I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   4 ,  A u g u s t   2020 ,   p p .   3 6 2 3 ~ 3 6 3 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 4 . p p 3 6 2 3 - 3 6 3 4          3623       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   A data  esti m a tion for failing  nodes   using  f u zz y  log ic  w ith  integra ted  m i croc o ntroller in w ireless  senso r net w o rk s       Sa a d Al - Azz a m 1 ,   A h m a d Sh a rieh 2 ,   Sa leh  Al - Sh a ra eh 3 ,  N eda a   Azz a m 4   1 , 2, 3 Co m p u ter  S c ien c e   De p a rtm e n t,   T h e   Un iv e rsity   o f   Jo rd a n ,   Jo rd a n   4 De p a rtme n t  o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Im a m   A d b d u l r a h m a n   Bin   F a isa l  Un iv e rsity ,  S a u d i  A ra b ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 8 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Dec   2 9 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   J an   11 ,   2 0 2 0     Co n ti n u o u s  d a ta  tran sm issio n   in   w irele ss   s e n so r  n e tw o rk s   ( W S Ns )  is  o n e   o f  th e   m o st  i m p o rtan t  c h a ra c teristics   w h ich   m a k e s  se n so rs  p ro n e   to   f a il u re .     A  b a c k u p   stra te g y   n e e d s  to   c o - e x ist  w it h   th e   in f ra stru c tu re   o f  th e   n e tw o rk   to   a ss u re   th a t  n o   d a ta  is  m issin g .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   re li e s  o n   a   b a c k u p   stra teg y   o f   b u il d i n g   a   h isto ry   f il e   th a t  sto re s  a ll   c o ll e c ted   d a ta  f ro m   th e se   n o d e s.  T h is  f il e   is  u se d   late r  o n   b y   f u z z y   lo g ic  to   e sti m a te  m is sin g   d a ta  in   c a se   o f   fa il u re .   A n   e a sil y   p ro g ra m m a b le  m icro c o n tro ll e r  u n it   is  e q u i p p e d   w it h   a   d a ta  sto ra g e   m e c h a n ism   u se d   a s  c o st  w o rth y   sto ra g e   m e d ia  f o r  th e se   d a ta.  A n   e rro r  in   e sti m a ti o n   is  c a lcu late d   c o n sta n tl y   a n d   u se d   f o r  u p d a ti n g     a   re f e re n c e   “ o p ti m a l   tab le”   th a t  is  u se d   in   th e   e stim a ti o n   o f   m is sin g   d a ta.    T h e   e rro r  v a lu e s  a lso   a ss u re   th a t   th e   sy ste m   d o e sn ’t  g o   i n to   a n   i n c re m e n tal  e rro r  sta te.  T h is  p a p e r  p re se n ts  a   s y ste m   in teg r a ted   o f   o p ti m a l  d a ta  tab le,   m icro c o n tro ll e r,   a n d   f u z z y   lo g ic  to   e stim a te  m issin g   d a ta  o f   f a il in g   se n so rs.  T h e   a d a p ted   a p p r o a c h   is  g u id e d   b y   th e   m in i m u m   e rro r  c a lcu late d   f ro m   p re v io u sly   c o ll e c ted   d a ta.   Ex p e rim e n tal  f in d in g s  sh o w   th a t  th e   sy ste m   h a s   g re a t  p o ten ti a ls  o f   c o n ti n u i n g   to   f u n c ti o n   w it h   a   f a il in g   n o d e ,   w it h   v e r y   lo w  p ro c e ss in g   c a p a b il it ies   a n d   st o ra g e   re q u irem e n ts.   K ey w o r d s :   Failin g   s e n s o r   Fu zz y   lo g ic   Mic r o co n tr o ller   No d e  r ep lace m en t   W ir eless   s en s o r   n et w o r k s   Co p y rig h t  ©   2 0 2 0   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Saad   A l - A zz a m ,     C o m p u ter   Scien ce   Dep ar t m en t,   T h e  Un iv er s i t y   o f   J o r d an ,   Qu ee n   R a n ia  Stre et,   Am m a n ,   J o r d an .   E m ail:  s a3 d _ al3 za m @ h o t m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eless   s e n s o r   n et w o r k s   ( W SNs )   h av e  b ec o m e  an   ess e n ti al  p ar t  o f   d ail y   li f e,   as  a  s o u r ce   o f   d ata   an d   a  w a y   o f   co n tr o lli n g   d is p er s e  co n n ec ted   s m ar t  d ev ice s   [ 1 ] .   So m e  ap p licatio n s   th at  ar e  b ased   o n   W SNs   co u ld   n o t  to ler ate  m a lf u n ctio n   in   it s   n o d es.  Dea l in g   w it h   m i s s i n g   d ata  t h at  r es u lt  f r o m   s u c h   f a ilu r e  i s   o f   g r ea t   i m p o r tan ce ,   an d   a n   ef f ec ti v e  d ata  r esto r atio n   s tr ateg y   m u s t  b e  i n teg r ated   w it h   t h e  W SN’ s   s tr u ct u r e  to   en s u r e  th at  t h e  s y s te m   k ee p s   w o r k in g   w it h   r eq u ir ed   ef f icie n c y ,   w h il e  k ee p in g   co s t to   its   m in i m u m .   No d es in   a  W SN   w o r k   in   h ar m o n y   a n d   co o p er ate  to   d eliv er   th e   s y s te m   w it h   n ee d ed   d ata,   an d   s u b m it   th e m   as   r eq u ir ed   to   a  b a s e   s t atio n   ( o r   an o t h er   n o d e  i n   t h e   s a m e  n et w o r k   o r   a n o th er   n e t w o r k )   [ 2 ] .   Du e  to   ce r tain   is s u es,  n o d es  m ig h t  b ec o m e  u n ab le  to   co llect  o r   s e n d   d ata.     Failin g   n o d es  co u ld   ca u s e  s o m e  cr itica l   d ata  to   g et  lo s t.  Fo r   ex a m p le,   as  i n   s y s te m s   e m p lo y   s et s   o f   s er v er s   t h at  h o s t  d ir ec tl y   att ac h ed   s to r ag e  a n d   ex ec u te  u s er   ap p licatio n   tas k s   in   Had o o p   Dis tr ib u ted   Fil e  Sy s te m   [ 3 ] .   A   m o r e  co s t  ef f ec t iv e  s o lu tio n   w o u ld   b e  to   ac tiv ate  a  s tr ateg y   to   esti m ate  t h e  d ata  it  co llects  s o   th a t  th e  p er f o r m a n ce   o f   t h e  n et wo r k   is   n o t  af f e cted .   I n   s o m e  i n d u s tr ial  s y s te m s   t h a t r el y   o n   s e n s o r s   to   co llect  d ata  an d   in it iate  p r o ce s s ,   h a v i n g   a  f aili n g   n o d e  co u ld   lead   to   s h u tti n g   d o w n   p ar t  o f   th e  s y s te m   ( o r   s o m eti m es   th e   en tire   s y s te m )   u n til  t h e  f aili n g   n o d es  ar e  f ix ed   o r   r ep lace d .   So ,   em p lo y i n g   a n   a p p r o p r iate  d ata  esti m atio n   o r   r ep lace m e n t  tec h n iq u e  co u ld   h elp   th ese  s y s te m s   av o id   lo s in g   cr itical  d ata,   o r   h av in g   co r r u p ted   p r o d u cts.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 6 2 3   -   3634   3624   Dif f er en t   d ata  p r ed ictio n   an d   r ep lace m e n t  s tr ateg ies  h a v e  b ee n   p r o p o s ed   in   r ec en t  li ter atu r e.   So m e   d ep en d   o n   u s in g   t h e   h i s to r y   o f   co llected   d ata  f r o m   th e   f ai lin g   n o d e,   lik e  t h o s e  i n   [ 4 ] ,   o r   m o v in g   a  n ei g h b o r in g   n o d e  to   d o   th e  w o r k   o f   t h i s   f ailin g   n o d e  [ 5 ] ,   o r   ch an g i n g   t h e  r o u te  tr an s m itted   m e s s a g e s   u s in g   a  ‘ li f e  ti m e   a w ar e  r o u ti n g   p r o to co ls ’   [ 6 ] .   Oth er   tech n iq u e s   in v o lv e  a s s ig n i n g   a  b ac k u p   n o d e  f o r   th o s e  n o d es  th at  ar e  u n d er   t h e  th r ea t   o f   f ail in g   [ 7 ] .   T h is   p r o ce d u r e,   alth o u g h   v e r y   e f f icien t,   w o u ld   b e  v er y   e x p en s iv e.   