I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 ,   p p .   2874 ~ 2 8 8 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 2 8 7 4 - 2 8 8 7           2874     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Ro uting mecha ni sm  ensuring  cong estio n f re e comm unica tion in  wireless s enso ne tworks  enable d b y   interne o thin g for  a pplica tions  in  s ma rt  hea lthcar e       K a s i V enk a t a   K ir a n ,   T .   Srini v a s a   Ra o     1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   G I TA M   U n i v e r si t y ,   V i z a g ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J an   2 4 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   3 ,   2 0 2 5       Re c e n tl y ,   th e   a rc h i tec tu re   o in ter n e o t h i n g s   (Io T)   h a s   b e e n   a p p li e d   t o wa rd g a th e rin g   p h y sic a l,   b io l o g ica l,   a n d   d y n a m ic  sig n o t h e   p a t ien ts  with i n   c o n su m e r - o rien te d   e lec tro n ic - h e a lt h   o r   h e a lt h   se rv ice s.  I n   t h e se   h e a lt h c a re   sy ste m s,  v a rio u th e ra p e u ti c   se n so rs  a re   p lac e d   o n   p a ti e n ts  to   m o n it o v it a l   sig n s.  H o we v e r,   th e   p ro c e ss   o c o ll e c ti n g   d a ta i n   I o T - e n a b led   wire l e ss   se n so n e two rk (W S Ns o fte n   fa c e c o n g e sti o n   issu e s,  re su lt i n g   in   p a c k e lo ss ,   re d u c e d   re li a b il it y ,   a n d   d e c re a se d   th r o u g h p u t.   T o   tac k le  t h is  c h a l len g e ,   t h is  p ro p o se d   p a p e re c o m m e n d a   d istri b u ted   c o n g e stio n   c o n tro l   a lg o rit h m   tailo re d   s p e c ifi c a ll y   re p re se n ti n g   Io T - e n a b le d   WS Ns   u se d   i n   h e a lt h c a re   c o n tex ts.  Th e   su g g e ste d   a p p ro a c h   imp ro v e c o n g e sti o n   b y   e m p lo y in g   a   p rio ri ty - b a se d   d a ta  ro u ti n g   stra t e g y   a n d   in tr o d u c e th e   p re c e d e n c e   q u e u e - b a se d   sc h e d u li n g   m e th o d   to   imp r o v e   re li a b il it y .   Th e n   th e   e ffe c ti v e n e ss   o th is  c o n g e sti o n   c o n tro p r o c e ss   is  a n a ly z e d   sta ti stica ll y ,   a n d   it p e rf o rm a n c e   is   v e rifi e d   a c ro ss   e x ten siv e   sim u lati o n a n d   re a l - li fe   e x p e rime n ts.  Th i so lu ti o n   sh o ws   p o te n ti a f o r   a p p li c a ti o n s   li k e   e a rly   wa rn i n g   sy ste m f o i d e n ti f y in g   p e c u li a h e a rt  ra tes ,   b lo o d   p re ss u re ,   e lec tro m y o g ra p h y   (E M G ) ,   a n d   e lec tro c a rd io g ra m   (ECG )   in   h o sp i tal  o h o m e   c a re   se tt in g s,  th u a d v a n c in g   t h e   c u rre n d iag n o sis c a p a b il i ti e s.   K ey w o r d s :   C o n g esti o n   co n tr o   Data   r o u tin g     Hea lth ca r s y s tem     I n ter n et  o f   t h in g s     W ir eles s   s en s o r   n etwo r k   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kasi Ve n k ata  Kir an   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g ,   GI T AM   Un iv er s ity   Viza g ,   AP,  I n d ia   E m ail:  k asiv en k atak ir an @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   VL SI  cir cu it  tech n o lo g y   a n d   r ec en d ev el o p m en ts   in   m icr o elec tr o n ics  m an u f ac t u r in g   h a v m ad it   p o s s ib le  to   cr ea te  s m ar elec tr o n ic  d ev ices  th at  ca n   s en s e,   p r o ce s s ,   an d   s en d   d ata  [ 1 ] [ 5 ] .   T h in ter n et  o f   t h in g s   ( I o T )   is   d ef in ed   as  s y s tem   o f   n etwo r k e d   co m p u tin g   d ev i ce s   th at  co m m u n icate   with   o n an o th er   an d   th p h y s ical  en v ir o n m en v ia  co m p lex   p r o to co ls   an d   d is p er s ed   i n tel ? lig en ce .   T h ese  n etwo r k s   o p er ate  in   c o n ce r to   ac h iev s h ar e d   o b jectiv es.  T o   cr ea te  t h I o T ,   s ev e r al  n e two r k   ar c h itectu r es,  in clu d in g   r ad i o   f r eq u e n cy   id en tific atio n   ( R FID )   s y s tem s ,   m ac h in e - to - m ac h in e   ( M2 M)   co m m u n icatio n   s y s tem s ,   an d   wir eless   s en s o r   n etwo r k s   ( W SNs ) ,   m u s b i n teg r ated .   v ital   asp ec o f   th e   I o T   in f r astru ct u r e,   W SNs   ar u s ed   f o r   r ea l - w o r l d   item   m o n ito r in g .   Self - o r g an izatio n ,   en er g y   lim itatio n s ,   p ac k et  co n g esti o n ,   ad   h o d e p lo y m e n t,  an d   u n atten d ed   o p er atio n   ar s o m o f   th p ar ti cu lar   is s u es  th at   W SNs   en co u n ter .   I n   th r ea lm   o f   cu s to m er - ce n tr ic  e - h ea lth   an d   h ea lth ca r s er v ices,  th ese  u n iq u f ea tu r es  ca ll  f o r   t ailo r ed   p r o ce d u r es.  Qu ality   o f   s er v ice  ( Q o S),   s im p licity ,   lo p o wer   co n s u m p tio n ,   ea s o f   in teg r atio n ,   an d   co s t - ef f ec ti v en ess   ar im p o r tan f ac to r s   to   co n s id er   wh ile  d ep lo y in g   h ea lt h ca r e - awa r e   wir eless   s en s o r   n etwo r k s   ( HW SNs )   in   co n s u m e r   d e v ices  b u ilt o n   th e   I o T   [ 6 ] ,   [ 7 ] 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:   2088 - 8 7 0 8         R o u tin g   mec h a n is en s u r in g   co n g esti o n   fr ee   co mmu n ic a tio n   in     ( K a s i V en ka ta   K ir a n )   2875   C o n tr o llin g   c o n g esti o n   wh en   p h y s io lo g ical  d ata  is   r o u ted   is   s ig n if ican t   o b s tacle   in   HW SNs   in   m ain tain in g   ex ce llen Qo S.  B ec au s s en s o r   n o d es  h av lim ited   r eso u r ce s   ( p r o ce s s in g   p o wer ,   m em o r y ,   b an d wid th ,   an d   en er g y ) ,   c o n g esti o n   in   HW SNs   m ig h o cc u r   at   d if f e r en s i tes  co m p ar ed   to   ty p ical  n etwo r k s   [ 8 ] [ 1 0 ] .   T h ese   n etwo r k s   ar e   ev e n t - d r iv e n ,   m a k in g   c o m m u n icatio n   lo ad s   u n p r ed ictab le;  f o r   ex am p le ,   m e d ical  s itu atio n s   m ig h t   cr ea te  b u r s tr af f ic,   ca u s in g   co n g esti o n   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Ov er wo r k ed   n o d es  u s m o r en e r g y   an d   co u l d   f ail   p r em atu r ely ,   lead in g   to   d y n a m ic  r o u tin g   m o d i f icatio n s   th a ex ac er b ate  co n g esti o n   an d   d elay   m ed ical   s taf f ' s   ac ce s s   to   in f o r m atio n   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   I n   h ea lth ca r ap p licatio n s ,   p atien t - attac h ed   s en s o r s   ca n   s en d   v ital  s ig n s   to   g atew ay   n o d es  at  h ig h   r ates,  l ea d in g   t o   co n g esti o n ,   p ac k et   l o s s ,   an d   d elay s   in   th n etwo r k .   R elax atio n   th e o r y   u s in g   m ax - m in   f air n ess   an d   ad ap tiv d u ty - cy cle - b ased   co n g esti o n   co n t r o ar two   ex a m p les  o f   ex is tin g   co n g esti o n   c o n tr o l   s ch em es.  