respective purposes. For a trading platform in markets, its purpose is to maximize the profit by selecting tasks and recruiting participants who satisfy the requirements of accepted tasks, rather than to improve the quality of each task. This scheduling problem for a trading platform consists of two parts: which tasks should be selected and which participants to be recruited? In this paper, we investigate the scheduling problem in vehicular participatory sensing with the predictable mobility of each vehicle. A genetic-based trading scheduling algorithm (GTSA) is proposed to solve the scheduling problem. Experiments with a realistic dataset of taxi trajectories demonstrate that GTSA algorithm is efficient for trading platforms to gain considerable profit in VPSN

From MANET to people-centric networking: Milestones and open research challenges

In this paper, we discuss the state of the art of (mobile) multi-hop ad hoc networking with the aim to present the current status of the research activities and identify the consolidated research areas, with limited research opportunities, and the hot and emerging research areas for which further research is required. We start by briefly discussing the MANET paradigm, and why the research on MANET protocols is now a cold research topic. Then we analyze the active research areas. Specifically, after discussing the wireless-network technologies, we analyze four successful ad hoc networking paradigms, mesh networks, opportunistic networks, vehicular networks, and sensor networks that emerged from the MANET world. We also present an emerging research direction in the multi-hop ad hoc networking field: people centric networking, triggered by the increasing penetration of the smartphones in everyday life, which is generating a people-centric revolution in computing and communications

A Survey on Mobile Crowdsensing Systems: Challenges, Solutions, and Opportunities

Mobile crowdsensing (MCS) has gained significant attention in recent years and has become an appealing paradigm for urban sensing. For data collection, MCS systems rely on contribution from mobile devices of a large number of participants or a crowd. Smartphones, tablets, and wearable devices are deployed widely and already equipped with a rich set of sensors, making them an excellent source of information. Mobility and intelligence of humans guarantee higher coverage and better context awareness if compared to traditional sensor networks. At the same time, individuals may be reluctant to share data for privacy concerns. For this reason, MCS frameworks are specifically designed to include incentive mechanisms and address privacy concerns. Despite the growing interest in the research community, MCS solutions need a deeper investigation and categorization on many aspects that span from sensing and communication to system management and data storage. In this paper, we take the research on MCS a step further by presenting a survey on existing works in the domain and propose a detailed taxonomy to shed light on the current landscape and classify applications, methodologies, and architectures. Our objective is not only to analyze and consolidate past research but also to outline potential future research directions and synergies with other research areas

Delivering IoT Services in Smart Cities and Environmental Monitoring through Collective Awareness, Mobile Crowdsensing and Open Data

The Internet of Things (IoT) is the paradigm that allows us to interact with the real world by means of networking-enabled devices and convert physical phenomena into valuable digital knowledge. Such a rapidly evolving field leveraged the explosion of a number of technologies, standards and platforms. Consequently, different IoT ecosystems behave as closed islands and do not interoperate with each other, thus the potential of the number of connected objects in the world is far from being totally unleashed. Typically, research efforts in tackling such challenge tend to propose a new IoT platforms or standards, however, such solutions find obstacles in keeping up the pace at which the field is evolving. Our work is different, in that it originates from the following observation: in use cases that depend on common phenomena such as Smart Cities or environmental monitoring a lot of useful data for applications is already in place somewhere or devices capable of collecting such data are already deployed. For such scenarios, we propose and study the use of Collective Awareness Paradigms (CAP), which offload data collection to a crowd of participants. We bring three main contributions: we study the feasibility of using Open Data coming from heterogeneous sources, focusing particularly on crowdsourced and user-contributed data that has the drawback of being incomplete and we then propose a State-of-the-Art algorith that automatically classifies raw crowdsourced sensor data; we design a data collection framework that uses Mobile Crowdsensing (MCS) and puts the participants and the stakeholders in a coordinated interaction together with a distributed data collection algorithm that prevents the users from collecting too much or too less data; (3) we design a Service Oriented Architecture that constitutes a unique interface to the raw data collected through CAPs through their aggregation into ad-hoc services, moreover, we provide a prototype implementation

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Urban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas

Why Energy Matters? Profiling Energy Consumption of Mobile Crowdsensing Data Collection Frameworks

Mobile Crowdsensing (MCS) has emerged in the last years and has become one of the most prominent paradigms for urban sensing. The citizens actively participate in the sensing process by contributing data with their mobile devices. To produce data, citizens sustain costs, i.e., the energy consumed for sensing and reporting operations. Hence, devising energy efficient data collection frameworks (DCF) is essential to foster participation. In this work, we investigate from an energy-perspective the performance of different DCFs. Our methodology is as follows: (i) we developed an Android application that implements the DCFs, (ii) we profiled the energy and network performance with a power monitor and Wireshark, (iii) we included the obtained traces into CrowdSenSim simulator for large-scale evaluations in city-wide scenarios such as Luxembourg, Turin and Washington DC. The amount of collected data, energy consumption and fairness are the performance indexes evaluated. The results unveil that DCFs with continuous data reporting are more energy-efficient and fair than DCFs with probabilistic reporting. The latter exhibit high variability of energy consumption, i.e., to produce the same amount of data, the associated energy cost of different users can vary significantly