So m e   o f     th e  p r o p o s ed   n o d e  r ep lace m e n t stra te g ies i n   liter atu r e  co u ld   l ea d   to   h av i n g   t h e  n et w o r k ’ s   e n er g y   co n s u m p tio n   h ig h er   th a n   it  i s   s u p p o s ed   to   b e  [ 8 ] ,   esp ec iall y   i n   d an g er o u s   s it u atio n s ,   w h er e  r ep lace m en t  i s   n o t  ea s il y   d o ab le.   No d e  r ep lace m e n t  m i g h t  n o t  al w a y s   b e  t h e  m o s t  ap p licab le  s o lu tio n s   to   t h ese  f aili n g   n o d es.    T h ese  n o d es  co u ld   b e  ex p en s i v e  t y p es  o f   s en s o r s ,   p lace d   in   a  h ar d - to - r ea ch   ar ea ,   tak e  to o   m u c h   ti m e  to   r ea ch   an d   r ep lace ,   o r   r eq u ir e  a  c er tain   lev el  o f   ex p er ien ce   f r o m   w o r k er s   w h o   m ig h t  n o t  b e  av ailab le  b y     th e  ti m e  o f   t h e  f ai lu r e.   T h e  m o s t  i m p o r tan t  f ea t u r e  in   u s i n g   h i s to r ical  s tati s tics   o f   n o d es’   r ea d in g s   is   t h at  est i m a ti o n   er r o r s   ca n   b e  m i n i m ized   alo n g   t h e  ti m e  r ea d in g s   s u b m itted   b y   t h ese  n o d es.  I n   ca s e  o f   a  n o d e  ( o r   co n n ec tiv it y )   f ail u r e,   esti m atio n   o f   t h at  n o d e’ s   d ata  ca n   b e  u s ed   u s in g   a  weig h ted   p r ed ictio n   m ec h a n is m   f r o m   th e  h is to r y   o f   p r ev io u s l y   r e g is ter ed   d ata.   T h e  u s e  o f   a  m icr o co n tr o ller   to   g o v er n   th e  s to r ag e  a n d   m a n ag e  h is to r ical  d ata  p r esen ts   a  m o r e  r eliab le  an d   c o s t  ef f ec ti v e  tech n iq u e  f o r   s u c h   d ata  m a n ag e m e n t.  I t  also   p r o v id es  an   e f f icien t   f ac ilit y   to   ca lc u late  er r o r s   b et w ee n   s u cc es s i v e  h is to r y   f i les ’   en tr ies.  T h ese  ca n   b e  ea s i l y   ac ce s s ed   an d   ad o p ted   in   an   ar ti f icial  i n tel lig e n ce   m o d u le  to   h elp   in   es ti m atin g   m is s in g   d ata  i n   a  W SN.   So m e  s y s te m s   w it h   n o d es   h a v e  a  r an g e  o f   v al u e s   t h at  t h e y   c o llect  d ata  al w a y s   f all   w it h i n ,   lik e  s tea m   s ter ilizer   s y s te m s .   T h ese  t y p es   o f   s y s te m   f ac ilit a te  u s e  a n   i n t ellig e n t  tec h n iq u e,   lik e   f u zz y   l o g ic,   ef f icie n t   an d   w o r th y   f r o m   d if f er en t  asp ec ts :  f i n an cia l,  o p er atio n al,   an d   en er g y   s a v i n g .   F u zz y   lo g ic  tech n iq u e s   ar e   b ec o m i n g   w id el y   u s ed   in   d e cisi o n   m ak in g   ap p l icatio n   es p ec iall y   th o s e  r elate d   to   W S N  b ased   s y s te m s .     T h ey   p r o v id e  th e  ab ilit y   o f   d ea lin g   w ith   r ea l - w o r ld   u n ce r t ain t y   p r o b le m s   t h at  ar e  n o t  b ased   o n   s tatis tica l   m ea s u r es  [ 9 ] .   th is   tec h n iq u e  is   co n s id er ed   less   ex te n s i v e  an d   m o r e  r eliab le  th an   au to m atic  co n tr o l  o f   w ir ele s s   d ata  m a n ag e m e n t  an d   co m m u n ica tio n .   F u zz y   lo g ic  d ea ls   w it h   m is s in g   in p u t  o r   u n clea r   in p u t  in   a  lo g ical  m an n er   t h at  r ese m b les  h o w   a  h u m a n   m a k e s   d ec is io n s .   T h e  o b v io u s   ad v an tag e  o f   u s i n g   f u zz y   lo g ic  i s     th e  s p ee d   o f   p r o ce s s in g   o f   f u zz y   i n p u t   a n d   p r o d u cin g   d ec is io n s .   F u zz y   lo g ic  r elies  o n   h av in g   lear n i n g     r u les  [ 1 0 ] ,   ac co r d in g   to   w h ich   an   in f er en ce   e n g i n e  m a k es  d e cisi o n s   r eg ar d in g   th e  p r o b le m   at  h an d .   T h e  in p u t   to   th ese  f u zz y   s e ts   is   i n   n a tu r al  lan g u ag e  ( n o t  d is cr ete  v alu e s ) .   T h e  o u tp u t  ca n   ei th er   b e  c r is p   o r   in     n atu r al  la n g u a g e  [ 11 ] ,   alo n g   w it h   co n f id e n ce   lev el s   o f   h o w   “ ap p r o p r iate”   th e  p r o d u ce d   o u tp u t  is   to     th e  s y s te m ’ s   ap p licatio n .   T h e  p r o p o s ed   s y s te m   i n   t h i s   s t u d y   w o r k s   o v er   t w o   m a in   s tag e s .   T h e  f ir s t  s tag e  is   b u ild in g     a  h is to r ical  d ata  ar ch i v e  t h at  s to r es  ev er y   n o d e’ s   r ea d in g s   o v er   s ev er al  t i m e  s tep s   ( T S)  an d   th e  ti m e  s ta m p   o f   th at  r ea d in g .   T h e  s ter ilizer   w o r k s   o n   tr ea t m e n t  o f   m ater ial  b y   ac ti v ati n g   t h e  tr ea t m e n t  d ev ice  w h e n   tr ea t m e n t   is   r eq u ir ed   o n   ti m el y   b a s is .   E ac h   o f   t h ese   tr ea t m en t   p h a s es   is   ca lled   a   u n i t’ s   tr ea t m e n t  r u n .   T h e  s ec o n d   s tag e   in v o l v es  p r ed ictio n   o f   lo s t  d at a  w h en   a  n o d e  f ail s .   I t  esti m at es  lo s t  d ata  b ased   o n   th e  o u tp u t  o f   t h e  f u zz y   lo g ic   in f er en ce   e n g in e  th at   is   f ed   with   t h e  h is to r ical  d ata  an d   t h e   f u zz y   r u les   to   b u ild   t h e  e s ti m atio n .   A  d ed icate d   m icr o co n tr o ller   w ill  b e  i n   c h ar g e  o f   m o n ito r in g   t h e  n o d es  an d   d etec ti n g   f ai lin g   n o d es,  an d   t h en   ac tiv a te s     th e  d ata  r esto r atio n   b y   p r ed i ctio n   tec h n iq u e.   T h e  m icr o co n tr o ller   is   al s o   r esp o n s ib le   f o r   ar ch i v i n g   an d   lab elin g   h is to r y   d ata  f ile s .   I t  w o u ld   f ac ilit ate  f etch in g   th e  c o r r ec t  f ile  alo n g   w i th   ca lc u lati n g   est i m a tio n   er r o r   to   h elp   t h e  s y s te m   u s e  t h e  a p p r o p r iate  r u le  b ase  f o r   th e   f u zz y   lo g ic  s y s te m   to   g e n er ate  th e   esti m atio n .     T h is   w o u ld   m ak e  th e  s y s te m   m o r e  e f f icie n t  i n   ter m s   o f   p r o ce s s i n g   a n d   est i m a tio n   s p ee d ,   f u n ct io n alit y ,   a n d   ad ap tab ilit y   w it h   d ea li n g   w it h   v ar io u s   f ai lin g   n o d es sce n ar io s ,   an d   o f   co u r s e  h a v in g   a   co s t  ef f ec tiv e   tech n iq u e  f o r   n o d es r ep lace m en t a n d   d ata  r ec o v er y .   T h e  r est  o f   th e  p ap er   w ill  p r esen t  a  b r ief   r ev ie w   o f   p r ev io u s   s tu d ie s   r elate d   to   r esto r in g   d ata  f r o m   f aili n g   n o d es  i n   W SNs ,   i n   Se ctio n   2 .   I n   Sectio n   3 ,   an   e x p l an atio n   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   r esto r in g   m is s i n g   d ata  f r o m   a  f ai lin g   f r o m   h i s to r ical  d ata  u s i n g   f u zz y   lo g ic  is   p r esen ted .     Sectio n   4   illu s tr a tes  d if f er e n t  r u n   s ce n ar io s   w it h   v ar io u s   n o d es’   r ea d in g s ,   an d   s h o w s   a n   a n al y s i s   o f   th e   r es u lts   to   p r o v e  th e  e f f icie n c y   a n d   ap p licab ilit y   o f   t h e  p r o p o s ed   tech n iq u e,   e s p ec iall y   i n   s tea m   s ter ilizer s .   Sectio n   5   p r ese n ts   co n cl u s io n s   an d   f u tu r e  asp ec ts   o f   th e  s y s te m .       