Ho wev er ,   th ese  s ch em es  d o   n o alwa y s   s u cc ee d   i n   r e d u cin g   tr an s m is s io n   d elay s   d u r in g   v ital  s ig n   tr an s m is s io n s   an d   m ay   e v en   in t r o d u ce   s ig n if ican m ess ag o v er h ea d ,   wh ich   s h o r ten s   th n etwo r k ' s   lif esp an   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   T h is   ar ticle  p r esen ts   d is tr ib u t ed   tr af f ic - c o n s cio u s   co n g esti o n   co n tr o tech n iq u d esig n e d   s p ec if ically   f o r   W SNs   em p o wer ed   b y   t h e   I o T   to   tack le  th ese  d if f icu lti es.  T h s u g g ested   tec h n iq u i m p r o v es  Qo a n d   o p tim izes  n etwo r k   en er g y   u s a g b y   ar r an g in g   s en s o r   n o d es  in to   h ier ar ch ical   tier s   an d   r o u tin g   d ata  th r o u g h   p ath way s   f r ee   o f   c o n g esti o n .   T h au th o r s   p r esen a   th o r o u g h   m u lti - lay e r   ar c h itectu r f o r   I o T   n etwo r k s   t h at  in co r p o r ates  s tead y ,   co n g esti o n - f r ee   r o u tin g   at  t h e   n e t w o r k   l a y e r ,   e f f i c i e n t   a d m i t ta n c e   an d   b r o a d c a s t   p o w e r   c o n t r o l   a t   t h e   m e d i a   a c c e s s   c o n tr o l   ( M A C )   l a y e r ,   a n d   l i g h t w ei g h t   c o n t r o l   o f   t h e   t r a n s m i s s i o n   b y   t h e   t r a n s p o r t   l a y e r   t o   g u a r a n t e e   r el i a b le   a n d   e f f ic ie n t   c o m m u n i c a ti o n .   A   m i d d l ew a r e   s t r a t e g y   i s   a ls o   p r o p o s e d   f o r   b r i d g i n g   t h e   g a p   b e t w e e n   w i r e le s s   L A N   a p p l i ca t i o n s   a n d   t h e   i n t e r n e t   b a c k b o n e .   T h e   r e s t   o f   t h e   a r t i c l e   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s s e c ti o n   2   d e l v e s   i n t o   p r e v i o u s   r e s e a r c h   i n   t h e   f i el d ,   s e ct i o n   3   in t r o d u c e s   t h e   p r o b l e m   d e s i g n   a n d   n e t w o r k   m o d e l ,   s e c ti o n   4   e x p l a i n s   t h e   p r o p o s e d   c o n g e s t i o n   c o n t r o l   m e c h a n is m   a n a l y t i c al l y ,   s ec t i o n   5   p r e s e n ts   th e o r e t i c a l   a n al y s is ,   s e c ti o n   6   s h o w c as e s   e x p e r i m e n t a l   r e s u l ts ,   a n d   s ec tio n   7   co n cl u d es with   th s tu d y ' s   m ain   f in d in g s .       2.   RE L AT E WO RK S   I n   h ea lth ca r e n v ir o n m en ts ,   s en s o r   n o d es c o n tin u o u s ly   co lle ct  p atien t in f o r m atio n   an d   t r an s f er   it to   b ase  s tatio n   ( B S)  to   m ee th n ee d s   o f   m ed ical  s taf f .   I n   m u l ti - h o p   W SNs ,   co n g esti o n   co n t r o is   cr u cial  g o al.   T h is   s ec tio n   p r o v id es  a   s u r v e y   o f   cu r r en t   liter atu r o n   W SN  co n g esti o n   co n tr o l.  Yin   et  a l.   [ 7 ]   p r esen ted   t h e   f air n ess - awa r co n g esti o n   c o n tr o ( FAC C )   ap p r o ac h ,   wh i ch   u tili ze s   r ate - b ased   f air n ess - awa r co n g esti o n   m an ag em en t.  I d etec ts   co n g e s tio n   b ased   o n   p ac k et  f ailu r r ates  at  th s in k   n o d b y   class if y in g   in ter m ed iar y   n o d es a s   eith e r   n ea r   th s o u r ce   o r   n ea r   th e   s in k .   Kan g   et  a l.   [ 8 ]   in tr o d u ce d   t o p o lo g y   awa r r eso u r ce   a d ap tatio n   ( T AR A )   to   d ec r ea s e   co n g esti o n   in   W SNs   b y   d y n am ically   ac tiv atin g   s leep in g   n o d es  to   c r ea te  n ew  n etwo r k   to p o lo g ies  a n d   m an ag e   in cr e asin g   tr af f ic.   Ho wev er ,   in   lar g e - s ca le  W SNs ,   th is   m eth o d   ca u s es  s ig n if ican t   o v er h ea d .   Ser g io u   et  a l.   [ 1 7 ]   p r o p o s ed   th e   h ier ar c h ical  tr ee   alter n ativ p ath   ( HT AP )   alg o r ith m   to   allev iate   co n g esti o n   b y   b u ild in g   s o u r c e - b ased   tr ee   th at  s elec ts   n o d es  with   th lo west  b u f f er in g   to   s e n d   ex tr p ac k ets  to   th s in k .   Z ab in   et  a l.   [ 1 1 ]   d e v elo p ed   th r eliab le  an d   en er g y   ef f icien p r o to c o ( R E E P)  f o r   o n - d em a n d   r o u tin g   in   W SNs ,   b u it  led   to   h ig h   tr an s m is s io n   co s ts   an d   m ess ag o v er h ea d .   Sh a r m et  a l.   [ 1 8 ]   p r o p o s ed   th e   b id ir ec tio n al  r eliab le   an d   co n g esti o n   co n tr o tr an s p o r p r o t o co ( B R C C T P) ,   wh ich   u s es  r ate  ad ju s tm en f o r   co n g esti o n   co n tr o an d   g iv es  eq u al  p r io r ity   to   d ata  s tr ea m s   to   r ed u ce   c o n g esti o n ,   th o u g h   it  ca n   in c r ea s d ata   tr an s m is s io n   d elay   wh e n   c o n g esti o n   is   d etec ted .   Z h u an g   et  a l.   [ 1 9 ]   p r o p o s ed   c o n g e s tio n - ad ap tiv d ata  co llectio n   ( C ADC) ,   wh ich   u s e s   ad ap tiv e   lo s s y   co m p r ess io n   an d   weig h ted   d ata  p r io r itizati o n   to   h a n d le   cy b er - p h y s ical  ap p licatio n s   in   s en s o r   n etwo r k s .   W h ile  u s ef u l,   C ADC  d o es  n o o p tim ize  en er g y   u s ag e,   s h o r ten i n g   th e   n etwo r k ' s   life s p an .   C u r r en co n g esti o n   m a n ag e m en ap p r o ac h es  in   h ea lth ca r ap p licatio n s   b u ilt  o n   th e   I o T   o f ten   co m p r o m is Qo d u to   in cr ea s ed   en er g y   u s ag e,   d ata  tr an s m is s io n   d elay s ,   an d   u n n ec ess ar y   m ess ag ex ch an g es.  T o   ef f icien tly   ca teg o r ize  d ata  p ac k ets  an d   av o i d   co n g esti o n ,   th is   p ap er   s u g g est s   d is tr ib u ted   lev el - b ased   co n g esti o n   c o n tr o tech n iq u e,   u s in g   lev el - b ased   d at r o u tin g   s tr ateg y   f o r   o p tim al  r o u te  s elec tio n .   T h e   p r o p o s ed   m eth o d o l o g y   aim s   t o   o p tim ize  en e r g y   co n s u m p tio n   an d   laten c y   in   I o T   s en s o r   en v ir o n m e n ts ,   u n li k co n v en tio n al  co n g esti o n   co n t r o r o u tin g   alg o r ith m s   th at  d o   n o ac co u n f o r   en er g y   o p tim izatio n   in   I o T   s ce n ar io s .   T h is   m eth o d   en h an ce s   Qo in   h ea lth ca r e   ap p lica tio n s   th at  r ely   o n   I o T   b y   e f f e ctiv ely   m o n ito r in g   q u eu es,  r ed u cin g   p ac k et  lo s s es c au s ed   b y   c o n g e s tio n ,   an d   im p r o v in g   d eliv e r y   r ates.         3.   M E T H O D   I n   th is   s ec tio n   ex p lain atio n   o f   p r o p o s ed   n etwo r k   m o d el  in   s ec tio n   3 . 1   as  well  as  s ec tio n   3 . 2   elab o r ates   th p r o b lem   in n o v atio n .   Sectio n   3 . 3   ex p lain s   th p r o p o s ed   co n g esti o n   co n tr o m ec h an is m .   Sectio n   3 . 4   ex p lai n s   th th eo r etic  an al y s is   o f   s u g g e s ted   co n g esti o n   co n tr o l sy s tem   an d   p r o b lem   in n o v atio n   tec h n iq u es.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   2 8 7 4 - 2 8 8 7   2876   3 . 1 .     P ro po s ed  net wo rk   mo del   W ar ex p lo r in g   th I o T - b ased   h ea lth ca r ar r an g em e n th at  s p an s   h o s p ital  s ettin g   an d   co m p r is es  o f     f ix ed   s en s o r   n o d es.  R max   is   th e   m ax im u m   tr an s m is s io n   r a n g e   th at  ea ch   n o d h as a t   th o u ts et.   