I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 7 ,   p p .   2 7 1 3 ~ 2 720   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 5 . pp 2 7 1 3 - 2 720           2713       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Q o S F ra m ew o rk   for a  Multi - sta c k   ba sed H e terog ene o us  Wireless  Se nso Netw o rk       K .   P a ni m o zhi,  G .   M a ha dev a n   De p a rt m e n o f   Co m p u ter S c ien c e   a n d   E n g in e e rin g ,   V isv e sv a ra y a   Tec h n o l o g ica Un iv e rsit y ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   31 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   3 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u l   11 ,   2 0 1 7       W irele ss   se n so n o d e c o n sist  o f   a   c o ll e c ti o n   o f   se n so n o d e w it h   c o n stra in e d   re so u rc e in   term o f   p ro c e ss in g   p o w e a n d   b a tt e r y   e n e rg y .   W irele ss   se n so rs  n e tw o rk a re   u se d   in c re a sin g ly   in   m a n y   in d u strial  a n d   c o n su m e a p p li c a ti o n s.  S e n so rs  d e tec e v e n ts  a n d   se n d   v ia  m u lt h o p   r o u ti n g   to   th e   sin k   n o d e   f o p r o c e ss in g   th e   e v e n t.   T h e   ro u ti n g   p a t h   is  e sta b li sh e d   th ro u g h   p ro a c ti v e   o re a c ti v e   ro u t in g   p ro to c o ls.   T o   im p ro v e   th e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   W irele ss   S e n so Ne t w o rk s ,   m u lt sta c k   a rc h it e c tu re   is  a d d re ss e d .   Bu th e   m u lt sta c k   a rc h it e c tu re   h a m a n y   p ro b lem w it h   re sp e c to   li f e   ti m e ,   ro u ti n g   lo o p   a n d   QO S .   In   t h is  w o rk   w e   p ro p o se   a   so lu ti o n   t o   a d d re ss   a ll   th e se   th re e   p ro b lem o f   li f e   ti m e ,   ro u ti n g   lo o p   a n d   QO S   i n   c a se   o f   m u lt sta c k   a rc h it e c tu re .   K ey w o r d s :   B an d w id t h   E n er g y   c o n s u m p tio n   Mac  s ch ed u l in g   Mu lti - s tack   Qo S   f r a m e w o r k   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o 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 rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   K. P an i m o zh i,    Dep ar t m en t o f     C o m p u ter     Sci en ce   an d   E n g i n ee r in g ,   B MSC E ,   B an g alo r -   560019.   E m ail: p an i m o z h i.c s e @ b m s ce . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N     Sen s o r   n et w o r k s   h av b ee n   p l a y in g   a   v i tal  r o le  w it h   e v o lu t i o n   o f   tec h n o lo g ies   f o r   s o p h is t icate d   u s e   b y   m an k i n d .   Op ti m izatio n   o f   s en s o r   n et w o r k s   o n   s e v er a p ar am eter s   h a s   m ad th u tili za t io n   o f   th e s n et w o r k s   in   s e v er al  s p h er es  o f   h u m an   l if e ,   f o r   e. g .   b lo o m i n g   o f   I n ter n e o f   th in g s .   B u t o   d ev elo p   s en s o r   n et w o r k   th a s u p p o r ts   r ec en d a y s   ad v an ce m e n in   tec h n o lo g y   n ee d s   u n i f ied   f r a m e w o r k   to   en ab le  ex is ten ce   o f   d if f er en t t y p es o f   ap p licatio n   o n   t h s a m s e n s o r   n et w o r k .   Su c h   k i n d   o f   v er s atil e   s e n s o r   n et w o r k s   w ill  h av e   lo ts   o f   li m itatio n s   w h ile   d esig n in g .   B u w h en   t h ese  li m ita tio n s   ar o v er co m e,   th e y   ca n   b u s ed   f o r   m o r th a n   o n ap p licatio n   s i m u ltan eo u s l y .     T h is   p ap er   aim s   at  p r o v id in g   g en er al  f r a m e w o r k   w h ich   s u p p o r ts   m aj o r   Qu alit y   o f   s er v i ce   m etr ics   th at  w o u ld   b e n ef i t h e n d   u s er s   to   u ti lize  t h eir   W S b ased   h e ter o g en eo u s   ap p licatio n s   e f f ic ien t l y .   Fra m e w o r k   p r o v id es  u n i f ied   s tr u ct u r en ab li n g   v ar ied   ap p licatio n s   to   r u n   e f f icie n tl y   an d   ef f ec tiv e l y .   I n   th i s   r eg ar d s   f e w   a tte m p t s   h av b ee n   m a d b y   u s   to   d esi g n   s u ch   k in d   o f   f r a m e w o r k .   