2.   P RE VIOU S WO RK   His to r ical  d ata  ar e  u s ed   to   f in d   a  p atter n   o f   co llected   d ata   th at  ca n   b e  f ed   to   a   m ac h in e  lear n in g   s y s te m   to   p r o v id e  a  p r ed ictio n   to   f u tu r e  d ata,   w h ic h   is   v er y   h elp f u l  i n   ca s es  o f   n o d e  f ail u r e.   C o m p lex   p atter n s   ar e  r ec o g n ized   a n d   f ed   i n to   a   m ac h i n e  lear n in g   cla s s i f ier   i n   t h e  w o r k   o f   [ 1 2 ]   to   s e n s o r   d ata  o f   p h o n e - b ased   ac ce ler o m eter   f o r   ac tiv it y   r e co g n itio n   o f   m o b ile  p h o n e  u s er s .   A   p r ed ictiv e  m o d el  is   b u ilt  to   r ec o g n ize   ac tiv itie s   o f   u s er s   a n d   b u ild s   a   p r ed ictiv e  m o d el  o f   th e s e  ac ti v itie s   af ter w ar d s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   d a ta   esti ma tio n   fo r   fa ilin g   n o d es u s in g   fu z z y  lo g ic  w ith   in t eg r a ted   micro co n tr o ller   in …  ( S a a d   A l - A z z a m )   3625   Usi n g   p r o b ab ilis tic  co m p u tati o n   th at   d ep en d s   o n   h i s to r ical  d ata  o f   n o d es  w a s   ad o p ted   in   th e  w o r k     o f   [ 1 3 ] .   T h is   u s ed   Ma r k o v   Dec is io n   P r o ce s s es   ( MD P )   to   d ev elo p   a  p r o b a b ilis tic  ap p r o ac h   to   s p ec if y     th e  n o d es  t h at  ar e  i n   n ee d   to   b e  r ep lace d ,   an d   co llect  s tatis tical  d ata  b ased   o n   p as t  b eh a v io r   o f   t h e  n o d es  i n     th e  n et w o r k .   T h en ,   th e s e  d ata  ar e  u s ed   to   d eter m i n e  a  s u itab le  p o lic y   f o r   n o d e  r ep la ce m en t  b y   f i n d in g     an   est i m ate   o f   t h e  lo n g   r u n   co s t o f   r ep laci n g   th e  n o d e  ( o r   th e  en er g y   s o u r ce ) .   T h is   m e t h o d   co u ld   b e  in e f f icien t   to   r ea ch   n o d e,   an d   t h e  co m p u tatio n s   ar e  d o n e  r ep ea ted ly   w h ich   co u ld   w a s te  co m p u tatio n al  r eso u r ce s .     I n   th e  w o r k   o f   [ 1 4 ] ,   in tr u s io n   d etec tio n   m o d el  i n   a  W SN  h as  b ee n   d ev elo p ed   b ased   o n   Ma r k o v ia n   I n tr u s io n   Dete ctio n   S y s te m   ( M - I DS)   t h at  p r ed icts   w h at  n o d es  ar e  p r o n e  to   attac k s ,   an d   p r ed ict  a n o m a l y   an d   m is u s e   b eh av io r   o f   n o d es  b y   in te g r at in g   g a m e  th eo r y   a n d   MD P .   T h is   w ill  h elp   in   d ec id in g   wh at  th e  b est  d ef e n s e   s tr ateg y   to   ap p l y .   An o d e  f ai l u r e  av o id an ce   s tr ate g y   r eq u ir es  co n s tan t  m o n ito r in g ,   a n d   co u ld   m ea n   lar g e  a m o u n t o f   s to r ed   d ata  to   b e   k ep t f o r   v er y   lo n g   p er io d s   o f   ti m e.   Fu zz y   lo g ic   w as  u s ed   to   p r e d ict  w h ic h   n o d e  is   t h e  m o s t   s u i tab le  n o d e  to   b e  a  clu s t er   h ea d   in     W SN  [ 1 5 ,   1 6 ] .   His to r ical  d ata  o f   all   n o d es  i n cl u d in g   r ate   o f   r ec u r r en t  co m m u n icatio n ,   r esi d u al  p o w er ,   d eg r ee   o f   n ei g h b o r in g   n o d es,  a n d   d is t an ce   to   b ase  s tatio n   ar e  tr ac k e d   an d   in p u t  i n to   t h e  f u zz y   lo g i c  d ec is io n   s y s te m .   T h e  d ec is io n   s y s te m   ca lc u lat es  th e  p r o b ab ilit y   o f   a  n o d e  to   b e  a  clu s ter   h ea d ,   b ased   o n   th e  h is to r y   o f   co m m u n icatio n   b et w ee n   th e  n o d e  an d   th e  b ase  s tatio n .   Yet  th e  d ata  th at  is   co llecte d   f r o m   t h ese  n o d es    ( clu s ter   h ea d s   a n d   o th er   n o d es)  ar e  n o t  p u t  in to   f o cu s .   T h e  d ata  its elf   co u ld   b e  lo s t  d u r in g   t h e  clu s ter   h ea d   ass i g n in g   p r o ce s s ;  a n d   n o   b a ck u p   o f   th e   d ata  its el f   i s   p r esen ted . T h e  u s e  o f   f u zz y   lo g i c  in   es ti m atio n   o f   m is s i n g   d ata  b ased   o n   h is to r ic al  d ata  h as   b ee n   tac k led   a n d   p r o v en   to   b e  e f f ic ien t   [ 1 7 ,  1 8 ] .   T h e  h is to r ical  d ata   th at  w a s   co llected   w h e n   t h e   s y s te m   w a s   w o r k in g   w i th   p er f ec t  o p er atio n   w o r k   i s   t h e  f u zz y   i n p u t  to     th e  i n f er en ce   e n g in e.   T h ese  d ata  ar e  w ei g h ed   a n d   p r o ce s s ed   u s i n g   t h e  r u les  i n   t h e  r u le  b ase  to   p r o d u ce   m u ltip le  esti m atio n s ,   w it h   co n f id en ce   le v els o f   h o w   e f f icien t   th ese  d ata  w ill b e  to   m a k e  th e   s y s te m   w o r k .   Ver y   li m ited   n u m b er   o f   r ec en t  r esear ch   w as  f o u n d   th at   e m p lo y s   A r tific ial  I n te lli g e n ce   ( A I )   in   esti m atio n   o f   d ata  in   f aili n g   n o d e.   Ho w e v er ;  p r ed ictin g   f ac to r s   an d   lev el s   o f   s o m e   n atu r al  ele m en ts ,     lik e  t h e  w o r k   o f   [ 1 9 ]   w a s   i m p le m en ted .   I n   t h eir   r esear ch ,   th e  h is to r y   o f   w ea th er   d ata  a n d   r e m o te   s e n s i n g   i m a g es  w a s   f ed   in to   a n   e n s e m b le  est i m at io n   s y s te m   to   p r ed ict  th e  o cc u r r e n ce   o f   f o r est   f ir es.  T h e y   d id   n o t   m en tio n   a   r ec o v er y   s tr ateg y   f o r   f aili n g   d ata  co llec tio n   m et h o d s ,   w h ich   is   v er y   li k el y   to   h ap p en   i n   ca s e  o f   f o r est  f ir es.   E n er g y   i s   a  co n c er n   i n   s y s te m s   t h at  e m p lo y   W SN  w it h in   it s   s tr u ct u r e.   T h is   m ad e  p r eser v i n g   n o d es’  en er g y   a n d   m in i m izin g   it s   co n s u m p t io n   in   d ev elo p i n g   d ata  e s ti m atio n   s tr ate g ie s   t h e  s u b j ec t  o f   m a n y   r esear ch es  [ 2 0 ] .   Mo s t  o f   th e  af o r e m e n tio n ed   s t u d ies  f o cu s   o n   o n e  asp ec t  o f   d ata  esti m atio n   in   f aili n g   n o d es.   So m eti m es  t h e  d ata  its elf   w a s   n o t  o f   i m p o r tan ce   to   s o m e  s t u d ies.  T h e  h is to r ical  f ile s   ar e  n o t  p r esen ted   w it h   an   ea s y   to   r etr iev e  a n d   r e - u s e  s tr u ct u r e  in   m o s t  o f   t h e  r esear ch es.  E n er g y   a n d   co s t  ef f ec tiv e  p r o ce d u r es  w er e   o n l y   ta k en   f r o m   t h e  f aili n g   n o d e’ s   asp ec t o n l y ,   n o t t h e  en t ir e  n et w o r k ’ s   p er f o r m a n ce .   Mo s t  o f   th e   r esear ch e s   m e n tio n ed   ab o v e  m ad e  atte m p ts   to   s o lv e  t h e  n o d e  f ai lu r e  p r o b le m   f r o m   o n e   asp ec t;  eit h er   b y   p r ed ictin g   d a ta  f r o m   lo s t  n o d e  ( lik e  t h e  w o r k   in   [ 6 ]   )   o r   f in d i n g     “ th e   m o s t  s u itab le  n o d e”   to   r ep lace   th e  f aili n g   n o d e  ( as  in   th e  w o r k   in   [ 2 1 ]   ).   