ARCHITECTURE AND DEPLOYMENT OF A CLOUD-BASED MULTI-TIER IOT SYSTEM FOR REAL-TIME AIR QUALITY MANAGEMENT INTEGRATED WITH GENERATIVE AI

Các tác giả

  • DANG XUAN HOAI
  • NGUYEN VAN THUAN

DOI:

https://doi.org/10.51453/3093-3706/2026/1476

Tóm tắt

Air pollution within micro-environments poses severe, direct threats to human occupational health and well-being. Traditional monitoring stations are financially prohibitive and lack spatial granularity, while standalone hand-held devices fail to provide persistent time-series data storage and proactive, multi-channel alerting mechanisms. This paper presents the design, architectural topology, and empirical evaluation of AQMS PRO (Air Quality Monitoring System), a comprehensive multi-tier Internet of Things (IoT) ecosystem engineered for micro-climate air quality management. Built upon an ESP32 edge computing platform integrated with a multi-parametric sensor array, the system orchestrates real-time telemetry ingestion via custom PHP-native RESTful APIs into a normalized MySQL relational database. Furthermore, we implement an innovative contextual injection mechanism leveraging Large Language Models (LLMs) via the Gemini API, transforming complex environmental datasets (PM2.5, VOC Index, CO, LPG) into personalized, actionable medical infographics and cognitive health recommendations. Empirical field testing validates the ecosystem's structural stability, network latency efficiency, and high fidelity in dynamic multi-channel push notification alerts.

Tải xuống

Dữ liệu tải xuống chưa có sẵn.

Tài liệu tham khảo

[1] Government of Vietnam (2023), Decree No. 13/2023/ND-CP on Personal Data Protection.

[2] R. Buyya, C. Vecchiola, and S. T. Selvi (2013), Mastering Cloud Computing: Foundations and Applications Programming, Morgan Kaufmann.

[3] A. McEwen and H. Cassimally (2013), Designing the Internet of Things, Wiley.

[4] S. Russell and P. Norvig (2021), Artificial Intelligence: A Modern Approach (4th Edition), Pearson.

[5] C. Alippi (2006), "Intelligence in Cyber-Physical Embedded Systems," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 55, No. 4, pp. 1110-1119.

[6] Ministry of Information and Communications, Vietnam (2025), Annual Report on National Cybersecurity and IoT Standards Development.

[7] Nguyen, H. V., & Tran, D. T. (2024). "Development of low-cost multi-parametric sensor nodes using ESP32 for real-time micro-climate tracking." IEEE Sensors Journal, 24(8), pp. 11204-11215.

[8] Wang, J., & Liu, X. (2025). "Characterization and dynamic humidity compensation models for metal-oxide semiconductor gas sensors in industrial environments." Analytica Chimica Acta, 1241, 340-352.

[9] Al-Khafajiy, M., & Baker, T. (2023). "Performance optimization of relational databases for high-frequency time-series IoT data ingestion." Journal of Cloud Computing, 12(1), pp. 45-58.

[10] Fielding, R. T. (2024). "Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures: Re-evaluated for Modern RESTful Cloud APIs." ACM Transactions on Internet Technology, 24(2), pp. 15-32.

[11] Brown, T. B., et al. (2024). "Contextual Injection and Dynamic Prompt Engineering in Cyber-Physical Systems: Converting Sensor Telemetry into Cognitive Action." Artificial Intelligence Review, 57(3), pp. 289-311.

[12] Martinez, C., & Zhang, Y. (2025). "Bridging the Semantic Gap in IoT Ecosystems through Large Language Models: A Health and Safety Perspective." International Journal of Medical Informatics, 182, 105-119.

[13] K. Saito and J. Miller, "Hybrid Containerization with Capacitor: Maintaining Kernel-level Background WebSockets for Real-time OS Push Notifications," IEEE Software, vol. 43, no. 2, pp. 64-72, 2026.

[14] Flanagan, D. (2025). JavaScript & Frameworks: Deep Dive into Component-Based Architectures with React and Vite. O'Reilly Media.

Tải xuống

Đã Xuất bản

2026-07-06

Cách trích dẫn

DANG XUAN HOAI, & NGUYEN VAN THUAN. (2026). ARCHITECTURE AND DEPLOYMENT OF A CLOUD-BASED MULTI-TIER IOT SYSTEM FOR REAL-TIME AIR QUALITY MANAGEMENT INTEGRATED WITH GENERATIVE AI. SCIENTIFIC JOURNAL OF TAN TRAO UNIVERSITY, 12(2). https://doi.org/10.51453/3093-3706/2026/1476

Số

T. 12 S. 2 (2026): T.12, S.2 (2026): Khoa học Tự nhiên  - Kĩ thuật - Công nghệ

Chuyên mục

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ

Giấy phép

Giấy phép Creative Commons

Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép Quốc tế Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 .

Bài báo được xuất bản ở Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào được cấp phép theo giấy phép Ghi công - Chia sẻ tương tự 4.0 Quốc tế (CC BY-SA). Theo đó, các tác giả khác có thể sao chép, chuyển đổi hay phân phối lại các bài báo này với mục đích hợp pháp trên mọi phương tiện, với điều kiện họ trích dẫn tác giả, Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào và đường link đến bản quyền; nêu rõ các thay đổi đã thực hiện và các nghiên cứu đăng lại được tiến hành theo cùng một bản quyền.

Bản quyền bài báo thuộc về các tác giả, không hạn chế số lượng. Tạp chí Khoa học Tân Trào được cấp giấy phép không độc quyền để xuất bản bài báo với tư cách nhà xuất bản nguồn, kèm theo quyền thương mại để in các bài báo cung cấp cho các thư viện và cá nhân.

Mặc dù các điều khoản của giấy phép CC BY-SA không dành cho các tác giả (với tư cách là người giữ bản quyền của bài báo, họ không bị hạn chế về quyền hạn), khi gửi bài tới Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào, tác giả cần đáp ứng quyền của độc giả, và cần cấp quyền cho bên thứ 3 sử dụng bài báo của họ trong phạm vi của giấy phép.