An   u n d ir ec ted   weig h ted   g r a p h ,   = ( , ) ,   d ep icts   th t o p o lo g y   o f   n etwo r k .   I n   t h is   g r a p h ,   V= { v 1 ,   v 2 ,   . . . ,   v N r e p r esen t s   n o d es,  lik ewise  = { ( , )      ( , )   less   th an    r ep r esen ts   ed g es.  Her e,      ( , )   is   th g ap   b etwe en   th n o d es lik e     with   .   E ac h   ed g th at  is   ( ,   E   is   g iv e n   a   s p ec i f ied   s ize,   ( , ) ,   f o r   t r an s f er r in g   d at a   p ac k ets  f r o m   n o d   to   n o d ,   an d   th ca p ac ities   o f   th co m m u n icatio n   lin es  b etwe en   n o d es  m ig h v ar y .   On   p er io d ic  b asis ,   th B r ec eiv es  s en s ed   d ata  f r o m   ev er y   d ep lo y ed   n o d ( )   d u r in g   m u lti - h o p   tr an s m is s io n .   T h in itial  r ad io   m o d el  is   em p lo y ed   to   e v alu ate  en er g y   co n s u m p tio n   [ 2 0 ] [ 2 2 ]   s in ce   it  d et er m in es  h o m u c h   en er g y   is   n ee d ed   to   s en d   th   b it c o m m u n icatio n   to   th e   is o lated   r ec eiv er   n o d e.     d.   = { β  +   β  2                                                   d     0     β    +   β  2                                       d   >   0          ( 1 )        s tan d s   f o r   tr an s m is s io n   cir cu it  lo s s   an d   d o   d e n o tes  th t h r esh o ld   d is tan ce   in   th is   co n te x t.  T h e   m o d els  em p lo y      an d   εa m p   t o   r ep r esen th en er g y   th at  is   u tili ze d   f o r   p o wer   am p lific atio n ,   r esp ec tiv ely .   Ho m u ch   e n er g y   is   n ee d ed   to   r ec ei v β - b it m e s s ag is   d ep en d en t o n   h o e f f icien t th cir cu it is .   Hen ce ,   s in ce   ( 2 )     = β      ( 2 )     An   en er g y   u tili za tio n   m ea s u r e   o f   th s en s o r   n o d es  d u r in g   id l lis ten in g   r em ain s   r ep r esen te d   b y    .     3 . 2 .     P ro blem   inn o v a t io n   G i v e   ' s   p a c k e t   s e n d i n g   r a t e ,   ,   a n d   t e l l   it   t o   s t o p   w o r k i n g   w h e n   x i s   f o u n d   t o   b e   z e r o .   T h u s ,   t h g r a p h   = ( , , )   r e p r e s e n t s   a   t o p o l o g y   f o r   a n   I o T   n e t w o r k   t h a t   r e l i es   o n   s e n s o r s ,   w h e r e   = ( 1 , 2 . . . , )     d i s p l a y s   t h e   t i m e - v a r y i n g   t r a n s m i t t i n g   r at e   o f   al l   d e p l o y e d   n o d e s .   T h e   d at a   p a c k et s   r e s o l v t o   b u i l d   u p   i n   t h e   n o d c a c h e s ,   w h i c h   l e a d s   t o   c o n g e s t io n ,   i n   t h e   I o T   n e t w o r k   i f   t h d em a n d   f o r   t r a f f i c   e x c e e d s   t h e   c a p a c i t y   o f   t h e   n e tw o r k .   W h e n   d a t a   i s   s e n t   s t a r t i n g   n o d e   v i   t o   n o d e   v j ,   i f   x i >x j ,   t h e   c a c h e   q u e u e   l e n g t h   o f   n o d e   v j   w i l l   s t e a d i l y   e x p a n d ,   l e a d i n g   t o   n e t w o r k   c o n g e s t i o n .   V a r i o u s   k i n d s   o f   m e d i c a l   d a t a   a r e   s t o r e d   i n   Q H Q L ,   a n d   Q C   q u e u e s   a t   r e l a y   n o d e s .   A s   a   m e as u r e   o f   h o w   c o n g e s ted   t h e   I o T   n e t w o r k   i s ,   t h e   c o n g e s t i o n   i n d e x   m a y   b e   c al c u l a t e d   u s i n g   ( 3 ) :     = ( ) + , , ,      ( 3 )     wh er e,   = { 1       ( )   0     ( )     I n   o r d er   to   o f f er   cr u cial  r o a d m ap   in ten d ed   f o r   th n etwo r k   o p tim izatio n - i n clu d in g   r o u ti n g   s tr ateg y   an d   life tim o f   n etwo r k - t h is   ar ticle  aim s   to   esti m atin g   th e   n etwo r k   co n g esti o n   d u r in g   c o llectin g   th d ata,   co n s u m p tio n   o f   en er g y ,   a n d   d elay   o f   r o u tin g   f o r   an   I o T - b ased   p atien tr ac k in g   n etwo r k .   T h o v e r all  life s p an   o f   th e   n etwo r k   is   s p lit  in t o   th e   d is tin ct  s tag es  d en o ted   b y   [ 0 , 1 , 2 . . . , 1 , ] ,   w ith   S i   s tan d in g   f o r   i th   s tag e   o f   th e   n etwo r k .   Fo r   in s tan ce ,   in   an   I o T   n etwo r k ,   th e   in itial  s en s o r   n o d f ails   at  th d ea th   o f   s tag S 0 ,   an d   th e   s y s tem   is   co m p letely   d ec o m m is s io n ed   o n   s tag S p .   T h e   a m o u n t   o f   d ata   p h ases   b y   ea c h   s tep   S i ,   m ea s u r ed   in   d u r atio n   at  s ep ar ate d   s tag e   r ep r esen ted   b y   [ a 0 , a 1 , a 2 . . . ,   a p− 1 , a p ] .   So ,   a (0)   s tan d s   th e   in itiatio n   tim t o   f ir s t n o d e   d ea th   f o r   an   I o T   n etwo r k .   I n   ea ch   d ata  r o u n d   o f   s tag e,   th m ea n   tr af f ic  lo ad s   u p   o f   n o d   is   r ep r esen ted   b y   th v ar iab les [ ( 0 )   , ( 1 )   , ( 2 )   , . , ( 1 )   , ( )   ] .   Her we  lay   o u t o u r   g o als in   m o r e   d etail.       I n   an   I o T   h e alth ca r n etwo r k ,   ev er y   s en s o r   n o d u s es    to   d eter m in th h i g h est  en er g y - e f f icien q u er y   h an d lin g   an d   g ath er in g   d ata   ch an n el  wh ile   also   ac cu r ately   est im atin g   co n g esti o n ,   r o u tin g   d e lay ,   an d   e n er g y   co n s u m p tio n .     At  ev er y   s tep ,   f o r   ev e r y   0 < , ( ) , ( )   s h o u ld   b at   its   lo west,  as  s h o u l d   th e   r eg u lar   tr af f ic   lo ad   af ter war d s   p o wer   u tili za tio n   o f   th s en s o r   n o d es  th at  h av b ee n   in s talled .   T h en   we  ca n   r ed u ce   is s u es  with   en er g y   u s ag e   ca u s ed   b y   h ea v y   tr af f ic.   C i   s h o u ld   b e   u s ed   t o   d eter m in th e   m in im al  a v er ag e   in ter v al  p ath   o f   n etwo r k   s tag es  r e p r esen ts   [ a 0 ,   a 1 ,   a 2 ,   . . . ,   a p− 1 ,   a p ] .   So ,   d u r in g   p er i o d s   o f   h ea v y   t r af f ic,   we  ca n   less en   th e   lik elih o o d   o f   p ac k et  lo s s .     3 . 3 .     P ro po s ed  co ng estio n c o ntr o l m ec ha nis m   I n   o r d e r   to   p r o l o n g   th life   o f   h ea lth ca r e - awa r W SNs   th at  a r f o u n d ed   o n   th I o T ,   th m aj o r   p u r p o s o f   th e   s u g g ested   m et h o d   is   to war d s   co n tr o l   co n g esti o n   with in   th ese  n etwo r k s .   E q u al  d is tr ib u tio n   o f   s en s in g   d ata  to   th g atew ay   is   an o t h er   g o al  o f   th m eth o d .   T h s u g g ested   m eth o d   ce n tr es  o n   th two   cr itical  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:   2088 - 8 7 0 8         R o u tin g   mec h a n is en s u r in g   co n g esti o n   fr ee   co mmu n ic a tio n   in     ( K a s i V en ka ta   K ir a n )   2877   ch ar ac ter is tics ,   en er g y ,   a n d   d e lay ,   in   o r d er   to   ac co m p lis h   th e s g o als.  Ad d itio n ally ,   it  s ep ar ates  tr af f ic  in t o   two   ca teg o r ies:   s en s itiv e,   wh ich   d ea ls   with   p ar ticu lar ly   im p o r ta n m ater ial,   a n d   n o n - s en s itiv e,   wh ich   d ea ls   with   m o r m u n d an d ata.   