T h e  w o r k   o f   [ 2 2 ]   f o cu s ed   o n   h a n d lin g   n o d es  in   a  W SN  th a t   is   o p ted   f o r   w ea t h er   f o r ec ast.  T h ey   p r o p o s ed   a  g r ee d y   al g o r i th m   to   co n s tr u ct  a  b ar r ier   in   h eter o g en eo u s   W SN  w h er e  m o b ile  n o d es a r e  u s ed   t o   co n s tr u ct  a   b ar r ier   w h en   th e  w ea t h er   c h an g es .  I n   t h is   w o r k ,   b o th   s o lu tio n s   ar e   co n s id er ed to   m a k e  t h e  alg o r it h m   ad ab tab le  b y   al m o s t  all  ap p licatio n s   o f   W SN s . T h is   is   tr u e  f o r   r ea l - ti m e  d ata   h ar v e s tin g   an d   m o n ito r i n g   ( as   in   tr af f ic  co n t r o l)   an d   f o r   d at a  b ased   W SNs   ( as  in   ap p licat io n s   o f   m o n ito r in g   cli m ate  c h an g e s   in   s o m e  ar ea ) .       3.   E S T I M AT I N G   M I SS I N G   D AT A  O F   F AIL E D  S E N SO R S   T h e  tech n iq u e  p r ese n ted   i n   th is   r esear c h   i s   b ased   o n   g etti n g   r ea d in g s   f r o m   s ets   o f   s e n s o r s   th a t  ar e   d is tr ib u ted   i n   a  s tea m   s ter iliz i n g   u n it.  T h e  co llected   d ata  ar e  s en t   w ir eles s l y   to   t h e  b ase  s tatio n   ( t h e  co n tr o l  s tatio n ) ,   m a n a g ed   an d   s to r ed   th r o u g h   a  d ed i ca ted   m icr o co n tr o ller .   A   h is to r ical  d ata  f ile  i s   b u ilt  an d   lab elled   ea ch   ti m e  th e  u n it  r u n s   f o r   a  tr ea t m en t  p r o ce s s .   T h e  d ata  ar e  s en t  o v er   s e v er al  ti m e  s tep s   p er   r u n ,     w it h   a  t  m i n u te s ’   p er io d ,   s u ch   as  5   m in u te s ,   f o r   ea ch   ti m e  s t ep .   A   f u zz y   lo g ic  m o d u le  i s   a ctiv ated   in   ca s e  o n e     ( o r   m o r e)   s e n s o r   n o d e  f aile d   to   esti m a te  t h e  m is s in g   d ata.   A  r ep r esen tatio n   o f   s y s t e m ’ s   s tr u ct u r e  a n d   co m p o n e n t s   ar e  s h o w n   in   Fig u r e  1 .     I n   Fig u r e  1 ,   th er e  ar e  f o u r   m ai n   t y p es  o f   s e n s o r s   t h at  r ea d   d a ta  ar o u n d   a  s ter ilizin g   u n it  o v e r   s ev er al   ti m e   s tep s .   T h ese  ar e  r ea d   te m p er atu r e,   h u m id it y ,   lu m i n o u s   ( L UX) ,   a n d   v o ltag e   v a lu e s .   T h ese  v alu e s   ar e  s en t  to   th e  b ase  s tatio n   ( co n tr o l  r o o m )   w h er e  t h e y   ar e  m o n ito r ed   an d   tu n ed   as  n ee d ed   b y   t h e  m icr o co n tr o ller .   W h en   a   n o d e  f ail s ,   t h e  f u zz y   lo g ic   m o d u le   is   ac ti v ated .   I t   r ea d s   th e   late s t  o p ti m al  tab le ’ s   en tr ie s   s to r ed   in     th e  m e m o r y   u n i t  o f   t h e  m i cr o co n tr o ller   to   b eg in   t h e  e s ti m atio n   p r o ce s s ,   a n d   co n ti n u e  w o r k i n g   w it h     th e  esti m ated   v alu e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 6 2 3   -   3634   3626       Fig u r e   1 .  His to r ical - f u zz y   d ata   esti m a tio n   s y s te m ’ s   s t r u c tu r e  w it h   m ai n   co m p o n e n ts       Vo ltag e  s e n s o r s   ar e  u s ed   to   m o n ito r   s y s te m   p o w er   co n s u m p tio n   to   ca lc u late  tr ea t m e n t  co s t  in   ter m s   o f   en er g y   an d   co m p u ted   lo ca ll y   in   t h e  b ase  s tat io n   u s i n g   ( 1 ) .     p o w er _ co n s u m p tio n   =  v o ltag e   *   cu r r en t   ( 1 )     On ce   t h e  s ter ilizi n g   u n it  s tar ts   f u n ct io n i n g   in   th e   f ir s t  r u n ,   a  p r im ar y   f ile  w i th   th e   f ir s t  r u n ’ s   r ea d in g   is   i n itiated .   T h e  m icr o co n tr o ller   r eg is ter s   th e s e  d ata  an d   “m e ta  d ata”   in   a  f o ld er   lab eled   w it h   t h e  r u n s ’   n u m b er   o f   th at  r ea d i n g .   Fo r   ea ch   o f   t h e  s e n s o r s ,   t h is   tab le  is   ca lle d   th e  “ o p ti m al  tab le”  s in ce   th er e  ar e  n o   p r ev io u s   d ata  to   b e  c o m p ar ed   to .   T h is   p r o ce s s   is   s u m m ar ized   in   t h e  te x t b o x   in   Fig u r e  2 .           Fig u r e   2 .  A l g o r ith m   f o r   th e  f ir s t tr ea t m e n t r u n       On   t h e  f o llo w i n g   tr ea t m e n t   r u n s ,   t h e  r ec ei v ed   d ata  f r o m   t h e  n o d es  ar e  ac cu m u lated   i n   th e  tab les .   T h ese  v alu e s   ar e  co m p ar ed   w ith   t h o s e  i n   t h e  o p ti m al  tab le.   T h e  d ata  er r o r   b etw ee n   t h e  d ata  in   th e  o p ti m al   tab le  an d   th e  n e w   tab le  is   ca lcu lated   ac co r d in g   to   th e  eq u at io n :  =   1 ⁄ ,   w h er e    is   th e  d ata  w ei g h t  o f   th e  v a lu e s   i n   th e  o p ti m al  tab le   an d   R   is   th e  r u n ’ s   n u m b er .   T h e  d ata  in   t h e  o p ti m a l  tab le  ar e  u p d ated   af ter   ea ch   r u n   to   g et  n e w   w ei g h ts .   T h e  n e w   d ata    is   ca lcu lated   u s in g   ( 2 ) .     = ( 1 + ( × ) ) × ( (   ×   ) + ( ×   ) )   ( 2 )     W h er e  p   is   a  p ar a m eter   s e t  b y   u s er ,   r an g i n g   [ 0 . 0   -   1 . 0 ] ,   an d   s   is   a  s i g n al   p ar a m eter   t h at  h a s   a  b in ar y   v alu e  o f   1   o r   - 1 ,   d ep en d in g   o n   u s er   p r ef er en ce . is   th e  ac t u al  d ata  r ea d   f r o m   t h e  s e n s o r   at  r u n   r .     is   th e  o ld   d ata  an d   is   t h e  w ei g h t  r ea d   f r o m   th e  o p ti m al  tab le.   T h e  v alu e  o f   s   i s   s et  to   +1   if   t h e  a cq u ir ed   v alu e   i s   g r ea ter   th a n   th e   o n e  i n   th e  o p ti m al   tab le  a n d   s et  to   - 1   i f   it  less .   T h is   p ar a m eter   e n s u r es  t h at  t h e  e s ti m atio n   s y s te m   d o es n ’ t  k ee p   in cr e m e n ti n g   co n s ta n tl y .   T h e  v alu e  o f   p   is   s et  b y   t h e  h u m a n   c o n tr o ller   to   en s u r e   s m o o th n e s s   o f   t h e  alter atio n   o f   esti m ated   v al u es.    I n   o th er   w o r d s ,   it  in d icate s   h o w   f a s t  th e  tr an s itio n   d o es   f r o m   o n e  v al u e  to   t h e  o th er   c h an g es.  T h e  v alu e  o f   p   co u ld   b e  alter ed   later   o n   to   u s e  a n   A I   m e ch a n i s m   f o r   Input: Sensors Readings   Output: Optimal Table with Estimated Values   Begin   1. store sensors’ data in history file   2.  build meta - data file and add run’s readings   3. build optimal table using first run’s data   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   d a ta   esti ma tio n   fo r   fa ilin g   n o d es u s in g   fu z z y  lo g ic  w ith   in t eg r a ted   micro co n tr o ller   in …  ( S a a d   A l - A z z a m )   3627   au to m at ic  s etti n g .   T h e  p   v alu e  is   b alan ce d   b ased   o n   t h e  s u b m it ted   v al u e  ( g r ea ter   t h an   o r   eq u al  to   0 . 5   o r     less   t h an   0 . 5 ) .   T h e  ch o ice  o f   th e   p   v al u e  p r o v id es  an   in d icat io n   o f   h o w   m u c h   c h an g e  d o es  t h e  u s er   w a n t  in     th e  e s ti m ated   d ata.   