An d   o u r   s tu d y   h as  b ee n   co n tr ib u ted   i n   t h e   p ap er   [ 1 ] ,   in   w h ic h   p r io r it y   b ased   p ac k et  s c h ed u li n g   al g o r ith m   w as   i m p le m en ted   o n   a   m u lti - s tac k   to   in cr ea s th th r o u g h p u an d   d ec r ea s d elay   f o r   an   ap p licatio n   w it h   m ix ed   tr af f ic   o f   a   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k s .   Ne x t,  d y n a m ic  b an d w id t h   u til izatio n   al g o r ith m   w a s   i m p le m e n ted   o n   th s a m ap p r o ac h   to   ef f icien tl y   u s t h b an d w id t h   allo ca ted   f o r   d if f er en s ch ed u l es o n   th m u lti - s tac k   q u e u e.       2.   RE L AT E S T UDY    T h s en s o r   co n s tit u ti n g   th e   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k s   ar ca p ab le  o f   s en s i n g   an d   as  w el as   co m m u n icati n g   w it h   o t h er   s e n s o r s   w i th in   its   s p atial  r e g io n s   [ 2 ] .   T h is   ca p ab ilit y   h as   m a d th u s o f   t h es e   s en s o r s   in   w id v ar iet y   o f   ap p licatio n s .   B u its   co n s tr ai n ts   o n   lo w   b atter y   s p a n ,   li m ited   e n er g y   h a s   r ef r ai n ed   th ese  t y p es o f   n et w o r k s   f r o m   s u p p o r tin g   m u ltip le  ap p licatio n   o r   d if f er en t t y p e s   o f   d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 7 1 3     2 7 2 0   2714   Hu g ef f o r h as  b ee n   m ad b y   m a n y   r esear c h er s   to   o v er co m th e s k i n d s   o f   co n s tr ai n ts   to   s u p p o r ap p licatio n s   w it h   v ar ied   d ata  t y p es.   I n   [ 3 ] ,   th a u th o r s   h a v f o r m u lated   an   allo ca tio n   s c h e m f o r   ch an n el  to   s u p p o r v ar io u s   clas s es  o f   Qo o n   t h s p ec tr u m   u s in g   Ma r k o v ain   m o d els.    T h is   s ch e m h as  b ee n   te s ted   w it h   r ea w o r ld   r ea d in g   f o r   w ir el ess   m ed ical  s e n s o r   n et w o r k   a n d   th e   r esu lts   p r o v ed   g o o d.   I n   [ 4 ] ,   th is s u e s   s u c h   as less   e n er g y   e f f ic ien c y ,   lo s s   o f   p ac k et,   lo n g er   j itter s   r elate d   to   co n g esti o n   h a v b ee n   o v er co m b y   p r o p o s in g   o p tim ized   en er g y   co n s u m p tio n   b ased   co n g e s tio n   a v o id an ce   an d   d etec tio n   m ec h a n is m .   I n   [ 5 ] ,   s ev er al  p er f o r m a n ce   m etr ics  s u c h   as  f au l t,  d ela y   t o ler an ce ,   r eliab ilit y   w h ich   co n tr ib u te  to   o v er all  p er f o r m an ce   o f   t h w ir eless   n et w o r k   s e n s o r   n et w o r k   h as  b ee n   co n s id er ed   to   p r o v id f r a m e w o r k   th at   m o n ito r s   t h o v er all   n et w o r k   p er f o r m a n ce .   I n   [ 6 ] ,   g e n er al  f o r m u la   o n   th e   li f eti m f o r   W SNs   t h at   is   d is ti n c t   to   an y   n et w o r k   s y s te m   h as   b e en   p r o p o s ed .   T h p r o p o s ed   f o r m u la   is   b ased   o n   g r ee d y   m eth o d   th a i g n o r es   th c h an n el  s tate  i n f o r m atio n   an d   en er g y   i n f o r m atio n   w h ich   h elp s   i n   i m p r o v e m e n t o f   n e t wo r k   lif eti m e I n   [ 7 ] ,   th au t h o r s   ad d r ess   th p r o b l e m   o f   r ec o n f i g u r in g   an d   allo ca tin g   th b an d w id th   u s i n g   a   f r a m w o r k   w h ic h   u s e s   p r o b ab ilis tic  an d   co m p o n en t - b ased   d esi g n   p r in cip le s .   I n   t h i s   w o r k   th e   au th o r s   h av e   an al y ze d   t h e   p er f o r m a n ce   o f   n et w o r k   u s i n g   ad m i s s io n   co n tr o m a n a g er   f o r   b o th   r eliab i lit y   an d   en er g y -   c o n s er v atio n .   I n   [ 8 ]   th au th o r s   h av d e v elo p ed   u tili t y   f r a m w o r k   t h at  is   m o s s u ited   f o r   h eter o g e n e o u s   s e n s o r   n et w o r k s ,   ca r r y in g   i n f lex ib le   tr af f ic  a n d   to   p r o v id ef f i cien r ate  co n tr o an d   f air   r eso u r ce   allo ca tio n   m ec h a n i s m .   T h is   f r a m e w o r k   h as  b ee n   d ev elo p ed   to   s u p p o r an y   s e n s o r   n et w o r k   w h ic h   i s   en er g y   co n s tr ain ed .   I n   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ]   an d   [ 1 2 ]   d ata  w ith   d if f er en t   p r io r it y   o r   d ata  w i th   v ar ied   i m p o r ta n ce   is   h an d led .   