T h e r ar th r ee   s tag es  to   th s u g g este d   co n g esti o n   m an a g em en s ch em e:  s etu p ,   r eq u est  d is tr ib u tio n ,   d ata  r o u tin g ,   an d   ev en o cc u r r en ce   r ep o r tin g .   T h s u g g ested   ap p r o ac h   p r io r itis es  th f o r war d i n g   o f   s en s ed   in f o r m atio n   to   th g a tewa y   n o d e   in   h ea lth ca r e   s itu atio n s   wh er v ital  s ig n s   ev o l v t h r o u g h   p h ases   an d   d if f er en t   I o T - b ased   m ed ical  d ev ices  h av e   d is tin ct  p r i o r ities .   T h s o u r ce   n o d e   in f lu e n ce s   th im p o r tan ce   o f   th d ata  b ef o r s en d in g   p ac k ets an d   th in ter m e d iar y   n o d es r o u te   th em   ap p r o p r iately .     3 . 3 . 1 .   Set up   ph a s   Du r in g   th n etwo r k ' s   s tar tu p ,   t h s etu p   p h ase  ex ec u tes  o n ce .   Du r in g   th is   s tag f o llo win g   d e p lo y m en t,   n o o n ly   ar th n o d es  s p lit  in t o   s ev er al  tier s ,   b u ea ch   n o d also   f in d s   its   s in g le - h o p   n eig h b o u r   n o d es.  T h f ir s s tep   in   lev el  d etec tio n   is   f o r   th g ate way   to   s en d   r eq u est  n o te  to   all  s en s o r   n o d es  with in   th s p an   o f   R max ,   with   th lev el   v alu e   s et  to   1 .   I ts   lo ca tio n ,   leve l   ( L),   an d   I D   ar all   in clu d ed   in   t h m ess ag e.   I n   r esp o n s to   th e   L E VE L   m ess ag e,   th en   a   lev el  ass ess m en o f   th r ec ei v in g   s en s o r   n o d b v i   is   in cr ea s ed   b y   o n e ,   r en d er in g   it  eq u al  to   L ( Ga tew a y ) +1 ,   an d   th p a r en t   n o d ( P N )   o f   th r ec eiv in g   n o d b y   v i   is   s et  to   b g atew ay .   L ik th g atew ay   n o d e,   all  s en s o r   n o d es  with in   2 R max   o f   it  r aise  th eir   lev el  to   lev el  g r ea ter   th an   th p r escr ib ed   g atew ay   n o d th en   d esig n ate  it  e q u ally   th ei r   p ar en n o d e.   No d v i   r ep ea te d ly   n o tifie s   all  d e p lo y e d   s en s o r   n o d es  with in   th e   2 R max   r an g with   MO D_ L E VE L   m ess ag e.   I n clu d ed   in   th e   tr an s m is s io n   ar its   lo ca tio n   d e tails ,   cu r r en e n er g y   s tatu s   (E current ) ,   an d   I ( L(v 1 )) .   I n   ev er y   o th e r   ca s e,   it   b ec o m es  p ar en t   n o d b y   u p d atin g   t h af o r em en tio n ed   lev el  to   o n ad d itio n al  th an   v i ' s   lev el  r ate;  in   o th er   wo r d s ,   P N ( v j )   = v i .   Du r in g   s etu p ,   ev er y   n o d in   th n etwo r k   ch ec k s   its   en er g y   lev el   an d   f in d s   its   p ar en n o d e   s et,   wh ich   is   co n s is tin g   o f   s in g le   h o p .   E v er y   s in g le - h o p   ch ild   n o d an d   c u r r en en e r g y   s tate  o f   ev er y   d e p lo y e d   s en s o r   n o d is   al s o   id en tifie d   r ec u r s iv ely .   E ac h   s e n s o r   n o d e   u p d ates th g atew ay   n o d with   its   cu r r en t le v el,   I D,   p o s itio n ,   an d   e n er g y   s tatu s   af ter   lev el  d etec tio n   b y   way   o f   its   in ter m ed iate  p ar en n o d es.  T h p r esen p o s itio n s   o f   s en s o r   n o d es  ar s u b ject  to   c h an g b ec au s th ey   ar e   m o b ile.   As  th e   s en s o r   n o d as ce n d s   o r   d escen d s   a   lev el,   th m o b ile  n o d e,   with   th ass is tan ce   o f   its   n ei g h b o u r s ,   r ev is es it s   cu r r en t le v el  v alu e.   As a  wh o le,   Alg o r ith m   1   d escr ib es th p r o ce d u r in   lar g d etail.     Alg o r ith m   1 .   Dete ctin g   th lev el    Input : Implemented sensor nodes   Output : The Value of level gives assigned to every sensor node   1.Start.   2. L(Gateway) = 1;   3. The Gateway transmit a  LEVEL   message.    4.Range Limit in R max .   5.  for  (Every sensor node (v i ))   6.  if the  D (Gateway, v i ) equals to 2R max     then do    7.  Increment L(Gateway);   8.  Assign the L(Gateway) to L(s).   9.  Assign the Gateway to P n (v i ).   10.  end  of if condition   11.  end of for loop   12. Likewise, node i.e. v i   newscasts the MOD_LEVEL message.    13. if the node v j   obtains a message. also, L(v j ) greater than L(v i ))    14. L(v j ) = L(v i ) + 1;   15. P n   (v j ) = v i   16. Cn (v j ) = v i .   17.  else   18. Dispute the message    19.  end of if condition   20.  for   every sensor node is v i   21. v i   transmits its present level value, ID, state of energy.   22.  end of for loop   23.Stop     3 . 3 . 2 .   Q uery   dis t ributio n ph a s   A t   t h is   p o i n t ,   t h e   m e d i ca l   p e r s o n n e l   ( d o c t o r s   a n d   n u r s es )   c a n   s u b m i t   q u e r ie s   t o   t h e   g a te w a y   n o d e ,   a n d   t h e   n o d e   w i l l   t h e n   a l l o c at e   t h e   r e c e i v e d   r e q u i r e m e n t s   t o   t h e   d ep l o y e d   n o d e s   t o   m e e t   t h o s e   n e e d s .   W h e n   c o l l ec t i n g   d a t a   f o r   a p p l i c a ti o n s   li k e   h e a l th c a r e ,   t h e   k i n d   o f   t h e   d a t a   is   v e r y   c r u c i a l .   H e al t h   m e t r i c s   m ay   s o m e t i m es   i n c l u d v e r y   p r i v a t e   i n f o r m a t i o n .   T h e   q u e r y   p a c k e t ' s   l i f es p a n   h a s   t h e   c a p a c i t y   t o   l e s s e n   m e s s a g e   o v e r h e a d   i n   t h e   n e t w o r k   a n d   i m p r o v e   d a t a   t r a n s m is s i o n   d e p e n d a b i l i t y .   T h e   l i f e s p a n   o f   a   q u e r y   p a c k e t   i s   c o m p u t e d   as   d e v e l o p s .      = ( + ) ( ) 1     ( 4 )     wh e r e as  d ( le ve l )   r e p r es en ts   a   t ar g e n o d e' s   l e v el .   T h r e ce p ti o n   d el a y   is   r ep r es e n te d   b y   T R ,   w h e r e as  t r a n s m is s i o n   d el a y   is   d e n o te d   b y   T T .   T h p r o c ess i n g   d el ay   is   d e n o te d   as  P t .   T h e   f ir s s t e p   is   f o r   th g ate way   t o   s e n d   a n   R R EQ   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   2 8 7 4 - 2 8 8 7   2878   m ess a g to   all   t h s e n s o r   n o d e s   o n   t h e   f i r s t   le v el .   A   r e q u est   f o r   th e   ca p ac i ty   o f   r ad io   l in k s ,   t h e   d est in ati o n   n o d e' s   I D,   E v e r y   n o d e,   v i ,   ev al u at es  th e   r a d i o   c o n n ec ti o n   ass o ci ate d   wi th   t h at   p ar e n r e p r ese n ts   v p   t h a d e n o tes  th e     ( ( v i ) ) ,   th r o u g h   t r an s m it ti n g   g u s h e d   o f   p ac k e ts   f o r   s p ec if ic   d u r ati o n ,   ,   in   o r d e r   t o   g et  a n   e s tim ate  o f   th es c a p a b il ities .   U p o n   r ec ei p o f   t h ac c e p ta n ce   o f   ea r l i er   p a c k et  o r   u p o n   a   ti m o u t   af t e r   t h p r e v i o u s   s u b m is s io n ,   e ac h   s u b s e q u e n t   p ac k et   is   tr an s m i tte d .   N ex t,   we   d i v i d e   to tal   a m o u n t   o f   ac k n o wle d g e d   p a ck ets in   th e   ti m   t o   g et   a n   a p p r o x im at io n   o f   t h e   c o n n ec t io n   ca p a cit y ,   ,   U p o n   r ec e iv in g   an   R RE Q   m es s ag e,   a   n o d e   v i   v e r i f ies   th e   ta r g et   n o d e   I D .   