I f   p   v al u e  is   h i g h   ( lik e   0 . 8 ) ,   th e  s y s te m   w il l  r esp o n d   to   ch a n g es   f a s ter   th a n   if   p   v alu e   i s   s m al l  ( lik e  0 . 2 ) .   C h o o s i n g   p   v alu e  d ep en d s   o n   ap p licatio n   ch an g e.   I f   t h e  r ea d   s ig n al  i s   a  s tab le  b u t  n o is y ,     p   v alu e  m u s t b e  s m a ll,  o r   o th er w i s e;  th e  s y s te m   w ill b e  u n s t ab le  a s   it  w i ll r esp o n d   to   n o is e .   T h e  d ata   in   th e  o p ti m al  tab le  is   u p d ated   af ter   ev er y   r u n   ac co r d in g   to   ( 2 ) .   T h is   i m p lies   th at     th e  esti m at io n   er r o r   w ill  b e  r ed u ce d   w h en   m o r e  d ata  is   ac q u ir ed   f r o m   t h e  s y s te m .   T h e  f ir s t  r u n   p r o b ab ly   h a s   th e  h i g h est  er r o r   s in ce   th er e  is   n o   p r ev io u s   d ata  to   co m p ar e  it  to .   T h is   er r o r   v alu e  is   s to r ed   s ep ar ately ,   an d   ad d ed   to   th e  m e ta - d ata  f ile.   Y et,   it  is   v er y   u n li k el y   f o r   a  n o d e  to   f ail  o n   t h e  f ir s t  r u n   o f   th e  s y s te m   ( t h i s   m ea n s     th e  s y s te m   is   v er y   u n r eliab le ! ) .   Fig u r e  3   s h o w s   d esi g n ated   s tep s   o f   th e  al g o r ith m   to   co m p u te  th e  av er a g ed   er r o r s   af ter   th e  f ir s t r u n .           Fig u r e   3 .  A l g o r ith m   f o r   co m p u ti n g   a v er eg ed   er r o r s   an d   u p d atin g   o p ti m al  tab le       A   s eg m e n t  o f   t h e  o p ti m al   tab le  is   s h o w n   i n   T ab le  1 .   I t  p r e s en t s   t w o   s e n s o r s :  o n e  f o r   te m p er at u r e   ( T em p _ s en s o r _ 1 )   an d   an o th er   f o r   h u m id it y   ( H u m _ s e n s o r _ 1 ) ,   ea ch   w it h   th e  co llected   d ata  o v er   3   ti m e  s tep s   in   o n e  o f   th e  tr ea t m e n t  r u n s .   O n c e  th e  tab le  is   b u ilt  an d   ac cu m u latio n   o f   d ata  is   u s ed   to   u p d ate  it  af ter   ev er y   r u n ,   it  is   s to r ed   o n   t h e  m icr o co n tr o ller ’ s   m e m o r y   ca r d   to   b e  u s ed   f o r   esti m atio n   i n   ca s e  o f   n o d e  f ail u r e.   T h ese  d ata  ar e  r etr iev ed   f r o m   t h e  m e m o r y   w h e n   a   n o d e  f ails .   T h e  ap p r o p r iate  d ata  f ile  is   f etc h ed   f r o m   t h e  m e m o r y   b y   s ca n n i n g   th e   m eta - d ata  f ile   a n d   g et   d ir ec tl y   to   th e  f o ld er   w h er e  t h e  s e n s o r ’ s   d ata  a n d   r u n s ’   d ata  ar e  s to r ed .   T h is   m ak e s   th e  f etc h in g   p r o ce s s   f a s ter   an d   m o r e  ef f icie n t,   an d   cu t - o u t  th e  ti m e  n ee d ed   b y   t h e  f u zz y   lo g ic  m o d u le  i n   p r ed ictin g   m i s s i n g   d ata.       T ab le  1 .  P ar t o f   r eg is ter ed   d at a    f r o m   th e  o p ti m al  tab le  co n s t r u cted   f o r     a  s ter ilizin g   r u n   o v er   d if f er e n t  ti m e  s tep s   ( T S)   T i me   S t e p s/ S e n so r s   T S 0   T S 1   T S 2   T S 3   T e mp _ se n so r _ 1   ( i n   C e l si u s   D e g r e e s)   5 0   ° C   5 0 . 2 ° C   5 0 . 3 ° C   5 0 . 6 ° C   H u m_ se n so r _ 1   ( i n   p e r c e n t a g e )   4 2 . 2 %   4 2 . 1 %   4 2 . 0 %   4 1 . 6 %       T h e  d esig n ated   d ata  ar e  u n if ied   th r o u g h   a  m e m b er s h ip   f u n ct io n .   T h is   is   to   d ef in e  h o w   ea c h   o f     th e  m e m b er s ’   v al u e s   in   t h e  i n p u t  ca n   b e  m ap p ed   to   a  d eg r ee   o f   m e m b er s h ip .   T h e  m e m b er s h ip   p u t s   th e s e   v alu e s   i n   th e   i n ter v al   [ 0 , 1 ]   in   t h e  f u zz if icatio n   p r o ce s s   b ef o r e  u s in g   th e m   b y   t h e  i n f er en ce   en g i n e.   T h e  ea s iest   an d   m o s t  d ir ec t  n o r m aliza tio n   p r o ce s s   is   to   ass u m e  t h at  th e  l o w est  v al u e  in   th e  o p ti m a l  tab le  ( p er   s en s o r )   is   0 ,   an d   th e  h i g h e s t  is   1 ,   an d   m ap   ea ch   o f   th e  r e m ai n i n g   v alu e s   to   th e  s ca le  b et w ee n   t h e m .   E q u ati o n   ( 3 )   is   u s ed   in   th e  n o r m aliza tio n   p r o ce s s .     =   ( − ) × 1 ( ma x −   min   )   ( 3 )     W h er e  N  is   th e  n e w   n o r m al ized   v alu e  an d   x   is   th e  v alu e  to   b e   n o r m alize d ,   m a x   an d   m i n   ar e     th e  m a x i m u m   an d   m i n i m u m   v al u es   in   t h e  tab le,   r esp ec ti v el y .   T h e  r esu lti n g   v al u e s   ar e  p lace d   in   a   n e w   te m p o r ar y   tab le.   T h ese  v a lu e s   ar e  th e n   f ed   i n to   t h e  i n f er en c e  en g in e  to   p r o d u ce   p r ed icted   d ata  f o r   th e  f ail in g   n o d e.   T h e  d ata  in   th e  o p ti m a l  tab le  an d   th e  d ata  f r o m   t h e   last   r u n   ( o r   an y   r u n   d eter m i n ed   b y   t h e  h u m a n   co n tr o ller ,   s in ce   s o m e  r u n s   h av e  s i m ilar   co n d itio n s   t h at   o th er   tr ea t m en t  r u n s   d o n ’ t)   ar e  u s ed   to   p r o d u ce     th e  esti m at io n .   T h e  d ata  esti m atio n   p r o ce s s   o f   f ai lin g   n o d esis   s u m m ar ized   in   t h e  Fi g u r e  4 .   Input: Sensors Readings, Optimal Tabl e   Output: Updated Optimal Table, Averaged Error   Condition:  r > 1   1. add sensors’ data of run  R   to history file   2. update meta - data file and add all sensor’s readings   3. update optimal table using (3)   4. Compute Error value for every sensor    between R ̥ and   R r   5. average errors from all sensors’ data in run r   6. store averaged error in meta - data file   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 6 2 3   -   3634   3628       Fig u r e  4 .  Data   esti m a tio n   p r o ce s s   o f   f aili n g   n o d es       I t  is   w o r t h   m en tio n i n g   a g ain   th at  t h e  e s ti m atio n   er r o r   w a s   r ed u ce d   in   t h e  o p ti m al  tab le ’ s   b u ild i n g   p r o ce s s .   T h is   er r o r   is   f u r t h er   r ed u ce d   th r o u g h   t h e  r u les  u s e d   b y   t h e  r u le  b ase  u s ed   b y   t h e  in f er en ce   e n g in e.   T h e  h ig h e s t  er r o r   w ill  ex i s t  i f   th e  n o d e  f ails   at  t h e  f ir s t  r u n   ( w h ic h   is ,   as  m en tio n ed   b ef o r e,   v er y   u n l ik el y ) ,   s in ce   t h e  d ata  in   th e  o p ti m al   tab le  is   th e  s a m e  as  th e  d at a  in   th e  cu r r en t  tr ea t m en t  r u n .   Fig u r e  5   s h o w s     th e  er r o r   v alu es  i n   t h e  f ir s t  r u n   f o r   o n e  o f   t h e  te m p er at u r e  s en s o r s ,   an d   Fig u r e  6   s h o w s   t h e  er r o r   af ter   f o u r   r u n s   f o r   th e  s a m e  s en s o r .             Fig u r e  5 .   E r r o r   v alu es i n   te m p er atu r e  in   1 s tr u n     Fig u r e   6 .   E r r o r   v alu es i n   te m p er atu r e  in   4 th r u n       Fig u r e  5   s h o w s   th a t  th e  esti m ated   er r o r   is   0   b ef o r e  m i n u te  5   ( b ef o r e  th e  f ailu r e) ,   b ec au s e  th er e  is   n o   d if f er e n ce   b et w ee n   r ea d   d ata  an d   d ata  i n   t h e  o p ti m al  tab le.   