Published February 3, 2021 | Version v1
Publication Open

A Novel Adaptive Battery-Aware Algorithm for Data Transmission in IoT-Based Healthcare Applications

Creators

  • 1. Sukkur IBA University
  • 2. Mid Sweden University
  • 3. Shenzhen Institutes of Advanced Technology
  • 4. Chinese Academy of Sciences
  • 5. King Saud University
  • 6. University of Beira Interior

Description

The internet of things (IoT) comprises various sensor nodes for monitoring physiological signals, for instance, electrocardiogram (ECG), electroencephalogram (EEG), blood pressure, and temperature, etc., with various emerging technologies such as Wi-Fi, Bluetooth and cellular networks. The IoT for medical healthcare applications forms the internet of medical things (IoMT), which comprises multiple resource-restricted wearable devices for health monitoring due to heterogeneous technological trends. The main challenge for IoMT is the energy drain and battery charge consumption in the tiny sensor devices. The non-linear behavior of the battery uses less charge; additionally, an idle time is introduced for optimizing the charge and battery lifetime, and hence the efficient recovery mechanism. The contribution of this paper is three-fold. First, a novel adaptive battery-aware algorithm (ABA) is proposed, which utilizes the charges up to its maximum limit and recovers those charges that remain unused. The proposed ABA adopts this recovery effect for enhancing energy efficiency, battery lifetime and throughput. Secondly, we propose a novel framework for IoMT based pervasive healthcare. Thirdly, we test and implement the proposed ABA and framework in a hardware platform for energy efficiency and longer battery lifetime in the IoMT. Furthermore, the transition of states is modeled by the deterministic mealy finite state machine. The Convex optimization tool in MATLAB is adopted and the proposed ABA is compared with other conventional methods such as battery recovery lifetime enhancement (BRLE). Finally, the proposed ABA enhances the energy efficiency, battery lifetime, and reliability for intelligent pervasive healthcare.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يشتمل إنترنت الأشياء (IoT) على عقد مستشعرات مختلفة لمراقبة الإشارات الفسيولوجية، على سبيل المثال، مخطط كهربية القلب (ECG)، ومخطط كهربية الدماغ (EEG)، وضغط الدم، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك، مع العديد من التقنيات الناشئة مثل Wi - Fi و Bluetooth والشبكات الخلوية. تشكل إنترنت الأشياء لتطبيقات الرعاية الصحية الطبية إنترنت الأشياء الطبية (IoMT)، والتي تضم العديد من الأجهزة القابلة للارتداء المقيدة بالموارد لمراقبة الصحة بسبب الاتجاهات التكنولوجية غير المتجانسة. يتمثل التحدي الرئيسي لـ IoMT في استنزاف الطاقة واستهلاك شحن البطارية في أجهزة الاستشعار الصغيرة. يستخدم السلوك غير الخطي للبطارية شحنة أقل ؛ بالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم وقت الخمول لتحسين الشحن وعمر البطارية، وبالتالي آلية الاسترداد الفعالة. مساهمة هذه الورقة ثلاثة أضعاف. أولاً، يتم اقتراح خوارزمية جديدة للتكيف مع البطارية (ABA)، والتي تستخدم الشحنات حتى الحد الأقصى وتسترد تلك الشحنات التي لا تزال غير مستخدمة. تعتمد ABA المقترحة تأثير الاسترداد هذا لتعزيز كفاءة الطاقة وعمر البطارية والإنتاجية. ثانيًا، نقترح إطارًا جديدًا للرعاية الصحية الشاملة القائمة على IoMT. ثالثًا، نقوم باختبار وتنفيذ ABA وإطار العمل المقترحين في منصة أجهزة لكفاءة الطاقة وعمر أطول للبطارية في IoMT. علاوة على ذلك، يتم نمذجة انتقال الحالات من خلال آلة الحالة المحدودة الدقيقة الحتمية. تم اعتماد أداة تحسين Convex في MATLAB ومقارنة ABA المقترحة مع الطرق التقليدية الأخرى مثل تحسين عمر استعادة البطارية (BRLE). أخيرًا، تعزز ABA المقترحة كفاءة الطاقة وعمر البطارية وموثوقية الرعاية الصحية الذكية المنتشرة.

Translated Description (French)