T h ese  tech n iq u es   d if f er en tiate  d ata  g en er ated   b y   d i f f er e n s en s i n g   t ask s   s o   th at   m o r s en s iti v d ata  is   g i v en   h ig h er   p r io r ity .   T h s en s o r   n et w o r k s   w it h   m u ltip le  r ate  ca n   b h a n d led   ef f ec t iv el y   u s i n g   w ei g h ted   f air n es s   is   th e   s u g g e s tio n   g i v e n   b y   a u t h o r s   o f   t h is   p ap er .   W ir eless   s e n s o r   n et w o r k s   p al y   v er y   i m p o r tan t   r o le  in   m o n ito r in g   ap p licatio n s .   I n   r ec en ti m es  t h s a m n et w o r k   d ep lo y ed   is   f o r ce d   to   h an d le  m u ltip le  ap p licatio n s   w it h   v ar ied   Qo r eq u ir e m en t.    T h er ar m an y   cr o s s   la y er   ap p r o ac h es  d esig n ed   to   h an d le  th e s r eq u ir e m en ts .   On   s u c h   ap p r o ac h   w h ic h   is   o r th o g o n al   to   it   is   Mu lti - s tac k   ap p r o ac h   in   w h ic h   d if f er e n p air s   o f   MA C   p r o to co ls   an d   n et w o r k   p r o to co ls   ar h an d led   [ 1 3 ] .     R ec en t l y   r esear ch er s   ar co n tr ib u tin g   m o r o n   t h p o w er   co n s er v atio n   o r   en er g y   ef f i cien c y   i n   W ir eless   Se n s o r   Net w o r k s   wh ich   is   p r i m is s u i n   d ec i d in g   t h lo n g e v it y   o f   t h ese  n et w o r k s .   I n   [ 1 4 ] ,   a   r ev ie w   o n   v ar io u s   w a y s   o f   m a n ag i n g   t h en er g y   co n s u m p tio n   in o r d er   to   in cr ea s t h li f s p an   o f   th n et w o r k   is   d is cu s s ed .   T h au t h o r s   h a v p r o v id ed   th eo r itcal  m o d el  to   i m p r o v th n et w o r k   l if t i m b y   m o d if i y i n g   th e x is t in g   r o u t in g   al g o r ith m s .   I n   [ 1 5 ]   th a u t h o r s   h a v g i v en   n e w   ap p r o ac h   to   i m p r o v t h e n er g y   ef f icien c y   i n   h eter g eo n u s   n et w o r k   u s i n g   f u zz y   b ased   alo g ir th m   in   co m b i n atio n   w it h   n e u r al  n et w o r k s .         3 .         RE SE ARCH   M E T H O DO L O G Y   3 . 1 .     P RO B L E M   DE F I NIT I O N   Giv e n   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k   co v er in g   a n   ar ea   o f   A   a n d   s en s o r   n o d es d is tr ib u ted   r an d o m l y   i n   t h e   n et w o r k   w i th   a   s i n g le  s i n k .   E ac h   s e n s o r   No d h a s   s ta ck   an d   c h ar g ed   w i th   b atter y   ca p ac it y   B .   Sen s o r   d etec ts   an d   r ep o r ev e n ts   to   Si n k .   T h d ata  f r o m   s e n s o r s   ca n   b s ch ed u led   o n   a n y   s tack   an d   d u to   o p er atio n   o f   all   s tac k s ,   th e   n o d e’ s   e n er g y   w ill   d r ain   a f aster   r ate.   D u to   m u ltip le  s tac k s ,   th e   d ata  r o u ted   f r o m   n o d m a y   b lo o p ed   to   s a m n o d an d   n o d eli v er ed   to   s i n k .   So m No d es  i n   t h n et w o r k   m a y   b to o   s el f is h   a n d   w a n to   u s th e n tire   b an d w i d th   an d   in   th i s   ca s e,   o th er   n o d es  ar r o b b e d   th eir   s h ar o f   b an d w id t h .     I n   th is   p ap er   w d ea w it h   th e s th r ee   p r o b lem s   an d   p r o p o s s o lu tio n   f o r   th s a m e :   a.   I n cr ea s th li f o f   n et w o r k   i n   th m u lt i stac k   s e n s o r   n et w o r k s   b.   Ma n ag t h b an d w id t h   an d   en s u r f a ir   u s a g e   c.   Av o id   r o u tin g   lo o p s   in   t h n et w o r k .       3 . 2 .      P RO P O SE SO L U T I O N   I n   o r d er   t o   p o p u lar is th u s o f   w ir eless   s e n s o r   n et w o r k s   to   s u p p o r f o r   m u lt ip le  in d ep en d en t   ap p licatio n s   it   i s   n ec es s ar y   t o   p r o v id b ase  o r   i n f r astru ctu r e,   s u c h   t h at   d if f er en t   u s e r s   ca n   co n c u r r en tl y   s u b m it t h eir   ap p licatio n s   to   ac co m p li s h   d iv er s g o als.   T h p r o p o s ed   s o lu tio n   h as t w o   p ar ts :   a.   I n itializatio n   Sta g e   b.   R o u ti n g   Sta g     3 . 2 . 1 .   I NIT I AL I Z A T I O ST AG E     I n   th i n itializat io n   s ta g e,   th s en s o r   n et w o r k   is   o r g a n ized   in to   clu s ter s .   T h n o d es  w h ich   co v er   th e   s a m s e n s i n g   ar ea   ar g r o u p e d   in to   clu s ter s .   