W h ile   th e   r e q u est   n o d e   I D   m atc h es   v i v i     will   u s e   t h e   g r ea t est   c ap ac i ty   li n k   to   d el iv e r   its   u p d at e   i n f o r m ati o n   t o   t h e   g a tew a y .   I n   e v e r y   o t h e r   c ase,   it   v e r i f i es   t h e   r e q u est   p ac k et' s   l if esp a n ,   I f   t h e   r e q u est   p a ck et' s   lif es p a n   e n d s   an d   t h e   n o d e' s   le v el ,   r e p r es en t ed   b y   v i ,   is   e q u al   t o   o r   l o w er   t h a n   t h e   d est in ati o n   n o d e' s   l ev el ,   t h e   r e ce i v e d   m es s ag e   is   d is c ar d e d .   I n   all   o t h e r   ca s es ,   it   r e la y s   t h e   R RE Q   s i g n al   t o   t h e   c h il d   n o d es .   Mu l ti p le   r e q u ests   f r o m   t h e   s a m e   o r   o t h e r   I o T   m ed ic al   d e v i ce s   m ay   ar r i v at   t h e   g a tew a y   s im u l ta n e o u s l y   i n   h e alt h c ar e   a p p lic ati o n s .   G ate way   p r o ce s s i n g   al o f   th ese   r e q u ests   a o n c ca n   c au s n etw o r k   c o n g esti o n .   C o n s eq u en tl y ,   t h e   s u g g est ed   m et h o d   d e te r m in es   t h e   q u er y ' s   p r i o r it y   b ase d   o n   t h e   p at i en t' s   p r i o r it y .   T h e   s u g g este d   m et h o d   ta k es   t h e   ti m it  ta k es   t o   m a k e   r eq u es in t o   ac co u n t   w h e n   d e te r m in in g   h o co m p o n en t   n o d e' s   q u er y   is   e x ec u te d .   Fo r   i n s ta n ce ,   th is   s o r t   o f   r e q u est   is   g i v e n   t o p   p r i o r it y   in   h e alt h c ar e   p u r p o s es   s i n ce   v it al   s ig n als   p e r t ai n i n g   to   s en s ib le   s tatis t ics   s u c h   as   b r ea t h i n g   s ta te,   t h p u ls r a te   o f   h e ar t,   w it h   b lo o d   s u g ar   a r o f   g r ea i m p o r t an ce .   T h s u g g est ed   a p p r o a ch   c an   als o   ta k in t o   a cc o u n l o w er - p r i o r i ty   f o r m s   o f   c o m m u n i ca ti o n   p e r t ai n i n g   t o   n o n - s e n s i ti v e   d at a,   i n c lu d i n g   t h at   f r o m   le g   s e n s o r s .   T h s u g g est ed   ap p r o ac h   c alls   f o r   t h e   g at ewa y   n o d to   s et   t h e   q u er y   p r o p a g a tio n   ti m e   b as ed   o n   th e   e x is ti n g   ti m e   w h e n e v er   it   g e ts   a   q u e r y   co m m e n ci n g   t h e   m e d ic al   s t af f .   C o n v er s el y ,   i f   a n y   o f   th e   p ati en t' s   s e n s o r   n o d es  d e tec ts   a   d ev iat io n   f r o m   n o r m a v i ta l   s i g n s ,   i t   s h o u l d   n o ti f y   t h e   g at ew ay .   U n d e r   s u ch   c ir c u m s t a n ce s ,   t h e   v i tal   s i g n   t r a n s m is s i o n   is   g i v e n   f i r s p r i o r it y   b y   t h s o u r ce   n o d e .   Al g o r i th m   2   s u m m a r iz es  th d eta ile d   e x p la n a ti o n   o f   th q u e r y   d is tr i b u ti o n   p r o ce d u r e .     Alg o r ith m   2 .   R eq u esti n g   th d is tr ib u tio n     Input : Doctor query   Output : Give response the Query   1.Start   2.  Query receives by the Gateway   3. Give answering procedure corresponding to priority of the request   4. if not available necessary data, then   5. The Gateway discovers level likewise ID of v j   node   6. Determined L 1   employing EQ 1   7. Set lifetime of every packet of the query    8. Announce R REQ   message.    9.  for   every node v i   10.  if   the node ID(v i ) equals ID(v j )   then   11. Transmit the important information to gateway   12.  end if   13.  if  L(v i ) = L(v j then   14 RREQ message is transmitted by V i   node surrounded by the sub nodes   15.  end of if condition   16.  if   L lp   = 0 and L(v i ) < L(v j ) then   17. Discard    18. end of   if condition   19. end of   for loop   20.Stop     Alg o r ith m   3 .   Allo ca tio n   o f   ev en   Input : Sensor node recognizes the Event   Output : Event  information receives at the Gateway   1.Start   2.  for   every sensor node v k   3.  for  every sensor v be the appropriate to P (v k )   4. sum is add with the E current  (v i )   5.  end for   6. δ(v k ) = sum is divided by |P (v k )|   7. for every node v i   be appropriate to P N   (v k )   8.   if   (E current  (v i ) = δ(v k )   9. S = combines (S and v 1 )   10.  end if   11.  end for   12.  for   every node v moves towards S   13.  if  (MAXIMUM > E current   (v k ) && min D(v l ,v k ) then   14. MAX = E current (v k )   15. v l   chooses data routing.   16. end of   if condition   17. end of   for loop   18.stop   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:   2088 - 8 7 0 8         R o u tin g   mec h a n is en s u r in g   co n g esti o n   fr ee   co mmu n ic a tio n   in     ( K a s i V en ka ta   K ir a n )   2879   3 . 3 . 3 .   Ro uting   da t a   a nd   re po rt ing   ev ent s   Fo llo win g   th ap p ea p r o p a g a tio n   lev el,   th e n   th e n d   n o d e   u p d ates  th g atew ay   n o d u s i n g   th m o s t   en er g y - ef f ec tu al  lin k   b y   s en d i n g   its   u p d ate  in f o r m atio n   v ia  t h h ig h est  ca p ac ity   lin k .   I n   s im ilar   v ein ,   n o d e   will  n o tify   th g atew ay   in   ac co r d an ce   with   th r eq u ir em en ts   if   it  d etec ts   m ed ical  u r g en s it u atio n   wh ile  d o in g   its   r o le.   T h co r r ec r esp o n s an d   tr an s m is s io n   o f   m e d ical  u r g en s itu atio n   if   a n y   r e p o r t   to   th d o cto r   o r   a   n u r s ca n   o n ly   o cc u r   if   th r ep o r ts   co n tain   th n ec ess ar y   p ar am eter   v alu es.  A t th is   p o in t,  t h g atew ay   r ec eiv es  th d etails  o f   th e   m ed ical  em e r g en cy   t h at  h as  ju s o cc u r r ed .   I n   o r d er   to   d o   th is ,   th n o d e   will  cr af p ac k et  th at   in clu d es  all  th r ele v an in f o r m atio n   ab o u th e   d etec ted   e v e n an d   t r an s m it  it  to   th e   p ar e n n o d e   th at  is   clo s est  b y   u s in g   th lin k   with   th e   h ig h est  ca p ac ity .   T h e   co n f ig u r ati o n   p h ase  d eter m in es  if   s en s o r   n o d h as  o n e   o r   m o r p ar en n o d es  an d   wh ich   r o u tes  lead   to   th g atew ay .   W ith   r esp ec to   s et  P N   (v k ) ,   le { v 1 ,   v 2 ,   v 3 ,   …,   v p d en o te  th e   co llectio n   o f   n o d es .   T h n o d e   v k   u s es  th f o r m u l to   g et  th s tan d ar d   r esid u al  en er g y   o f   a   p ar e n t   s en s o r   n o d es,  wh ich   is   n ec ess ar y   f o r   tr an s m itti n g   b o th   n o r m al  d ata  p ac k ets an d   m ed ical  e m er g en cy   p ac k ets.     ( ) = ( ) / = 1     ( 5 )     wh er E current   d en o tes  th p r es en en er g y   s tate  an d   p   d e n o te s   th to tal  n o .   o f   n o d es  in   th e   P N ( v k ) .   T h p ar e n n o d es  wh o s r esid u al  en er g y   i s   eq u al  to   o r   lar g e r   th an   δ ( v k )   a r d en o ted   as  S ={ s 1 ,   s 2,   . . . ,   s p }.   T h en ,   b ased   o n   th e   p ar en n o d e' s   b u f f er   c o n d itio n   an d   d is tan ce ,   v k   tr an s m its   all   d ata  p ac k ets  to   th p ar en t   n o d e.   W h ile  a   p ar en t   n o d e' s   b u f f er   s tate  is   o v er f lo w,   v k   ch o o s es  th n ex t - to - n ea r est  p ar en f r o m   th s et  S .   