L'Internet des objets (IdO) comprend divers nœuds de capteurs pour surveiller les signaux physiologiques, par exemple, l'électrocardiogramme (ECG), l'électroencéphalogramme (EEG), la pression artérielle et la température, etc., avec diverses technologies émergentes telles que le Wi-Fi, le Bluetooth et les réseaux cellulaires. L'IoT pour les applications médicales de soins de santé forme l'Internet des objets médicaux (IoMT), qui comprend de multiples dispositifs portables à ressources limitées pour la surveillance de la santé en raison des tendances technologiques hétérogènes. Le principal défi pour IoMT est la consommation d'énergie et de charge de la batterie dans les minuscules capteurs. Le comportement non linéaire de la batterie utilise moins de charge ; en outre, un temps d'inactivité est introduit pour optimiser la charge et la durée de vie de la batterie, et donc le mécanisme de récupération efficace. La contribution de cet article est triple. Tout d'abord, un nouvel algorithme adaptatif tenant compte de la batterie (ABA) est proposé, qui utilise les charges jusqu'à sa limite maximale et récupère les charges qui restent inutilisées. L'ABA proposé adopte cet effet de récupération pour améliorer l'efficacité énergétique, la durée de vie de la batterie et le débit. Deuxièmement, nous proposons un nouveau cadre pour les soins de santé omniprésents basés sur l'IoMT. Troisièmement, nous testons et mettons en œuvre l'ABA et le cadre proposés dans une plate-forme matérielle pour l'efficacité énergétique et une plus longue durée de vie de la batterie dans l'IoMT. En outre, la transition des états est modélisée par la machine à états finis déterministe. L'outil d'optimisation convexe dans Matlab est adopté et l'ABA proposé est comparé à d'autres méthodes conventionnelles telles que l'amélioration de la durée de vie de la récupération de la batterie (BRLE). Enfin, l'ABA proposé améliore l'efficacité énergétique, la durée de vie de la batterie et la fiabilité des soins de santé omniprésents intelligents.

Translated Description (Spanish)

El internet de las cosas (IoT) comprende varios nodos sensores para monitorear señales fisiológicas, por ejemplo, electrocardiograma (ECG), electroencefalograma (EEG), presión arterial y temperatura, etc., con varias tecnologías emergentes como Wi-Fi, Bluetooth y redes celulares. El IoT para aplicaciones de atención médica forma el Internet de las cosas médicas (IoMT), que comprende múltiples dispositivos portátiles con recursos restringidos para el monitoreo de la salud debido a las tendencias tecnológicas heterogéneas. El principal desafío para IoMT es el drenaje de energía y el consumo de carga de la batería en los pequeños dispositivos sensores. El comportamiento no lineal de la batería utiliza menos carga; además, se introduce un tiempo de inactividad para optimizar la carga y la vida útil de la batería y, por lo tanto, el mecanismo de recuperación eficiente. El aporte de este trabajo es triple. En primer lugar, se propone un nuevo algoritmo adaptativo consciente de la batería (ABA), que utiliza las cargas hasta su límite máximo y recupera aquellas cargas que permanecen sin usar. El ABA propuesto adopta este efecto de recuperación para mejorar la eficiencia energética, la vida útil de la batería y el rendimiento. En segundo lugar, proponemos un marco novedoso para la atención médica generalizada basada en IoMT. En tercer lugar, probamos e implementamos el ABA y el marco propuestos en una plataforma de hardware para la eficiencia energética y una mayor duración de la batería en el IoMT. Además, la transición de estados es modelada por la máquina determinista de estados finitos harinosos. Se adopta la herramienta de optimización convexa en MATLAB y se compara el ABA propuesto con otros métodos convencionales como la mejora de la vida útil de recuperación de la batería (BRLE). Finalmente, el ABA propuesto mejora la eficiencia energética, la duración de la batería y la confiabilidad para una atención médica inteligente y generalizada.

Files

FULLTEXT01.pdf

Files (286 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:316f99bf8b67cc06290112a11d398f24
286 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
خوارزمية جديدة متكيفة مع البطارية لنقل البيانات في تطبيقات الرعاية الصحية القائمة على إنترنت الأشياء
Translated title (French)
Un nouvel algorithme adaptatif prenant en charge les batteries pour la transmission de données dans les applications de soins de santé basées sur l'IdO
Translated title (Spanish)
Un nuevo algoritmo adaptativo consciente de la batería para la transmisión de datos en aplicaciones sanitarias basadas en IoT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3128828844
DOI
10.3390/electronics10040367

Is supplement to
https://openalex.org/W4376643979 (Other)
https://openalex.org/W4220926637 (Other)
https://openalex.org/W2967161677 (Other)
https://openalex.org/W2903653170 (Other)
https://openalex.org/W2389079374 (Other)
https://openalex.org/W2376320007 (Other)
https://openalex.org/W2372429262 (Other)
https://openalex.org/W2362681120 (Other)
https://openalex.org/W2351967314 (Other)
https://openalex.org/W2322402661 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1493904571
  • https://openalex.org/W2045303778
  • https://openalex.org/W2145787620
  • https://openalex.org/W2273113005
  • https://openalex.org/W2521080250
  • https://openalex.org/W2558762433
  • https://openalex.org/W2749476200
  • https://openalex.org/W2765663891
  • https://openalex.org/W2777477306
  • https://openalex.org/W2788586581
  • https://openalex.org/W2788823547
  • https://openalex.org/W2793431625
  • https://openalex.org/W2889531475
  • https://openalex.org/W2920270483
  • https://openalex.org/W2945213602
  • https://openalex.org/W2949754992
  • https://openalex.org/W2962571744
  • https://openalex.org/W2966999980
  • https://openalex.org/W2969527636
  • https://openalex.org/W2997058333
  • https://openalex.org/W3019099014
  • https://openalex.org/W3021479140
  • https://openalex.org/W3021855334
  • https://openalex.org/W4232733350
  • https://openalex.org/W4244297518