Fo r   ea ch   clu s t er ,   clu s ter   id   is   ch o s en   an d   in f o r m ed   to   all  th e   n o d es  in   t h cl u s ter .   An y   n o d in   th c lu s ter   ca n   p r o ce s s   t h p ac k et  ad d r es s ed   to   its   cl u s ter .   I n   th cl u s ter ,   o n l y   o n n o d is   ac tiv at  ti m e   w h ic h   is   d ec id ed   b y   r o u n d   r o b in   a m o n g   t h n o d es i n   th cl u s ter .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       Qo S   F r a mewo r fo r   a   Mu lti - s t a ck   b a s ed   Hete r o g en eo u s   W ir eless   S en s o r   N et w o r ( K .   P a n imo z h i )   2715   T h clu s ter   f o r m a tio n   al g o r ith m :   a.   E ac h   No d b r o a d ca s ts   h ello   p ac k et  f o r   1   h o p   an d   w ait  f o r   s o m t h r es h o ld   ti m   b.   E v e r y   n o d r ec ei v in g   th e   h e llo   p ac k et  w ill   k ee p   th e   in f o r m atio n   o f   n ei g h b o r   f r o m   wh er h ello   p ac k et  is   r ec eiv ed     c.   Af ter   th t h r es h o ld   ti m e,   n o d b r o ad ca s ts   its   n ei g h b o r   in f o r m atio n   r ec eiv ed .     d.   A   n o d w h ich   h as  m o r n u m b er   o f   n eig h b o r s   b ec o m e s   th c lu s ter   h ea d   a n d   all  th n o d es  j o in   in   t h at  clu s ter .   e.   T h clu s ter   h ea d   n o d cr ea tes  d u t y   c y cle  ti m s c h ed u le  f o r   th n o d es  i n   th at  cl u s ter   an d   also   cr ea tes   u n iq u cl u s ter   id .   Un iq u clu s ter   id   a m o n g   n et w o r k   ca n   b cr ea ted   b y   d o in g   m at h e m a tical   o p er atio n   o n   its   clu s te r   n o d id .   [ Say   id * 1 0 0 0 0 =Clu s ter   id ]   f.   C lu s ter   h ea d   s e n d s   in s tr u ct io n   to   s leep ,   f o r   all  clu s ter   n o d es  an d   w ai f o r   Hello   r o u te  p ac k et  f r o m   th e   s in k   n o d e.   g.   On ce   th s h o r tes t r o u te  to   s in k   is   b u ilt at  t h clu s ter   h ea d ,   it i n s tr u cts all  cl u s ter   n o d es to   w ak eu p .     h.   C lu s ter   h ea d   s e n d s   th d u t y   c y cle  an d   th cl u s ter   id   to   all  n o d es  w it h in   t h cl u s ter   an d   s ta r th d u t y   c y cle  p h ase.     On ce   t h c lu s ter s   ar e   cr ea ted ,   th e   s i n k   w i ll  s tar t h r o u te   b u ild in g   p r o ce s s .   Si n k   b r o ad c asts   Hello   p ac k et  an d   1   h o p   n eig h b o r   n o d es  r ec eiv in g   it,  w ill  ap p en d   its   clu s ter   id   an d   r eb r o ad ca s th Hel lo   p ac k et.   A l s o   n o d r e m e m b er s   t h s h o r h o p   to   th e   s i n k   n o d b y   v ie w i n g   t h p at h   i n   th e   Hello   P ac k et.   T h is   m ak e s   ev er y   cl u s ter   a w ar o f ,   th r o u g h   w h ic h   cl u s ter   th p ac k et  h as   to   b r o u ted   w ith   le s s   h o p   to   th Si n k .   T h r o u te   b u ild in g   p r o ce s s :     a.   Sin k   b r o ad ca s ts   h ello   p ac k et   w it h   h o p   co u n t a s   0   an d   its   id .     b.   On h o p   n ei g h b o r   No d r ec eiv in g   it,  w ill   u p d ate  it s   r o u te  li s w it h   p at h   to   s in k ,   ap p en d   it s   clu s ter   id   an d   r eb r o ad ca s t to   its   n eig h b o r s .     c.   E ac h   n o d w ill u p d ate,   in   t h i s   w a y   s h o r test   h o p   to   s in k   w il l   b r ec o r d ed .     B y   th i s   I n itializat io n   s tag e,   t wo   o f   th e   is s u e s   i n   t h p r o b le m   s tate m en is   s o l v ed .   Si n ce   cl u s ter i n g   is   d o n an d   o n l y   o n n o d in   cl u s ter   is   a w a k at  ti m e,   en er g y   s a v i n g   is   m ad w it h o u a f f ec ti n g   t h s e n s i n g   ac cu r ac y .   A ls o   r o u ti n g   lo o p   is   av o id ed   in   th is   ap p r o ac h ,   as  th r o u ti n g   p ath   is   tr i g g ed   f r o m   Si n k   an d   ea ch   n o d s to r es th s h o r test   p ath   t o   s in k   a s   th r o u te.       3 . 2 . 2 .   RO T UIN G   ST AG E     R o u ti n g   s ta g s tar ts   f o r   ev er y   ti m e,   s en s o r   n o d s en s es  d ata.   R o u ti n g   n ee d s   b an d w id th   f o r   p ac k et  tr an s m is s io n .   O n o f   t h m ai n   r ea s o n   f o r   QOS  d is to r tio n   is   d u to   th f ac t h at  b an d w id th   is   n o m a n ag ed   i n   th n et w o r k .   