W h at  f o llo ws  i s   an   ex p lan atio n   o f   th r o u tin g   alg o r ith m ' s   p s eu d o - co d e.     3 . 3 . 4 .   Co ng estio co ntr o   T h f u n d am en tal  g o al  o f   th e   p r o p o s s tan d s   to war d s   d ev el o p   m eth o d   f o r   m an ag in g   co n g esti o n   an d   r o u tin g   in   h ea lth c ar n etwo r k s   th at  r ely   o n   t h e   I o T .   T o   less en   th lik elih o o d   o f   c o n g esti o n   o cc u r r en ce ,   th d ata  r o u tin g   p ath s   c h o s en   b y   th d ep lo y ed   n o d es  ar o p tim is ed   i n   th is   s tu d y .   T h e   d ata   r o u tin g   alg o r ith m   is   u s ed   t o   co n d u ct  th c o n g esti o n   m a n ag em en p h ase.   T h s u g g ested   co n g esti o n   co n tr o m eth o d   s o r ts   o f   d ata  in to   d is tin ct  q u eu es  b ased   o n   its   class if icatio n   u s in g   a   class if ier   at  f ir s t,  th er ar d ata  p ac k e ts   with   m o r in   p r io r ity ,   n ex t   p ac k ets  with   lo wer   p r io r ity ,   af ter war d s   at  last   co n tr o d ata   p ac k ets.  T h p ac k et  h ea d er   o f   ev er y   d ata  p ac k et   s p ec if ies  its   k in d .   T h e   d ata  p a ck ets  th at  ar r ec eiv ed   b y   th class if ier   ar s o r ted   in to   d is tin ct  q u eu es  b ased   o th eir   class .   T h e   s u g g ested   m e th o d   f o r   tr an s m itti n g   d ata  m a k es  u s o f   a   s ch ed u ler   b ased   o n   p r io r ity   q u eu es.  W h en   th s ch ed u ler   d etec ts   cla s s   1   d ata  in   th q u eu e,   it  will   b eg in   tr an s m itti n g   class   1   d ata  an d   h alt  tr an s m is s io n   o f   s ec o n d   class   an d   th ir d - class   d ata.   T h s ch ed u ler   b eg i n s   tr an s m itti n g   d ata  p ac k ets  f o r   class es  s ec o n d   an d   th ir d   o n ce   all  f ir s t - class   p ac k ets h av b ee n   tr an s m itted .   T h r o u tin g   d iag r am   a n d   o v e r all  s im u latio n   d iag r a m   s h o u ld   b s h o wn   in   Fig u r 1 .           Fig u r e   1 .   Simu latio n   r o u tin g   d iag r am   o f   h ea lth ca r s y s tem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   2 8 7 4 - 2 8 8 7   2880   I n   th ev en th at  th m ax im u m   d ata  tr an s m is s io n   r ate      is   lo wer   th an   m ax im u m   d ata  r ec e p tio n   r ate   = 1 ,   th n o d e' s   b u f f er   will  ev en tu ally   o v e r f lo af ter   ce r tai n   am o u n o f   tim h as  p ass ed .   As  r esu lt,  th n etwo r k   e x p er ien ce s   p ac k et  lo s s   an d   th n o d e   s to p s   r ec eiv in g   d ata  f r o m   its   ch ild   n o d es.  W h en   th e   b u f f e r   lev el  h its   th th r esh o l d   v alu e ,   th s u g g ested   s ch em e   ch o o s es  an   alter n ate  p ath   ( C i   id en tifie s   th is   v alu e) .   Alo n g   with   th ac k n o wled g m en m e s s ag e,   n o d m ay   i n clu d e   b u f f er   s tatu s   wh e n   it  r ec eiv es  a   d ata  p ac k et   f r o m   a   ch ild   n o d e.   No d v 1   will  n o tif y   all  o f   its   o f f s p r i n g   v ia  t h H _ A lter P a th   m ess ag if   it  d eter m in es  th at  th f ir s t - class   q u eu ex h ib its   r ea ch ed   ce r tain   th r esh o ld   v al u e,   r er o u ti n g   th d ata  with   th h ig h est  p r i o r ity   to   d if f e r en t,  m o r en e r g y - e f f icien ch a n n el .   No d v k   c h o o s es  th n e x t - to - ad jace n n o d in   th e n er g y   le v el  af ter   th p ar en t   n o d an d   tr a n s m its   th en tire   m o r im p o r ta n ce   in f o r m ati o n   wh en   it  g ets  an   alter n ate  p ath   s elec tio n   m ess ag e   f r o m   th p ar en n o d e.   L i k ewise,   if   n o d v k   n o tices  th at  th s ec o n d   class   an d   th en   t h th ir d - class   q u eu es  h av e   b ee n   o v er f lo ws,  it  will  n o t if y   all  o f   its   d escen d an n o d es  u s in g   th L_ A lter P a th   an d   C _ A lter P a th   m ess ag es.   Data   p ac k ets o f   class es 2   an d   3   ar also   s en t v ia  an   alter n ate  way   b y   ch ild   n o d es.  B ased   o n   th d ata  r ate  o f   th e   n o d e   an d   th e   to tal  o f   c h ild   n o d es  it  h o ld s   t h alter n ate  p ath   s elec tio n   p r o ce d u r e   u s e s   th r esh o l d   v alu e.   Acc o r d in g   to   th is   s tu d y ,   w h en   p ar en n o d n o tices  th at  it  h as  r ec eiv ed   9 5 o f   t h d ata  p ac k ets  in   its   q u eu e,   it will n o tify   th ch ild   n o d es to   ch o o s an   alter n ate  p ath .   Af t er   wh ile,   n o d v k   will sen d   o u t REQ1 ,   R E Q2 ,   in   ad d itio n   t o   th e   R E Q3   m ess ag e s   to   all  o f   its   ch ild   n o d es  in   o r d er   to   r esen d   d ata   p ac k ets  f o r   class es  1 ,   2 ,   a n d   3 ,   as we ll a s   to   in d icate   th at  th v alu o f   b u f f er   is   b elo th t h r esh o ld   v alu e .     3 . 4 .     T heo re t ic  a na ly s is   o f   s ug g este d c o ng estio n c o ntr o l sy s t em   I n   th is   p ar t,  we  tak th eo r eti ca lo o k   at  th s u g g ested   co n g esti o n   co n tr o alg o r ith m ' s   co m p lex ity   to   s ee   if   it  h o ld s   wate r   in   th e   ac tu al  wo r ld   o f   h ea lth ca r e.   First  T h eo r em T h s u g g ested   co n g esti o n   m an ag em e n t   m eth o d   h as  m ess ag co m p l ex ity   is   O( N) ,   wh er ea s   th is   th am o u n o f   s en s o r   n o d es   en ab led   b y   th e   I o T   th at  h av b ee n   in s talled .     P r o o f Me s s ag co m p lex ity   is   to tal  am o u n o f   n etwo r k   m es s ag es  tr an s m is s io n   b etwe en   b y   th e   in s talled   I o T - b ased   s en s o r   n o d es  in   o r d er   to   ex ec u te  th s u g g ested   co n g esti o n   co n tr o s y s tem .   On m ess ag ex ch an g e   th r o u g h o u t h n etwo r k   is   r eq u ir ed   f o r   th s etu p   p h ase  o f   th p r o p o s ed   co n g esti o n   m a n ag em en s tr ateg y .   T h is   m ea n s   th at  ea ch   n o d m u s b r o ad ca s s in g le  m ess ag to   it s   n eig h b o u r s .   T h lev el  v alu an d   p a r en n o d e   o f   ea ch   s en s o r   n o d e   v i   ar d eter m in ed   b y   t h d ata  th at  is   r ec eiv ed .   C o n s eq u en tly ,   th s u g g ested   s tr ateg y   f o r   co n tr o llin g   c o n g esti o n   r eq u i r e s   m ax im u m   o f   O( N)   m ess ag es sen t o v er   th n etwo r k .   Th eo r em  1 T h f ir s th eo r em   s tates  th at  v i   m u s lie  with in   th n ar r o ar ea   o f   A d   th at  h as   wid th   o f   σ .   T h e   d is tan ce   am o n g   th e   b ase  s tatio n   an d   A d   is   d en o ted   b y   d .   I f   ev er y   n o d g ets  o n q u er y   p ac k e f o r   ea ch   s tag e,   th e   ty p ical  am o u n t o f   d ata  tr an s m i tted   p er   s tag is   d en o te d   b y   ( 6 )       ( 0 ) = { ( 1 + 1 ) + 1 ( 1 + 1 ) 2 ,                            1 2 ( 2 + 2 ) 2    + 1 2 2 ( 1 + 1 )   ,               ( 6 )     wh er 1 = ( )   /   &   2 = ( ) / .   Ou r   an aly tical  m o d el  y ield s   th f o llo win g   r esu lt:  s in ce   n o d v r e p r esen ts   tin y   p o r tio n   o f   A d ,   its   tr af f i c   lo ad   is   eq u al  to   th c o m m o n   t r af f ic  weig h t   in   A d .   