T h e  o p tim a l  tab le  i s   b ei n g   f i ll ed   w h ile  th e   s y s te m   is   r u n n i n g   f o r   th e  f ir s t  ti m e  i n   th i s   tr ea t m en t.  W h e n   f ail u r e  h ap p en ed   at  m i n u te  5 ,   th e   e r r o r   v alu e  s p ik ed   to   ar o u n d   4 5 °C ,   s i n ce   t h e  r ea d   v alu e   i n   la s t  r ea d i n g   f r o m   t h at  s e n s o r   w a s   4 5 °C   an d   th er e’ s   n o   n e w   d ata   to   u p d ate  th e  o p ti m al  tab le  f r o m .   T h e  er r o r   co n tin u es   to   r is e  a s   th e   s y s te m   co n ti n u e s   r u n n i n g   w it h o u t  n e w   d ata   co m in g   f r o m   t h at  n o d e  to   u p d ate  th e   o p ti m al   tab le  p r o p er l y .   T h e  er r o r   d r o p p ed   ag ain   a f te r   m i n u te  2 5 ,   s i n ce   th e  te m p er at u r e  v al u e  d r o p p ed   w it h i n   th is   tr ea t m en t.   T h e  d ata  r e p r esen ted   in   Fi g u r e  6   s h o w s   th a t  th e  er r o r   v alu e s   ar e  al m o s t  s tead y .   Si n ce   th e  s y s te m   h a s   s to r ed   d ata  ab o u t   p r ev io u s   tr e at m e n t  r u n s ,   t h e  h is to r ical  esti m atio n   p r o d u ce s   an   er r o r   v al u e  o f   0   f o r   th e  f ir s t  m i n u te   o f   tr ea t m e n t.  Si n ce   d ata  w a s   co llected   f r o m   p r ev i o u s   r u n s ,   t h e  ca lc u lated   e s ti m ated   er r o r   r an g es   b et w ee n   - 4 ° C   an d   +5 °C ,   w h ic h   is   a  v er y   g o o d   r an g e.   Failu r e  h ap p en ed   at  m i n u te  5   o f   th e   r u n ,   y et  t h e  er r o r   v alu e s   r e m ai n ed   s tab le,   an d   t h e  s y s te m ’ s   p er f o r m an ce   w a s   n o t a f f ec ted .   Af ter   esti m ated   er r o r s   ar e  ca l cu lated ,   th e y   ar e  f ed   to   th e  in f er en ce   en g i n e  i n   th e  f u zz y   lo g ic  m o d u le  to   b e  u s ed   as   w ei g h t  to   t h e  o p tim a l  tab le ’   v alu e s .   An   es t i m ate  o f   t h e  ac t u al  v al u e  t h a t  co u ld   h a v e  b ee n   co llected   f r o m   t h at  f ailed   s e n s o r   i s   p r o d u ce d .   T h e  r u le   e v alu a tio n   p r o ce d u r e  in   th e   f u zz y   lo g ic   m o d u le    Input: optimal table, average of errors   Output: error, new - error   1. Generate an estimation using Fuzzy Logic      1.1. input optimal table & average of errors      1.2. normalize each data in the optimal table, add error as a weight  for each value      1.3. compu te estimated value for failing node.   2. compute error between optimal table and estimated value:   3.If (error <error_threshold)       Continue treatment with estimated value      Else       Compute new error between estimated and previous runs of the failing  node, get least error value.   3.1. if (new_error<error_threshold)          Continue treatment with data from history file        Else         Shutdown system and discard treated material   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   d a ta   esti ma tio n   fo r   fa ilin g   n o d es u s in g   fu z z y  lo g ic  w ith   in t eg r a ted   micro co n tr o ller   in …  ( S a a d   A l - A z z a m )   3629   ( f o r   b o th   r u les ’   a n tece d en t s   an d   co n s eq u en t)   i s   u s ed   b y   th e  f u zz y   lo g ic ’ s   i n f er en c e  en g i n e  to   p r o d u ce     th e  o u tp u t.  T h e  o u tp u t   r ep r esen t s   t h e  n o r m al ized   v al u es   ( n o t  ac tu a l)   o f   th e   s e n s o r ’ s   ex p ec ted   r ea d in g s .     T h ese  n o r m al ized   v al u es   ar e  m ai n l y   u s ed   to   te s t  t h e  r e s u l ts   o f   t h e  s y s te m   b e f o r e  th e  d e - f u zz i f icatio n   p r o ce s s .   A   s i m p li f icat io n   o f   t h e  g e n er al   s tr u ct u r e  o f   th e  f u zz y   lo g ic  te ch n iq u e  is   s h o w n   in   Fig u r e  7 .           Fig u r e  7 .   Fu zz y   lo g ic  m o d u le  b asic o p er atio n s       T h e  f u zz if ica tio n   p r o ce s s   b eg i n s   w it h   ta k i n g   t h e  n u m er ic   v a lu es   f r o m   t h e  o p ti m al  tab le,   wh er e  ea c h   n o d e  s en d s   it s   d ata  ite m   x   t h at   is   in   t h e  u n i v er s e  o f   d is co u r s e  X  d esig n ated   f o r   th at  n o d e  ( te m p er atu r e  v alu e s   f o r   ex a m p le  s h o u ld   b e  in   th e  r an g e  [ 1 0 °C   –   90° C ] ) .   A   s a m p le  o f   in p u t  r ec eiv ed   f r o m   s o m e  o f   th ese  n o d es  is   illu s tr ated   in   T ab le  2.       T ab le   2 .  Sam p le  r ea l - t i m e  d at a  r ea d   b y   th e  s e n s o r s   f o r   n i n e  t i m es   T e mp _ 1   T e mp _ 2   T e mp _ 3   H u m_ 1   H u m_ 2   H u m_ 3   L u x _ 1   L u x _ 2   L u x _ 3   2 1 . 1 6 5   2 1 . 1 6 5   2 1 . 1 6 5   0 . 2 1 2   0 . 2 1 2   0 . 2 1 2   2 . 6 4 7   2 . 6 4 7   2 . 6 4 7   2 0 . 6 5 7   2 0 . 6 5 7   2 0 . 6 5 7   0 . 2 0 6   0 . 2 0 6   0 . 2 0 6   2 . 6 8 6   2 . 6 8 6   2 . 6 8 6   2 0 . 1 3 5   2 0 . 1 3 5   2 0 . 1 3 5   0 . 2 0 1   0 . 2 0 1   0 . 2 0 1   2 . 7 0 6   2 . 7 0 6   2 . 7 0 6   2 0 . 4 4 2   2 0 . 4 4 2   2 0 . 4 4 2   0 . 2 0 4   0 . 2 0 4   0 . 2 0 4   3 . 8 9 7   3 . 8 9 7   3 . 8 9 7   1 9 . 4 2 3   1 9 . 4 2 3   1 9 . 4 2 3   0 . 1 9 3   0 . 1 9 3   0 . 1 9 3   3 . 2 1 5   3 . 2 1 5   3 . 2 1 5   2 1 . 8 4 6   2 1 . 8 4 6   2 1 . 8 4 6   0 . 2 1 7   0 . 2 1 7   0 . 2 1 7   7 . 3 9 9   7 . 3 9 9   7 . 3 9 9   2 0 . 2 3 9   2 0 . 2 3 9   2 0 . 2 3 9   0 . 2 0 1   0 . 2 0 1   0 . 2 0 1   6 . 0 8 4   6 . 0 8 4   6 . 0 8 4   2 2 . 0 0 7   2 2 . 0 0 7   2 2 . 0 0 7   0 . 2 1 9   0 . 2 1 9   0 . 2 1 9   9 . 5 4 1   9 . 5 4 1   9 . 5 4 1   2 0 . 5 0 4   2 0 . 5 0 4   2 0 . 5 0 4   0 . 2 0 3   0 . 2 0 3   0 . 2 0 3   8 . 3 7 3   8 . 3 7 3   8 . 3 7 3       T h e  r u le  b ase  i n   t h is   f u zz y   lo g ic  f u n c tio n s   is   b ased   o n   “ S u g e n o ”  m et h o d   [ 2 3 ] .   A   s i n g le  s p ik e  o f   d ata,   ca lled   a  “ s i n g leto n ”,   is   u s ed   a s   th e  m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   th e  r u le  co n s eq u e n t.  Op p o s ed   to   th is   m et h o d   is   “ Ma m d an i”   m e th o d   w h ic h   i n teg r ates  ac r o s s   a  co n ti n u o u s l y   v ar y i n g   f u n ctio n   to   f i n d   a  ce n tr o id   o f   a  t w o - d i m en s io n al   s h ap e  [ 2 4 ,   2 5 ] .   Fo r   ex a m p le,   f o r   f u zz y   v ar iab l es  x ,   y   an d   z   t h at  ar e  p ar ts   o f   f u zz y   s ets   A   a n d   B   th at  b elo n g   to   th e   u n i v er s e   o f   d is co u r s e  X   an d   Y  r esp ec ti v el y ,   a  r u le  e v al u atio n   co m es   i n   t h e  f o r m   p r ese n ted   in   f o r m u la  ( 4 )   [ 2 3 ] .   T h e  ( . )   is   a  m at h e m a tical  f u n ctio n .   I n   a  ze r o - o r d er   Su g en o   f u zz y   m o d el,   th e  f u n c tio n   is   ev al u ated   to   a  co n s ta n t k   w h o s e  v alu e  d eter m in e s   t h e  v al u e   o f   th e  s i n g leto n   r es u lti n g   f r o m   th e  i n f er en ce .                           →      ( . )   ( 4 )     Fo r   th r ee   s e n s o r s   i n   F ig u r e  1 ,   f o r   ex a m p le,   th er e  ar e  n i n e  r u les  u s ed   b y   t h e  f u zz y   lo g ic  m o d u le,   o n e   f o r   ea ch   s en s o r   ( E x ce p t  Vo ltag e  s en s o r s ) .   T h ese  r u les  h av e  b ee n   ev alu ated   to   co n f id e n ce   lev els  b ased   o n     th e  er r o r   ca lcu lated   w h e n   b u il d in g   t h e   o p ti m al  tab le.   A   s a m p le  o f   th e  r u le s   w it h   as s o ciate d   co n f id en ce   le v el s   ar e  illu s tr ated   i n   T ab le  3 .   I n f e r en ce   o f   o u tp u t  u s i n g   t h e  r u le  b ase  ad o p ts   th e  “Su g e n o ”  in f e r en ce   m et h o d   [ 2 3 ] .   T h e  r u le  ev alu at io n   p r o ce s s   is   illu s tr ated   in   Fi g u r e  8 .       T ab le  3 .   Fu zz y   r u les  m ap p ed   to   h is to r ical  d ata  r etr iev ed   f r o m   o p ti m al  tab le,     w h er e  L   f o r   L o w ,   M  f o r   Me d i u m ,   a n d   H  f o r   Hig h   R u l e #   1   2   3   4   5   6   7   8   9   H i st o r i c a l   C o n f i d e n c e   L   M   H   L   M   H   L   M   H       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 6 2 3   -   3634   3630       Fig u r e  8 .   Su g e n o   r u le s   ev al u at io n   p r o ce s s       On e  o f   t h e  m o s tl y   u s ed   d e - f u z zif icatio n   f u n ctio n s   u s ed   w it h   Su g en o   m et h o d   is   th e  “ ce n ter   o f   g r a v it y   f o r   s in g leto n ”  as s h o w n   i n   ( 5 ) .       =   ∑ [ ] = 1 ∑ [ ] = 1   ( 4 )     W h er e  U  is   th e  cr is p   o u tp u t,  u   is   t h e  o u tp u t  v ar iab le,   µ  is   t h e  m e m b er s h ip   f u n c tio n   ( i n v e r s e  o f   th e  o n e  u s ed   f o r   f u zz i f icatio n )   u s ed   a f ter   ac cu m u lat io n   o f   v al u es.  T h e  d e - f u zz if ica tio n   p r o ce s s   is   d o n e  i n   a  s i m ilar   m a n n er   s h o w n   i n   Fi g u r e  9 ,   th at  is   ad ap ted   f r o m   t h e  w o r k   i n   [ 1 0 ] ,   f o r   te m p er at u r e  v a lu e s   u s ed   in   t h e  n o d e’ s   d ata   p r ed ictio n   f o r   ex a m p le.   T h e  r esu lt in g   cr is p   o u tp u t  f r o m   th e   d e - f u zz i f icatio n   p r o ce s s   i s   s e n t  to   th e  co n tr o ller s   to   h elp   t h e m   m ak e   a  d ec i s io n   r e g ar d in g   t h e  tr ea t m en t  u n it ’ s   f u n ctio n al it y   an d   t h e  m ater ial  b ei n g   tr ea ted   v alid it y .           Fig u r e  9 .   D e - f u zz i f icatio n   p r o ce s s   ( A d ap ted   f r o m   th e  w o r k   i n   [ 1 0 ] )       4.   I M P L E M E NT AT I O N  A ND  T E ST I N G   T h e  s y s te m   w as  test ed   i n   a  s t ea m   s ter ilizer   i n   a  f ac to r y .   T h e  s en s o r   n o d es  ar e  p u t  i n   a  r o u g h   w o r k   en v ir o n m e n t,  w h er e  s tea m   an d   h ig h   a n d   f l u ctu at in g   te m p er atu r e  h as  a  d ir ec t  ef f ec t  o n   t h e s e  s en s o r s ’   li f eti m e.   T h is   m a k es  m o s t  o f   th e  w o r k i n g   n o d es  p r o n e  to   f aili n g ,   an d   r ep lacin g   t h e m   m ig h t  n o t  b e  an   ea s y   tas k   s in ce   s to p p in g   t h e  s ter ilizer   in   t h e   m id d le  o f   a  tr ea tm e n t  p r o ce s s   w o u ld   m ea n   eit h er   lo s in g   th e  m ater ial  b ein g   tr ea ted   o r   lo s in g   ti m e.   I n   b o t h   ca s es,  it  m ea n s   m o n e y   f o r   th e  f ac to r y   an d   b u s i n ess   o w n er .   E v alu a tio n   o f   t h e  v alid it y   an d   ap p licab ilit y   o f   t h e  p r o p o s ed   p r o ce d u r e  w as   test ed   in   a  s i m u latio n   o f     a  s tea m   s ter il izatio n   u n it  s i m il ar   to   th o s e  u s ed   in   f o o d   p r o ce s s i n g   e s tab lis h m en t s .   A ll  s e n s o r s   in   th e  tr ea t m en t   u n i t  ar e  co n n ec ted   to   a   b ase  s tatio n   w h er e  a   h u m a n   u s er   m o n ito r s   th e   en tire   s y s te m   co n s ta n tl y ,   a n d   m ak e s   d ec is io n s   r e g ar d in g   t h e  u n it   ( o r   th e  tr ea ted   m ater ial)   if   a n y th in g   w e n t  w r o n g .   E ac h   g r o u p   o f   s en s o r s   w a s   co n n ec ted   w ir ele s s l y   to   a  d e d icate d   m icr o co n tr o ller .   T h e  m icr o co n tr o ller   s to r es  r ec ei v ed   d ata  f r o m   ea c h   s en s o r   o v er   p r e - d eter m i n ed   tim e  s tep s .   I t  cr ea tes  an d   u p d ates  th e  o p ti m al  tab le  to   b e  u s ed   in   ca s e  o n e  o f     th e  n o d es  f ails   a n d   s to p s   s e n d i n g   d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   d a ta   esti ma tio n   fo r   fa ilin g   n o d es u s in g   fu z z y  lo g ic  w ith   in t eg r a ted   micro co n tr o ller   in …  ( S a a d   A l - A z z a m )   3631   T h e  u s e  o f   m icr o co n tr o ller s   i n   t h is   k i n d   o f   s y s te m s   h a s   s e v er al  b en e f it s   s u ch   as  m icr o c o n tr o ller s   p r o v id e  h i g h   p er f o r m a n ce   a n d   lo w   p r o ce s s i n g   ti m e.   T h e y   p r o v id e  a  g o o d   s o lu tio n   w i th   lo w   co s t.  O n   av er a g e,   a  m icr o co n tr o ller   co s t s   1 . 3 $   o n   E b a y   a n d   s en s o r s   co s t   ar o u n d   8 $ .   T h e y   a ls o   h av e   t h e   ab ilit y   to   co n n ec t     th e  s y s te m   to   t h e  in ter n et  a n d   p r o v id e  r eliab le  r ea l  ti m e  r ea d in g s .   I n   ad d itio n   to   th e   af o r e m en tio n ed   b en e f i ts ,   m icr o co n tr o ller s   h av e  t h e  ab il it y   to   tr an s f er   d ata  b et w ee n   m u ltip le  co n tr o ller s   o n   t h e  i n teg r ated   m e m o r y   ca r d .   T h is   m ea n s   th at   a  s y s te m   c an   lear n   f r o m   an o t h er   s y s te m ,   as s u m i n g   an o t h er   s ter i liz in g   u n it  h a s   b etter   p er f o r m a n ce   t h an   th e  o n e  at  h an d .   T h en ,   th i s   m o r e  ef f icie n t  u n i t’ s   d ata  ca n   b e  ea s il y   co p ie d   f r o m   its   m e m o r y   ca r d   to   th e  m e m o r y   ca r d   o f   th e  u n it  at  h an d .   Faili n g   at  th e   f i r s t  r u n   h as  t h e  h i g h e s t  er r o r   in   esti m at in g   m is s in g   d ata.   So ,   th is   s ce n ar io   w a s   t ak en   i n to   co n s id er atio n   w h e n   test i n g   t h e  s y s te m .   An o th e r   s ce n ar io   in v o lv e s   m ea s u r in g   t h e  er r o r   in   esti m at in g   a n d   co m p ar in g   t h is   es ti m a ted   v alu e  w it h   t h e  ac tu a l  v al u e   r ea d   b y   th e  s e n s o r   if   it  h a s n ’ t  f ailed .     U s in g   Ma t l ab   p ac k ag e  allo w s   “ p ea k i n g ”  at  ac tu al  d ata  t h at  ar e  h id d en   f r o m   th e  f u zz y   lo g ic   esti m atio n   m o d u le.   F ig u r e  1 0   s h o w s   h o w   t h e  er r o r   w as  h i g h   in   t h e  f ir s t  r u n s   o f   t h e  s ter iliz in g   u n it  a n d   h o w   it   d r o p p ed   to   alm o s t z e r o   b y   t h e  en d   o f   th e  2 5 th   r u n ,   w h en   a  n o d e  f ailed .   