T h is   i s s u is   o v e r co m b y   o u r   ap p r o ac h   as  w e   m a n ag t h b an d w id t h   t h o u g h   r o u ti n g   to   o b tain   b etter   QOS  in   t h n et w o r k . T h r o u tin g   s tep s   i n   th p r o p o s ed   s o lu tio n   i s   as  f o llo w s   :   1.   E ac h   n o d b ef o r s tar tin g   s ess io n   w it h   s i n k   m u s s en d   B _ R E SERVE  in f o r m atio n   i n   th f ir s t   p ac k et  to   clai m   t h d ata  r ate  n ee d ed .   T h is   is   n ee d ed   f o r   b an d w id t h   r eser v at io n . .   2.   On ce   t h in ter m ed iate  n o d r ec eiv es  B _ R E SE R VE   i n f o r m at io n   it  w ill  tr y   to   allo ca te  b an d w id t h   o n   an y   o n o f   s tac k   ac co r d in g   to   f o llo w in g   r u le s   an   i n   Fi g u r 6 .   R u le  1 : B an d w id t h   n ee d ed   is   s p lit to   th r ee   r an g e s   L o w   / M ed iu m / H i g h     R u le  2 : I f   t h b an d w id t h   as k e d   in   B _ R E SERVE  is   L o w ,   th e n   r o u te  f r o m   lo w   to   h ig h         s h o r test   h o p   co u n t is sear c h e d   in   r o u tin g   lis t f o r   allo ca tio n .     R u le  3 : I f   t h b an d w id t h   as k e d   in   B _ R E SERVE  is   m ed iu m ,   th en   r o u te  f r o m   m id d le       v alu to   h i g h   s h o r test   h o p   co u n t i s   s ea r c h ed   in   r o u ti n g   l is f o r   allo ca tio n   R u le  4 : I f   t h b an d w id t h   as k e d   in   B _ R E SERVE  is   h i g h ,   t h e n   r o u te  f r o m   h i g h   to   lo w              s h o r test   h o p   is   s ea r c h ed   in   r o u tin g   li s t f o r   allo ca tio n   R u le  5 : T h r o u te  is   s elec ted   if   th r eq u ested   b an d w id th   ca n   b e   allo ca ted   o n   s tack     f o r   th at  r o u te  an d   o n ce   r o u te  is   s elec ted ,   th m ax i m u m   b an d w id t h   is   r ed u ce d   b y   t h e   am o u n t   allo ca ted   3.   Af ter   r o u te  is   s elec ted ,   it is   f ill ed   in   th p ac k et  a n d   f o r w ar d ed   to   n ex t h o p   4.   So u r ce   n o d m u s s e n d   B _ R E SERVE  in f o r m a tio n   i n   th p ac k et  af ter   an   i n ter v a o f   d ,   else  at  in ter v al   o f   d ,   in ter m ed iate  n o d es  w ill r elea s th b an d w id t h   allo ca ted   5.   T o     d is co u r ag n o d es  f r o m   ab u s i v u s e     a n d   en s u r f air   u s ag e   o f   b an d w id th   ,   t h b an d w id t h   allo ca tio n   o n   s u b s eq u e n t B _ R E SERVE  is   co n tr o lled   as    B w   to   a llo B W   ask ed   in   B _ R E SERVE    n u m ti m e s   B _ R E SERVE  *   s tep ,   w h er e   s tep   is   a   co n f i g u r ed   v alu e.   6.   A l s o   to   r ed u ce   QOS  f o r   m o r ag g r e s s i v u s er s   o f   b an d w id t h ,   b an d w id th   i s   allo ca ted   o n   lo n g e s p ath   ev en   w h e n   th B _ R E SE R V E   v alu i s   lo w .   T o   co n tr o th is   al lo ca tio n   o f   b an d w id t h   b ased   o n   B _ R E SERVE    v alu e   ,     n u m b e r   o f   ti m es  r eq u e s ted ,   QOS  f ee d b ac k     f u zz y   lo g ic  b a s ed   s el ec tio n   w ill   b u s ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 7 1 3     2 7 2 0   2716   7.   E ac h   n o d co llects   QOS  f ee d b ac k   o n   all  s tac k s   to   m ea s u r th c u r r en QO i n   ter m s   o f   p ac k et  lo s s   an d   b ased   o n   it d ec id to   allo c ate   n e w   r eq u est  f o r   b an d w id t h .     T o   c o n tr o l th allo ca tio n   o f   b a n d w id th ,   f u zz y   lo g ic  d ec i s io n   is   m ad a s   i n   Fi g u r 1 .   T h d ec is io n   i s   b ased   o n   R eq u ested   r e s er v v alu e,   n u m b er   o f   ti m es   r eq u est ed   w i th i n   last   d u r atio n ,   Q OS  f ee d b ac k   i n   t h e   last   d u r atio n .             Fig u r 1 .     Fu zz y   b ased   d ec is io n   f o r   b an d w id th   allo ca tio n       T h R eq u ested   r eser v v a lu i s   s p lit in to   th r ee   ca teg o r ies  L ,   M,   n o r m alize d   b y   th m a x i m u m     v alu t h at  ca n   b r eq u ested .   T h n u m b er   o f   ti m e s   r eq u ested   is   s p lit i n to   th r ee   ca teg o r ies  L ,   M,   n o r m alize d   b y   t h m ax i m u m   n u m b er   o f   t i m es o f   r eq u est  w it h i n   d u r atio n   N.               Fig u r 2 .