Fo r   th at   r e aso n ,   we  b eg in   b y   d eter m i n in g   A d ' s   ty p ical  tr af f ic   lo ad .   W co u ld   b ca lcu latin g   th to tal  am o u n t o f   n o d es in   A d A s   f o r   A d ,   its   n o d c o u n t is     = {    ,           > 2       ,                 ( 7 )     w ith   th to tal  q u an tity   o f   n o d e s   in   th h ig h er - le v el  A d+ ir  f lu ctu atin g   d u t o   d ata  r ec eiv e d   an d   s en f r o m   lo wer - lev el  ar ea s ,      +  = { ( +  ) | 0 < < 1   ,    > ( 2 +  )  | 0 < < 2   ,         ( 8 )     wh er 1 = ( ) / &   2 = ( ) / .   T h am o u n t   o f   d ata  p ac k ets  is   wh o lly   p r o p o r tio n al   to   th e   to ta n u m b er   o f   n o d es   en g a g ed ,   as  ea ch   n o d o n ly   cr ea tes o n p ac k et  e v er y   r o u n d   in   r esp o n s to   s in g le  q u er y .   As a  r esu lt,  A d ' s   d ata  p ac k et  co u n t is     = + + + + +      ( 9)     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:   2088 - 8 7 0 8         R o u tin g   mec h a n is en s u r in g   co n g esti o n   fr ee   co mmu n ic a tio n   in     ( K a s i V en ka ta   K ir a n )   2881   P r o o f :   T h a v er ag e   A d   tr af f ic  l o ad   is   g i v en   b y   D Ad   N Ad ,   ac co r d in g   to   th e   p r e v io u s   e q u atio n .   T h l o ad   i n   tr af f ic  o f   ea c h   n o d e   v i   at   S 0   m u s b e   t h ( 0 ) =   as  I a p p r o x im ates  th e   ty p i ca tr af f ic  f lo o f   t h s en s o r   n o d es  in   A d   u s ed   f o r   tr a n s m itti n g   d ata  p ac k ets.  Af ter   d o in g   s o m b asic  m ath s ,   we  g et  ( 0 ) as ( 6 ) .   Th eo r em  2 I is   ass u m ed   th v i   r em ain s   f ash io n ab le  in   th n ar r o ar ea   o f   A d   u s in g   wid th   d en o ted   b y   σ .   T h s p ac f r o m   A d   to   th e   b o r d er   n o d is   d en o te d   as  b 0 .   Giv e n   th at   th s in k   n o d t r an s m its   o n ly   o n q u e r y   p ac k et  to   ev er y   n o d es in   r o u n d ,   th at  t h av er ag q u er y   tr an s m itted   b y   v i   by  S 0   is   ( 1 0 ) .     ( 0 ) = { ( 1 + 1 ) + 1 ( 1 + 1 ) 2 0                                                                  0 1 2 ( 2 + 2 ) 2  + 1 2 2 ( 1 + 1 )                            ( 1 0 )     wh er 1 = ( ) /   &   2 = ( )   /   P r o o f T h eo r em   1   e v id en ce .   T h n o d e     av er ag e   tr af f ic   lo a d   is   in f l u en ce d   b y   th e   d ata   g a th er in g   an d   q u er y   d is tr ib u tio n   d u r in g   ea c h   s tag e' s   d ata  r o u n d ,   is   as f o llo ws:   ( 0 ) = (  ( 0 ) +  ( 0 ) ) )   Th eo r em   3 : T h tim d u r atio n   f o r   cy cle  o f   q u er y   p r o ce s s in g ,   wh ich   in clu d es b o th   t r an s m itti n g   th q u er y   an d   g ath er in g   d ata,   is   d e n o ted   as  μ r .   T h ar ea   A d   co n tain s   n o d e   v i ,   wh er d   r ep r esen ts   th d is tan ce   f r o m   A d   to   s in k   n o d e.   Fo r   d ata  r o u n d   with   s en s o r   n o d tr a n s m itti n g   d ata  at  r ate  o f   b its /s ,   th av er ag p o wer   co n s u m p tio n   0   o f   v i   is   0   , ( 0 )   , ( 0 ) + , ( 0 )   , ( 0 )   ,   wh er e     , ( 0 ) = ( 0 )  + ( ( 0 ) 1 ) ( + )       ( 1 1 )     , ( 0 ) = ( ( 0 ) 1 )       ( 1 2 )     , ( 0 ) = ( 0 ) ( + )     ( 1 3 )     , ( 0 ) = , ( 0 ) =  ( 2 ( 0 ) +       ( 1 4 )     P r o o f : N o d v i ' s   en er g y   u s ag in   d ata  r o u n d   is   co m p r is ed   o f   th f o llo win g   4   c o m p o n en ts .   Qu er y   d is tr ib u tio n   f o r   E n er g y   co n s u m p tio n : Wh ile  th v i   n o d an d   as th A d   z o n e,   t h o b tai n ed   q u er ies   ( 0 )    i n   s in g le  r o u n d   an d   th s en d   o u t q u er ies  ( 0 ) 1 .   T h en ,   th c o n s u m p tio n   o f   th e n er g y   f o r   t h q u esti o n   s h ar in g   is   r ep r esen ted   b y   , ( 0 ) = ( 0 )  + ( ( 0 ) 1 ) ( + ) .     E n er g y   u tili za tio n   f o r   th d ata   r ec eiv in g T h en   th v i   n o d i s   with in   th A d   r eg io n ,   t h en   t h o b tain e d   d ata  v o lu m e   in   a   cy cle   is   1 ( 0 ) ,   c o r r esp o n d in g   in   t h d i r ec tio n   o f   th T h eo r em   1 .   Hen ce ,   th at  th e   en er g y   u tili za tio n   f o r   th r ec eiv in g   is   , ( 0 ) = ( ( 0 ) 1 ) .     E n er g y   u tili za tio n   f o r   th d ata  tr an s m itti n g W h ile  in   th e   d ata   q u an tity   tr an s m itted   b y   v i   in   a   tu r n   is   ( 0 ) ,   th u tili za tio n   o f   th e n er g y   f o r   th tr an s m is s io n   o f   th d ata  r ep r esen ts   ar     { , ( 0 ) = ( 0 ) ( +  2 ) ,           0 , ( 0 ) = ( 0 ) ( +  4 ) ,                     E n er g y   u tili za tio n   f o r   th id le   lis ten in g Af ter war d s ,   n etwo r k   m o d el,   ass u m th at  th e   d u ty   cy cle   r ep r esen ts   .   T h er ef o r e ,   th at  ac tiv tim f o r   ea ch   r o u n d   is   = .   T h en er g y   u tili za tio n   u s ed   f o r   th e     id le  r em ain s   th p r o life r atio n   o f   th E idle   lik ewise  th tim i n   id le  ea v esd r o p p in g .   B ec au s e   th tim in ter v al  o f   th id le  lis ten in g   is   ex p r ess ed   b y   , ( 0 ) ,   we  in clu d tim e x p e ctin g   f o r   d ata  c o m m u n icatio n   o f   b o th   en d s     , ( 0 ) = ( ( 0 ) 1 ) . ( 0 ) /   C o n s eq u en tly ,   we  o b tain   th e   en er g y   u tili za tio n   f o r   id le  lis ten in g   b y   way   o f   , ( 0 ) =  , ( 0 ) =  ( 2 ( 0 ) + ) .   T o   s y n o p s is e,   in   r o u n d ,   th en er g y   u tili za tio n   ( 0 )   o f   th n o d v i   is   ( 0 ) = , ( 0 ) + , ( 0 ) + , ( 0 ) + , ( 0 ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   2 8 7 4 - 2 8 8 7   2882   4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   T h is   s ec tio n   p r o v id es  an   in - d ep th   ex p lan atio n   o f   th s im u latio n   r esu lts   as  p r esen ted   in   s ec tio n   4 . 1 .   I o f f er s   co m p r eh e n s iv an a ly s is   o f   th p er f o r m an ce   m etr ics,  h ig h lig h tin g   h o th s y s tem   b eh av es  u n d er   d if f er en s ce n a r io s   an d   co n f i g u r atio n s .   Sectio n   4 . 2   f o cu s es  o n   th im p lem en tatio n   d etails  an d   test in g   p r o ce d u r es   ca r r ied   o u t a cr o s s   v ar io u s   ca s e s .   T h es ca s es we r d ev el o p ed   an d   s im u lated   u s in g   m u ltip le  m o d els to   e v alu ate   th ef f ec tiv en ess   an d   r eliab ilit y   o f   th s y s tem .   T h test in g   in v o lv ed   s im u latio n s   wi th   two   d if f er en n etwo r k   s izes - o n with   2 0   n o d es  an d   a n o th er   with   1 0 0   n o d es - to   o b s er v h o th p ac k et  r ec e p tio n   r ate  v ar ies  with   th e   s ca le  o f   th e   n etwo r k .   T h r esu lts   in clu d d etailed   in s ig h ts   in to   th e   p ac k et   d eliv er y   p e r c en tag es  u n d er   ea c h   co n d itio n ,   s h o wca s in g   th s tr e n g th s   an d   p o ten tial  lim itatio n s   o f   ea c h   m o d el  i n   h an d lin g   d if f er en n etwo r k   lo ad s   an d   s ce n ar io s .       4 . 1 .   