T h e  f ir s t   r u n   o f   t h e  s y s te m   i s   co n s id er ed   t h e  m ai n   b u ild in g   b lo ck   i n   e s tab lis h i n g   t h e  o p ti m al  tab le.   A cc o r d in g   to   th i s   r u n ,   th e   er r o r s   ar e  u p d ated   a n d   est i m a tio n s   ar e  p r o d u ce d .   T h e  n o d e  f ail s   at  th e   f ir s t   r u n   h a s   s er io u s   i n d icatio n s   t h at  t h e  s y s te m   i n   g en er al  is   at  h i g h   r is k   o f   f aili n g   s o o n .   R is k   a v o id an ce   p r o ce d u r es sh o u ld   tak e  t h is   p o s s ib ilit y   i n to   co n s id er atio n .   T h e  esti m atio n   s h o u ld   ta k e  s u ch   a  ca s e  in to   co n s id er atio n   to   h elp   m ak e   th e   s y s te m   r u n n i n g   ev e n   if   a  n o d e  f ai ls   at  f ir s t  r u n .   T h e  o p ti m al  tab le  i s   b u il t  f r o m   a v ailab le  r ea d in g s   o f   o th er   s en s o r s ,   o r   r ea d in g s   f r o m   p er v io u s   d ata  u n d er   s i m i lar   co n d itio n s   –   d eter m i n ed   b y   t h e  h u m an   co n tr o ller .   T h e  ca lcu lated   er r o r   f o r   th at   f ailed   n o d e  is   e x p ec ted   to   b e  h ig h ;   y et,   it  ca n   b e  co r r ec ted   th r o u g h   u p co m i n g   s y s te m   r u n s .   Fi g u r es  1 1   a n d   1 2   s h o w   er r o r   v al u e s   co m p u t ed   f o r   t w o   d i f f er en t   s e n s o r s   th at  f ai led   af ter   5   m i n u te s   i n   th e  f ir s t r u n .   T h e  er r o r s   w er e  m a n ag ed   as ti m e  s te p s   w e n t o n .           Fig u r e  1 0 .   E r r o r   v alu es  co m p u ted   b y   t h e  p r o p o s ed   tech n iq u e  v er s u s   t h e  n u m b er   o f   r u n s   b ef o r e  f ailu r e             Fig u r e  1 1 .   E r r o r   in   te m p er atu r e  esti m a tio n     af ter   n o d e  f ail u r e  in   1 s t r u n     Fig u r e   1 2 .   E r r o r   in   h u m ed it y   e s ti m atio n     af ter   n o d e  f ail u r e  in   1 st   r u n       T h e  er r o r   ( c o n f id en ce   l ev e l)   b eg in s   at  0 ;  th e  s y s te m   i s   i n   th e  p r o ce s s   o f   b u i ld in g   t h e  h i s to r y   f ile.   W h en   f ail u r e  h ap p en ed   a f ter   5   m i n u tes   o f   th e   r u n ,   t h e  e r r o r   s p ik ed   b ec au s e  th er e ’ s   n o   p r ev io u s   d ata  to   co m p ar e  to   an d   ca lcu late  th e  er r o r .   T h e  er r o r   v alu es  n o ted   in   b o th   f ig u r es  ar e  clo s e  to   0 ,   b ec au s e  th e  ac t u al   d ata  th at  w o u ld   h a v e  b ee n   co llected   in   ca s e  th e  n o d e  d id n ’ t  f ail  is   v er y   clo s e  to   th e  esti m ated   d ata.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 6 2 3   -   3634   3632   Fo r   ex a m p le,   t h e  ac t u al  te m p er atu r e  v a lu e   is   al m o s t  4 0 °  C   a n d   t h e  ac t u al  h u m id it y   v a lu e  i s   ar o u n d   2 8 %.     T h e  ac tu al  v alu e s   w er e  u s ed   j u s t  to   s h o w   h o w   th e  er r o r   is   p r o d u ce d   in   ca s e  an o th er   m ea s u r e  ( lik e  p r ed ictin g   r elatio n s h ip s   b et w ee n   co n n ec t ed   n o d es,  w h ic h   i s   r ea ll y   t h e  c ase  in   t h is   s y s te m ) .   T h e  m icr o co n tr o ller   ac tiv ated   th e  f u zz y   lo g ic  m o d u le  to   p r o d u ce   esti m a tes,  w h i c h   w er e  v er y   clo s e  to   th e  r ea l  v alu e s .   T h e  er r o r   v alu es  ar e  clo s e  to   ze r o   s in ce   th e  esti m at ed   v alu es a r e  v er y   clo s e  to   th e   r ea l v alu es ; si n ce     E r r o r   = A ctu a l v a lu e  – E s tima ted   va lu e.     I n   th i s   ex a m p le,   th e  er r o r   w o u ld   b e:  4 0   –   4 5   =  - 5 ° C .   Af ter   s e v er al  r u n s ,   t h e  s y s te m   s tab ilized ,   an d   co n ti n u ed   o p er atin g   w it h   th e   f ai lin g   n o d es,  b u t  u s in g   esti m ated   v alu e s .   T h e  er r o r ,   i n   ca s e  o f   te m p er at u r e  b y   t h e  en d   o f   th e  tr ea t m e n t  ti m e  d r o p p ed   t o   - 2 5   ( s in ce     th e  u n it  s tar ts   lo w er i n g   t h e  te m p er at u r e  v al u es   a f ter   2 5   m i n u te s   o f   t h e  tr ea t m en t) .   A ls o ,   th e  h u m id it y   er r o r   d r o p p ed   to   2 0 %  ( s in ce   th e  t e m p er atu r e  d r o p p e d ) .   I t’ s   w o r th   m e n tio n i n g   th at  t h er e  ar e  s o m e  e s tab lis h ed   r elatio n s h ip s   b et w ee n   t h e  n o d es  in   th e  s ter ilizer .   Fo r   ex a m p l e,   as  th e  te m p er at u r e  in cr ea s e s ,   th e  h u m id it y   al s o   in cr ea s es   an d   t h e  e n er g y   c o n s u m p tio n   i n cr ea s es.  T h is   p iece   o f   in f o r m a tio n   ca n   b e  u s ed   i n   b u ild in g     th e  o p ti m al  tab le   if   a  n o d e  f ai l s   at  t h e   f ir s t  r u n ,   a n d   ca n   h elp   th e  f u zz y   lo g ic   esti m at io n   m o d u le  p r ed ict  v al u e s   th at  ar e  clo s e  to   th e  r ea l v al u e s .   R u n s   t h at  f o llo w   a  f ir s t  “su cc ess f u l”  r u n   w ill  h av e  m o r e  d ata  to   w o r k   w i th   an d   ca lc u late   a  s m a ller   er r o r   v alu e .   T h is   w o u ld   u lti m atel y   p r o d u ce   clo s er   esti m ated   v alu e s   to   r ea l  d ata.   A t   th e  f o u r th   r u n   o f     th e  s y s te m ,   f o r   e x a m p le,   t h e  o p tim a l  tab le   w il l  h a v e  r ea l  d ata  th at  t h e  m icr o co n tr o ller   w il l  u s e  i n   f i n d in g     th e  er r o r   m ar g i n   b e f o r e  u s i n g   th e  f u zz y   lo g ic  e s ti m atio n   m o d u le.   T h ese  d ata  w ill  b e  clo s er   to   r ea l  co llected   d ata  if   t h e  n o d e  d id   n o t  f ail.   T h e  s y s te m   w ill   h a v e  lo w er   r is k   o f   o v er all   f a ilu r e,   a n d   t h e  n ee d   f o r   a  u n i t  s h u td o w n   ca n   b e  av o id ed   alt o g eth er   a n d   n o d e  r ep lace m e n t  co u ld   b e  p o s tp o n ed   w it h o u t   cr itical  d a n g er   o n     th e  s y s te m .   Fig u r es  1 3 ,   1 4 ,   an d   1 5   s h o w   t h e  es ti m ated   v al u e s   p r o d u ce d   b y   t h e  s y s te m   ag ai n s t  t h e  r ea l  v al u es   th at  w er e  ac tu a ll y   r ea d   b y   t h e   s en s o r s .   M A T L A B   allo w s   d e v elo p er s   “ p ea k ”  a t  r ea l - d ata,   a n d   h id e  th e m   f r o m   th e  f u zz y   lo g ic’ s   m o d u le.   T h e  d ata  p r esen ted   in   t h e  g r ap h s   ar e  f o r   th e  s a m e  s en s o r s   at  d if f er en t  ti m e   s tep s   i n   th e  f o u r th   r u n   o f   th e  s ter ilizi n g   u n it.             Fig u r e  13.   A ctu a l te m p er at u r e  ( b lu e)   v s .   esti m ated   te m p er atu r e  ( r ed )   in   4 th r u n     Fig u r e  1 4 .   A ctu a l h u m id it y   ( b l u e)   v s .   es ti m ated   h u m id it y ( r ed )   in   4 th r u n           Fig u r e  1 5 .   A ctu a l lu x   ( r ed )   v s .   esti m a ted   lu x   ( y ello w )   in   4 t h r u n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.