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   R eq B W       Step   2   to   s tep   4   ar d er iv ed   u s in g   th e   m e m b er s h ip   f u n ct io n   to   a s s i g n   t h r eq u e s ted   b an d w id t h   th r o u g h   th e   Fi g u r 2 .   Step   5   w h ic h   i s   u s ed   to   a v o id   t h r ep ea ted   r eq u est  b y   s p ec if ic   n o d is   id en ti f ied   an d   av o id ed   b y   t h m e m b er s h ip   f u n ct io n   f o r   T i m es R eq .   T im e s R eq   d en o tes  n u m b er   o f   ti m es   th b a n d w id th   is   r eq u ested   b y   s p ec i f ic  n o d e.   QOS  f ee d b ac k   is   m ea s u r ed   in   ter m s   o f   t h ese  i n p u t s ,   th b an d w id t h   to   allo ca te  is   g iv e n   a s   o u tp u v ar iab le.   T h f i n al  o u tp u o f   allo ca tin g   th b an d w id t h   at  s tep   5   is   r ep r esen ted   in   t h e     Fig u r 5 .   T h allo ca tio n   h ap p en s   a f ter   an al y zin g   t h lev el  o f   b an d w id t h   r eq u ested   an d   n u m b er   o f   ti m es  t h e   b an d w id t h   is   r eq u e s ted .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       Qo S   F r a mewo r fo r   a   Mu lti - s t a ck   b a s ed   Hete r o g en eo u s   W ir eless   S en s o r   N et w o r ( K .   P a n imo z h i )   2717       Fig u r 3 .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   T im es R eq           Fig u r 4 .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   QOS  Feed b ac k           Fig u r 5 .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   th o u tp u t v ar iab le  b an d w id t h   to   allo ca te           Fig u r 6 .   T h r u les f o r   in p u t t o   o u tp u t tr an s la tio n       4 .      RE SUL T S   T o   test   th p er f o r m a n ce   o f   p r o p o s ed   m et h o d   w i m p l e m en ted   t h s o l u tio n   u s i n g   J P r o w ler .     T h s i m u latio n   w as  co n d u cte d   w it h   t h p ar a m eter s   s h o w n   i n   T ab le  1 .   T h s i m u latio n   w a s   ca r r ied   co m p ar in g   th p r o p o s ed   s o lu t io n   ( M u lti   s tac k   w i th   b an d w id t h   m a n a g e m e n t) ,   m u lti   s tac k   an d   s i n g le  s tac k   s o l u tio n .   Fo llo w i n g   f o u r   p ar am e ter s   ar co llected   an d   m ea s u r ed   :   a.   T h r o u g h p u t   b.   Dela y   c.   P ac k et  L o s s   d.   Av er ag E n er g y   co n s u m p tio n   e.   L i f t i m       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 7 1 3     2 7 2 0   2718   T ab le  1 .   Sim u latio n   P ar am e ter s   P a r a me t e r s   V a l u e s   N u mb e r   o f   N o d e s   U p t o   1 0 0   N o d e s   C o mm u n i c a t i o n   r a n g e   1 0 0 m   A r e a   o f   si mu l a t i o n   8 0 0 m* 8 0 0 m   P a c k e t   R a t e   1 0     t o   2 5   p a c k e t   p e r   se c o n d   S i mu l a t i o n   t i me   1 0 0   se c o n d s   I n t e r f a c e   Q u e u e   L e n g t h   50   M A C   S M A C / T M A C   N o   o f   si n k   1   N o   o f   S t a c k     2       T h r o u g h p u t is  m ea s u r ed   in   ter m s   o f   n u m b er   o f   p ac k et s   r ec ei v ed   at  s in k .                                    Fig u r 7 .     T h r o u g h p u t v s   Net w o r k   d en s it y              Fig u r 8 .   T h r o u g h p u v s   D ata  r ate       T h n et w o r k   d en s it y   is   v ar ied   an d   th th r o u g h p u is   m ea s u r ed   an d   p lo tted .   Fro m   th F ig u r 7 ,   w e   s ee   t h at  t h r o u g h p u i s   h ig h   i n   t h p r o p o s ed   m u lti  s tack   w it h   B W - e n er g y   m a n a g e m e n co m p ar ed   to   o th er   s o lu tio n s .   T h r o u g h p u i s   co m p ar ed   f o r   v ar y i n g   d ata  r ate,   an d   f r o m   t h Fi g u r 8 ,   w s ee   t h at  th th r o u g h p u i s   h ig h er   i n   p r o p o s ed   s o lu tio n   c o m p ar ed   to   o th er s .   Dela y   is   m ea s u r ed   in   ter m s   o f   av er a g e   laten c y   o f   p ac k et s   f r o m   s o u r ce   to   s in k .                                  Fig u r 9 .   Dela y   V s   Net w o r k   Den s it y                                                         Fig u r 1 0 .   Dela y   v s   Data   r ate       Dela y   is   m ea s u r ed   b y   v ar y i n g   th n u m b er   o f   n o d es  an d   d ata  r ate,   an d   f r o m   th F ig u r 9   w s ee   th a t   th p r o p o s ed   s o lu tio n   h a s   s li g h tl y   h i g h er   d ela y   b ec au s o f   b an d w id th   r est r ict io n .     