Sim ula t io re s ults   Usi n g   th n etwo r k   s im u lato r   2   ( NS - 2 )   p latf o r m ,   we  co n d u cte d   s er ies  o f   co m p r eh en s iv ex p er im en ts   to   ev alu ate   th p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   a p p r o ac h   as   r ef e r en ce d   i n   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] T h e   s im u l atio n   en v ir o n m en t   was  ca r ef u lly   d esig n ed   to   m i m ic  r ea lis tic  d ep l o y m en t   s ce n ar io .   Sp ec i f ically ,   a   two - d i m en s io n al  ( 2 D)   ar ea   was  d ef in ed   with in   wh ich   m e d ical  s en s o r   n o d es  wer r a n d o m ly   d is tr ib u ted .   T h is   r an d o m   d ep lo y m e n r ef lects   r ea l - wo r ld   a p p lic atio n s   wh er e   s en s o r   p lace m en ts   m a y   n o f o ll o f ix e d   p atter n ,   s u c h   as  in   e m er g en cy   r esp o n s o r   m o b ile  h ea lth   m o n ito r in g   e n v ir o n m en ts .     W h en   co m p ar in g   th s u g g este d   co n g esti o n   co n tr o s y s tem   f o r   I o T - co n s tr u cted   h ea lth ca r n etwo r k s   to   ex is tin g   s ch em es,  s u ch   as  B R C C T [ 1 8 ] ,   C ADC  [ 1 9 ] ,   HT AP  [ 1 7 ] ,   R E E P,  T AR A,   we  lo o k ed   at  m etr ics  lik av er ag h o p - by - h o p   d elay ,   th r o u g h p u t in   ad d itio n   th p er ce n tag o f   ef f icac io u s ly   r ec ei v ed   p ac k ets.  W ith   ea ch   s en s o r   n o d s tar tin g   with   a n   i n itial  en er g y   o f   E 0   0 . 5   J o u les,  we  also   m ea s u r ed   th n etw o r k   life s p an   a n d   t h e   ef f icien cy   o f   th s u g g ested   alg o r ith m   in   ter m s   o f   en er g y   s av in g s .   T h r esu lts   o f   th s im u latio n s ,   wh ich   u s ed   to   th MA C   p r o to co l w ith   co llis io n - f r ee ,   ar lis ted   in   T a b le  1 .       T ab le  1 .   T h p ar am ete r s   u s ed   in   s im u latio n   P a r a me t e r   P a r a me t e r   v a l u e   N o   o f   n o d e s   30 - 1 0 0   A r e a   f o r   d e p l o y me n t   1 0 0 X 1 0 0   m 2   S i z e   o f   d a t a   p a c k e t   5 0 0   b i t s   Ea c h   n o d e   p r i mar y   e n e r g y   0 . 5   J o u l e s   E e l e c   50   n J / b i t      0 . 0 0 1 2   p J/ b i t / m 4   S i z e   o f   t h e   c o n t r o l   mess a g e     1 0 0   b i t s   F u n c t i o n   c y c l e     1 0 %   D a t a   p e r i o d   d u r a t i o n   10s   R a t e   o f   e n e r g y   c o n su m p t i o n   ( i d e a l )   0 . 8 7   mJ/s   D a t a   t r a n smi ssi o n   sp e e d   5 1 2   k b p s   A n t e n n a   t y p e   O mn i   a n t e n n a   Q u e u e   s i z e ( p a c k e t s)   50       Fig u r 2   s h o w s   th d ata   p ac k e r ec ep tio n   r ate  at  th e   g atew ay   as  f u n ctio n   o f   th e   s u g g ested   s ch em e' s   s u cc ess   r ate.   Fig u r 2 ( a)   s h o ws  th at  th s u g g ested   s ch em o u tp er f o r m s   its   co m p etito r s   in   ter m s   o f   p ac k et   s u cc ess   r ates.  I o u tp e r f o r m s   B R C C T b y   3 7 %,  C ADC  b y   3 9 . 4 %,  R E E b y   4 1 . 3 %,   HT AP  b y   4 2 . 5 %,   an d   th e   T AR m eth o d   b y   5 7 %.   Mo r e o v er ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   2 ( b ) ,   th s u g g ested   s ch em o u tp e r f o r m s   th alter n ativ es  b y   s ig n if ican m ar g in 3 8 v s   B R C C T P,  4 2 v er s u s   C A DC ,   4 4 v er s u s   R E E P,  4 5 . 7 v er s u s   HT AP,  an d   5 9 o v er   T AR A.   B o th   th p r io r ity - b ased   co n g esti o n   m a n ag em en tech n iq u [ 2 5 ]   an d   th lev el - by - lev el   r ed u ctio n   o f   th e   d ata  co n g esti o n   th r o u g h o u d ata  r o u tin g   ar e   r esp o n s ib le  f o r   th ese  g ain s   [ 2 6 ] [ 2 9 ] .   T h s u g g ested   s ch em e' s   th r o u g h p u t,   wh ich   r ep r esen ts   th e   p e r ce n tag o f   d ata  r ea c h in g   g atew ay   n o d e,   is   s h o wn   in   Fig u r 3   f o r   d if f er en p er ce n tag es  o f   s en s o r   n o d e s   in s id th n etwo r k .   T h th r o u g h p u g ain s   s h o wn   in   Fig u r 3 ( a)   f o r   o u r   s u g g ested   s y s tem   ar as   f o llo ws:   u p   t o   2 9 eq u ated   to   B R C C T P,  3 1 eq u ated   to   C ADC,  3 3 eq u ated   t o   R E E P,  3 4 . 3 3 eq u ated   to   T AR A,   an d   3 6 %   ass o ciate d   to   HT AP.  Similar l y ,   Fig u r 3 ( b )   s h o ws  th at  th r o u g h p u m ay   b e   im p r o v ed   b y   as  m u ch   as  3 1 . 2 1 w h en   co m p ar ed   to   R E E P,  3 2 wh en   co m p a r ed   t o   T AR A,   3 3 . 4 5 %   wh en   co m p a r ed   to   HT AP,  2 9 wh en   co m p ar ed   to   C ADC,  an d   2 6 . 5 wh en   c o m p ar e d   to   B R C C T P.  All   o f   th ese  en h an ce m en ts   ar th r esu lt  o f   th s u g g ested   s ch em e' s   lev el - b ased   co n g esti o n   m an ag em en t   m ec h a n is m ,   wh ich   ch o o s es  th b est  p o s s ib le  alter n ate  d ata   r o u tin g   c h an n els  to   h an d le   d ata   tr an s m is s io n   co n g esti o n   [ 3 0 ] [ 3 2 ] .   Fig u r 4   s h o w s   th m ea n   d elay   b y   h o p - by - h o p   f i n d in g s   f r o m   th alg o r ith m s   th at  wer te s ted   in   two   d if f er en t   s ce n ar io s o n e   with   2 0   n o d es  an d   th o th er   with   1 0 0   n o d es.  I f   we  wan t   to   k n o w   h o w   well  th s u g g ested   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:   2088 - 8 7 0 8         R o u tin g   mec h a n is en s u r in g   co n g esti o n   fr ee   co mmu n ic a tio n   in     ( K a s i V en ka ta   K ir a n )   2883   s y s tem   h an d les  lin k - lay er   r e tr an s m is s io n s ,   tr an s p ar en cy   f r o m   co n tr o p ac k et  ex ch a n g es  an d   in ter - p at h   in ter f er en ce s ,   we  n ee d   th is   p er f o r m a n ce   m etr ic.   W ith   r ed u ctio n s   o f   3 1 ass o ciate d   to   B R C C T P,  3 8 . 5 ass o ciate d   to   HT AP 3 3 . 6 as s o ciate d   to   C ADC,  4 1 ass o ciate d   to   th T AR alg o r ith m   a n d   3 5 . 4 ass o ciate d   to   R E E P.   Ou r   s u g g ested   a p p r o ac h   clea r l y   ac h ie v es  r e d u c ed   av er a g h o p - by - h o p   laten c y   Fig u r e   4 ( a ) .   I n   a   s im ilar   v ein ,   Fig u r 4 ( b )   d e m o n s tr ates  th at  wh en   co m p ar e d   to   o th er   alg o r ith m s ,   o u r   s u g g este d   ap p r o ac h   r e d u ce s   av er ag h o p - by - h o p   laten cy   b y   as  m u ch   as  2 8 ass o ciate d   to   B R C C T P,  3 1 . 3 ass o ciat ed   to   C ADC,  3 2 %   ass o ciate d   to   R E E P,  3 5 a s s o ciate d   to   HT AP,  an d   3 7 ass o ciate d   to   T AR A.   T h less   av er ag e   d ata   tr an s m is s io n   tim th at  r esu lt s   f r o m   th s u g g ested   s ch em e' s   ef f icien p ath   s elec tio n   f o r   d at r o u tin g   with   f ew   co n tr o l p ac k et  ex ch a n g es is   th s o u r ce   o f   th ese  en h a n ce m en t s .           ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   Pack ets r ec eiv e d   p er ce n tag f o r   ( a)   2 0   n o d es a n d   ( b )   1 0 0   n o d es           ( a)   ( b )     Fig u r 3 A v e r ag th r o u g h p u p lo t f o r   ( a)   2 0   n o d es a n d   ( b )   1 0 0   n o d es           ( a)   ( b )     Fig u r 4 A v e r ag h o p - to - h o p   d elay   f o r   ( a)   2 0   n o d es a n d   ( b )   1 0 0   n o d es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.