Distributed, Low-Cost, Non-Expert Fine Dust Sensing with Smartphones

Diese Dissertation behandelt die Frage, wie mit kostengünstiger Sensorik Feinstäube in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden können. Dazu wird ein neues Sensorsystem auf Basis kostengünstiger off-the-shelf-Sensoren und Smartphones vorgestellt, entsprechende robuste Algorithmen zur Signalverarbeitung entwickelt und Erkenntnisse zur Interaktions-Gestaltung für die Messung durch Laien präsentiert. Atmosphärische Aerosolpartikel stellen im globalen Maßstab ein gravierendes Problem für die menschliche Gesundheit dar, welches sich in Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen äußert und eine Verkürzung der Lebenserwartung verursacht. Bisher wird Luftqualität ausschließlich anhand von Daten relativ weniger fester Messstellen beurteilt und mittels Modellen auf eine hohe räumliche Auflösung gebracht, so dass deren Repräsentativität für die flächendeckende Exposition der Bevölkerung ungeklärt bleibt. Es ist unmöglich, derartige räumliche Abbildungen mit den derzeitigen statischen Messnetzen zu bestimmen. Bei der gesundheitsbezogenen Bewertung von Schadstoffen geht der Trend daher stark zu räumlich differenzierenden Messungen. Ein vielversprechender Ansatz um eine hohe räumliche und zeitliche Abdeckung zu erreichen ist dabei Participatory Sensing, also die verteilte Messung durch Endanwender unter Zuhilfenahme ihrer persönlichen Endgeräte. Insbesondere für Luftqualitätsmessungen ergeben sich dabei eine Reihe von Herausforderungen - von neuer Sensorik, die kostengünstig und tragbar ist, über robuste Algorithmen zur Signalauswertung und Kalibrierung bis hin zu Anwendungen, die Laien bei der korrekten Ausführung von Messungen unterstützen und ihre Privatsphäre schützen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Anwendungsszenario Partizipatorischer Umweltmessungen, bei denen Smartphone-basierte Sensorik zum Messen der Umwelt eingesetzt wird und üblicherweise Laien die Messungen in relativ unkontrollierter Art und Weise ausführen. Die Hauptbeiträge hierzu sind: 1. Systeme zum Erfassen von Feinstaub mit Smartphones (Low-cost Sensorik und neue Hardware): Ausgehend von früher Forschung zur Feinstaubmessung mit kostengünstiger off-the-shelf-Sensorik wurde ein Sensorkonzept entwickelt, bei dem die Feinstaub-Messung mit Hilfe eines passiven Aufsatzes auf einer Smartphone-Kamera durchgeführt wird. Zur Beurteilung der Sensorperformance wurden teilweise Labor-Messungen mit künstlich erzeugtem Staub und teilweise Feldevaluationen in Ko-Lokation mit offiziellen Messstationen des Landes durchgeführt. 2. Algorithmen zur Signalverarbeitung und Auswertung: Im Zuge neuer Sensordesigns werden Kombinationen bekannter OpenCV-Bildverarbeitungsalgorithmen (Background-Subtraction, Contour Detection etc.) zur Bildanalyse eingesetzt. Der resultierende Algorithmus erlaubt im Gegensatz zur Auswertung von Lichtstreuungs-Summensignalen die direkte Zählung von Partikeln anhand individueller Lichtspuren. Ein zweiter neuartiger Algorithmus nutzt aus, dass es bei solchen Prozessen ein signalabhängiges Rauschen gibt, dessen Verhältnis zum Mittelwert des Signals bekannt ist. Dadurch wird es möglich, Signale die von systematischen unbekannten Fehlern betroffen sind auf Basis ihres Rauschens zu analysieren und das "echte" Signal zu rekonstruieren. 3. Algorithmen zur verteilten Kalibrierung bei gleichzeitigem Schutz der Privatsphäre: Eine Herausforderung partizipatorischer Umweltmessungen ist die wiederkehrende Notwendigkeit der Sensorkalibrierung. Dies beruht zum einen auf der Instabilität insbesondere kostengünstiger Luftqualitätssensorik und zum anderen auf der Problematik, dass Endbenutzern die Mittel für eine Kalibrierung üblicherweise fehlen. Bestehende Ansätze zur sogenannten Cross-Kalibrierung von Sensoren, die sich in Ko-Lokation mit einer Referenzstation oder anderen Sensoren befinden, wurden auf Daten günstiger Feinstaubsensorik angewendet sowie um Mechanismen erweitert, die eine Kalibrierung von Sensoren untereinander ohne Preisgabe privater Informationen (Identität, Ort) ermöglicht. 4. Mensch-Maschine-Interaktions-Gestaltungsrichtlinien für Participatory Sensing: Auf Basis mehrerer kleiner explorativer Nutzerstudien wurde empirisch eine Taxonomie der Fehler erstellt, die Laien beim Messen von Umweltinformationen mit Smartphones machen. Davon ausgehend wurden mögliche Gegenmaßnahmen gesammelt und klassifiziert. In einer großen summativen Studie mit einer hohen Teilnehmerzahl wurde der Effekt verschiedener dieser Maßnahmen durch den Vergleich vier unterschiedlicher Varianten einer App zur partizipatorischen Messung von Umgebungslautstärke evaluiert. Die dabei gefundenen Erkenntnisse bilden die Basis für Richtlinien zur Gestaltung effizienter Nutzerschnittstellen für Participatory Sensing auf Mobilgeräten. 5. Design Patterns für Participatory Sensing Games auf Mobilgeräten (Gamification): Ein weiterer erforschter Ansatz beschäftigt sich mit der Gamifizierung des Messprozesses um Nutzerfehler durch den Einsatz geeigneter Spielmechanismen zu minimieren. Dabei wird der Messprozess z.B. in ein Smartphone-Spiel (sog. Minigame) eingebettet, das im Hintergrund bei geeignetem Kontext die Messung durchführt. Zur Entwicklung dieses "Sensified Gaming" getauften Konzepts wurden Kernaufgaben im Participatory Sensing identifiziert und mit aus der Literatur zu sammelnden Spielmechanismen (Game Design Patterns) gegenübergestellt