Fo r   d if f er en d ata  r ates,  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       Qo S   F r a mewo r fo r   a   Mu lti - s t a ck   b a s ed   Hete r o g en eo u s   W ir eless   S en s o r   N et w o r ( K .   P a n imo z h i )   2719   d elay   is   m ea s u r ed .   Fro m   t h e   Fig u r 1 0 ,   w s ee   th at   th d elay   is   s li g h t l y   h i g h er   i n   p r o p o s ed   b ec au s o f   b an d w id t h   r estrictio n .   P ac k et  L o s s   i s   m ea s u r ed   in   ter m s   o f   p ac k et  lo s s   r atio .                           Fig u r 1 1 .     P ac k et  L o s s   v s   N et w o r k   De n s it y                             Fig u r e   1 2 .   P ac k et  L o s s   v s   Data   r ate       P ac k et  lo s s   is   m ea s u r ed   b y   v a r y in g   th n u m b er   o f   n o d es  i n   th n et w o r k .   Fro m   t h Fi g u r 1 1 ,   w s e e   th at  th p ac k e lo s s   is   les s   in   p r o p o s ed   m eth o d   co m p ar ed   to   th o th er   s o lu ti o n . P ac k et  l o s s   is   m ea s u r ed   b y   v ar y i n g   t h d ata   r ate  a n d   f r o m   t h e   Fi g u r e   1 2 ,   w e   s ee   t h a p ac k et   lo s s   is   s li g h tl y   lo w e r   in   th e   p r o p o s ed   co m p ar ed   to   o th er   s o lu tio n s .                                          Fig u r 1 3 .   A v er a g E n er g y   co n s u m p t io n   v s   Net w o r k   S ize            Fig u r 1 4 .     L i f eti m v s   Net w o r k   s ize       T h av er ag e   en er g y   co n s u m p tio n   i s   m ea s u r ed   b y   s u m m in g   t h r e s id u al   en er g y   at   all  n o d es  a n d   d iv id in g   it  b y   n u m b er   o f   n o d es.  Fro m   t h Fi g u r 1 3 ,   w s ee   th at  in   p r o p o s ed   s o lu tio n   av er ag en er g y   co n s u m p tio n   is   les s   b ec au s o f   t h cl u s ter i n g   b ased   r o u ti n g   u s ed   i n   t h p r o p o s ed   s o lu tio n .   T h lif ti m o f   t h n et w o r k   is   m ea s u r ed   i n   ter m s   o f   ti m at   w h ic h   t h f ir s t   n o d r esid u al   en er g y   b ec o m e s   0 ,   an d   f r o m   t h e     Fig u r 1 4 ,   th p r o p o s ed   s o lu ti o n   h as  m o r lif ti m co m p ar e d   to   o th er   s o lu tio n   p r o p o s ed   b y   u s .     5 .      CO NCLUS I O   I n   t h is   w o r k ,   m u l tip licit y   o f   f ac to r s   h as   b ee n   ta k e n   i n to   co n s id er atio n   w h e n   d es ig n i n g   Qo S   f r a m e w o r k   f o r   W ir eles s   Se n s o r   Net w o r k .   T h ese  f ac to r s   m a y   also   c h an g d u r i n g   t h li f et i m o f   th n et w o r k   b ased   o n   t y p o f   p ac k et,   e n er g y   co n s tr ai n etc, .   B u t,  in   th is   w o r k ,   m aj o r   p ar am eter s   s u c h   as  b an d w id t h   u tili za t io n ,   r o u ti n g   lo o p   o cc u r r en ce   etc. ,   th at   w o u ld   g r ea tl y   af f ec t h n e t w o r k   li f ti m h as  b ee n   co n s id er ed   to   i m p r o v u p o n   th n et w o r k   lif esp a n .   A s   f u t u r w o r k ,   we  h av e   p lan n ed   to   d esig n   Z ig b ee   b ased   W SN  to   test   th al g o r ith m   d esi g n ed   s o   as to   f ac ilit ate  t h u s o f   t h is   f r a m e w o r k   in   r ea l - li f s ce n ar io s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 7 1 3     2 7 2 0   2720   RE F E R E NC E S     [1 ]   P a n im o z h K an d   G   M a h a d e v a n . , M u lt i - S tac k   A rc h it e c tu re   Im p le m e n tatio n   t o   E n h a n c e   th e   Qo S   in   W S w it h     P ri o rit iza ti o n   o f   P a c k e ts” ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o C o mp u ter   Ap p li c a ti o n s   1 2 0 ( 2 3 ): 5 1 - 5 6 ,   Ju n e   2 0 1 5 .   [2 ]   F .   A k y il d iz,  W .   S u ,   Y.  S a n k a ra su b ra m a n ia m ,   a n d   E.   Ca y irci,   W irele ss   se n so n e tw o rk s : a su rv e y ,   Co m p u t.     n e tw o rk s,  v o l.   3 8 ,   p p .   3 9 3 4 2 2 ,   2 0 0 2 .   [3 ]   Ra h m a n   Do o st - M o h a m m a d y ,   M .   Yo u so f   Na d e ri,     a n d   Ka u sh ik   Ro y   Ch o w d h u ry ,   S p e c tru m   A ll o c a ti o n   a n d   Q o S     P r o v isio n in g   F ra m e w o rk   f o Co g n it iv e   Ra d io   W it h   He tero g e n e o u S e rv ice   Clas se s,    IEE T ra n sa c ti o n o n       W ire les s Co mm u n ica ti o n s ,   V o l .   1 3 ,   N o .   7 ,   JU L Y 2 0 1 4 .   [4 ]   L iq ian g   T a o ,   F e n g q Yu ,   A   No v e Co n g e stio n   De tec ti o n   a n d   A v o id a n c e   A lg o rit h m   f o M u lt ip le  Cl a ss   o f   T ra ff ic   in   S e n so Ne tw o rk ,   P ro c e e d in g o f   th e   2 0 1 1   IEE I n tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   C y b e Tec h n o lo g y   in   A u to m a ti o n ,   Co n tr o l,   a n d   I n telli g e n S y ste m M a rc h   2 0 - 2 3 ,   2 0 1 1 ,   K u n m in g ,   Ch in a   [5 ]   V a sc o   P e re ira,  Jo rg e   S á   S il v a ,   Ed m u n d o   M o n teiro ,   A   f r a m e wo rk   f o W irele ss   S e n so Ne t w o rk p e rf o r m a n c e   m o n it o rin g ,   IEE E   2 0 1 2 .   [6 ]   Yu n x ia  Ch e n   a n d   Qin g   Z h a o ,   O n   th e   L if e ti m e   o f   W irel e ss   S e n so Ne tw o rk s ,   IEE Co mm u n ica ti o n L e tt e rs ,   V o l 9 ,   N o .   1 1 ,   N o v e m b e r   2005.   [7 ]   V W   M a h y a stu ty ,   AA   P ra m u d it a ,   " L o e n e rg y   a d a p ti v e   c lu ste rin g   h iera rc h y   ro u ti n g   p ro to c o f o w irele ss   s e n so n e tw o rk ,   T EL KOM NIKA  T e le c o mm u n ic a ti o n   Co mp u ti n g   El e c tro n i c a n d   Co n tro l . ,   v o l.   1 2 ,   n o .   4 ,   p p .   9 6 3 - 9 6 8 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   Jio n g   Jin , M a rim u th u   P a lan isw a m i,   Bh a s k a Krish n a m a c h a ri  ,   Ra te  c o n tro f o h e tero g e n e o u s   w irele ss   se n so n e tw o rk s: Ch a ra c teriz a ti o n ,   a lg o rit h m s an d   p e rf o rm a n c e , El se v ier,  S e p tem b e 2 0 1 2 .   [9 ]   C.   W a n g ,   B.   L i,   K.  S o h ra b y ,   M .   Da n e sh m a n d   a n d   Y.  Hu ,   Up stre a m   Co n g e stio n   Co n tro i n   W irele ss   S e n so Ne tw o rk th ro u g h   Cro ss - lay e O p ti m iza ti o n ,   IEE J o u r n a o n   S e lec ted   Are a in   Co mm u n ica t io n s ,   V o l .   2 5 ,   Iss u e .   4 ,   M a y   2 0 0 7 ,   p p .   7 8 6 - 7 9 5 .   [1 0 ]   C.   W a n g ,   K.  S o h ra b y ,   V .   La w r e n c e ,   B.   L a n d   Y.  Hu ,   P rio rit y - b a s e d   Co n g e stio n   Co n tr o in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s,”  IEE In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   S e n s o Ne tw o rk s,  Ub iq u it o u a n d   T ru stw o rth y   Co m p u ti n g   2 0 0 6 ,   Vo l.   1 ,   Ju n e   2 0 0 7 ,   p p .   2 2 - 3 1 .   [1 1 ]   I. C.   P a sc h a li d is,   W .   L a i   a n d   D.  S taro b i n sk i, A s y m p to ti c a ll y   Op ti m a T ra n s m issio n   P o li c ies   f o L a rg e -   S c a l e   L o w -   P o w e W irele ss   S e n so Ne t w o rk s ,   IEE E/ ACM   T ra n sa c ti o n o n   N e two rk in g ,   V o l .   1 5 ,   Iss u e .   1 ,   F e b   2 0 0 7 ,   p p .   1 0 5 - 1 1 8 .   [1 2 ]   I. C.   P a sc h a li d is,   W .   L a a n d   D .   S taro b i n sk i,   A s y m p to ti c a ll y   Op ti m a T ra n s m is sio n   P o li c ies   f o L o w -   P o w e r         W irele ss   S e n so Ne t w o rk s,” IE EE   P ro c e e d i n g s o n   t h e   2 4 t h   A n n u a Jo in Co n f e re n c e   o f   th e   IEE C o m p u ter an d     Co m m u n ica ti o n s S o c ieties   INFOCOM  2 0 0 5 ,   V o l .   4 ,   M a 2 0 0 5 ,   p p .   2 4 5 8 - 2 4 6 9 .   [1 3 ]   Na n c y   El   Ra c h k id y ,   A .   G u it to n   , a n d   M . M issio n ,   Im p ro v in g   Qo S   in   w irele ss   s e n so   n e tw o rk u sin g   a   m u lt i - S tac k   a rc h it e c tu re ,   in   IE EE   V e c h icu lar   T e c h n o lo g y   Co n f e re n c e ,   2 0 1 1 .   [1 4 ]     Ra ji v   Bh a n d a ri,  Ra j a se k h a r ,   S t u d y   o n   Im p ro v in g   th e   N e two rk   L i f e   T i m e   M a x i m a z a ti o n   f o W irele ss   S e n so r   Ne tw o rk   u sin g   Cro ss   La y e A p p ro a c h ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   V o l .   6 ,   No .   6 ,   De c e m b e 2 0 1 6 ,   p p .   3 0 8 0 - 3 0 8 6 .   [1 5 ]     Am it   Ku m a r,   Ka u sh ik ,   A   H y b rid   A p p ro a c h   o f   F u z z y   C - m e a n s   Clu ste rin g   a n d   Ne u ra n e tw o rk   to   m a k e   En e rg y   Eff icie n h e tero g e n e o u W irele ss   S e n so n e tw o rk ,   in   I n tern a ti o n a l   Jo u r n a o f   El e c ti rc a a n d   Co m p u t e En g in e e rin g ,   V o l   6 ,   No   2 A p ril   2 0 1 6 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.