CN104393967B - 基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 - Google Patents
基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104393967B CN104393967B CN201410557172.9A CN201410557172A CN104393967B CN 104393967 B CN104393967 B CN 104393967B CN 201410557172 A CN201410557172 A CN 201410557172A CN 104393967 B CN104393967 B CN 104393967B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- molecule
- msup
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 16
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007860 molecular communication Effects 0.000 description 9
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
- H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
- H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
- H04L1/1809—Selective-repeat protocols
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
一种基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法,包括以下过程,分析链路成功下多播场景的可靠性,在二进制分子通信模型中,用传输不同的分子类型来代表比特0或1的发送,发送方纳米机器释放分子后,分子在介质中以布朗形式运动,对于单链路的两个纳米机器之间的传输,链路的可靠性定义为接收方纳米机器收到至少一个分子的概率。本发明提供一种有效解析可靠性、实用性良好的基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术、纳米技术、通信技术,是一种基于二进制分子通信模型的单链路拓扑结构网络,尤其是单链路可靠性确定方法。
背景技术
生物技术和纳米技术的快速发展为纳米级大小的纳米机器的制造铺平了道路。纳米机器被认为是纳米尺度上最基本的功能设备。纳米机器在医学和工业领域有较好的应用前景。然而,纳米机器在这些领域中应用的实现很容易受到纳米机器自身特点的约束,比如纳米机器较小的尺寸和未知的物理性质而导致纳米机器在应用中的不可控制性,不稳定性。这些问题可以通过纳米机器之间纳米级通信的协调来解决,从而形成了纳米机器之间的网络称为纳米网络。纳米网络能协调不同的纳米机器通过合作的方式信息共享,从而能够在更大的范围内完成复杂的任务。
分子通信是纳米机器之间一种新型的通信方式,是一种以生物化学分子作为信息载体,通过分子在生物环境中扩散进行相互通信,用于纳米机器以组成分布式纳米网络的通信技术。信息的载体分子被称为信息分子。分子通信的基本通信过程包括信息的编码、发送、传输、接收和解码五个步骤。在分子通信***中,由信息的发送方纳米机器生成能够被接收方纳米机器识别并接收的信息分子,并基于信息分子的物理或化学特性编码信息。发送方纳米机器释放的信息分子通过流体(液体或气体)介质被传输到接收方纳米机器后,由接收方纳米机器接收并以特定的方式解码信息。
分子通信具有诸多良好特性,比如特定类型的信息分子可以承载大量信息,可使纳米机器能够直接与生物***中的各种原生组件进行相互作用,具有生物兼容性;此外,分子通信***还可以从环境中的化学反应中获取充足的能量,以支持信息传输。分子通信由于不受收发器的体积和能耗等因素的制约,并且适用于许多特定的应用环境中(例如人体内),因此学术界普遍认为基于生物启发的分子通信是实现纳米网络最可行的通信技术之一。
发明内容
为了克服已有单链路拓扑结构网络的无法有效确定可靠性的不足,本发明提供一种有效解析可靠性、实用性良好的基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法,所述可靠性确定方法过程如下:
在二进制分子通信模型中,用传输不同的分子类型来代表0或1的发送,发送方纳米机器释放分子后,分子在介质中以布朗形式运动,一个分子从发送方纳米机器到距离为d的接收方纳米机器所需时间t的概率密度分布函数f(t)为:
其中,d为发送方纳米机器与接收方纳米机器之间的距离,D为生物环境扩散系数;
该概率密度分布函数对应的累积分布函数F(t)为:
对于单链路的两个纳米机器之间的传输,链路的可靠性定义为接收方纳米机器收到至少一个分子的概率,用βij表示,由下述公式计算:
βij=1-(1-F(τ))nN
其中,N为发送方纳米机器在每个time slot(即时隙)释放分子的个数,T为传输时间,把T分成n个时隙,即为T=nτ,n为time slot的个数,τ为每个time slot持续的时间。
进一步,对于单链路重传机制下的可靠性用βij′表示,计算公式为:
其中,fij为单链路的最大重传次数,βij为成功传输单链路的可靠性。
本发明的技术构思为:本发明充分结合分子通信的生物兼容性,低速率,传输范围有限性,较高的丢失率等特点,主要开发可用于纳米网络的以分子通信为基础的可靠高效数据通信技术。
在二进制分子通信模型中,用传输不同的分子类型来代表比特0或1的发送。由于在分子通信过程中,发送方纳米机器释放的分子在流体中进行扩散传输,导致分子到达接收方纳米机器有较高的不可靠性,同时考虑分子通信网络拓扑结构对可靠性有重要的影响。因此,如何保证二进制分子通信模型在多播场景中信息传输是可靠是需要进一步展开并深入研究的关键问题。
本发明的有益效果主要表现在:1、有效解析可靠性、实用性良好,基于二进制分子通信模型,分析出单链路拓扑结构的可靠性的解析表达式,以及在重传机制下的解析表达式。通过数学表达式分析出可靠性随着参数纳米机器之间的距离,生物环境扩散系数,发送方纳米机器在每个time slot释放分子的个数,time slot的个数,以及每个time slot持续的时间变化所呈现出的变化趋势;2、基于二进制分子通信模型的停等式ARQ(Stop-waitAutomatic Repeat reQuest)重传机制,通过控制最大重传次数,并确定接收方纳米机器回复确认信息(ACK)的分子个数,在最大限度上提高ACK分子被接收的概率,同时保证了传输的可靠性,减少了时间成本,也大大降低了复杂度。
附图说明
图1是单链路的拓扑结构。其中,TN为发送方纳米机器,RN为接收方纳米机器。
图2为基于二进制分子通信模型的可靠高效单链路的设计方案的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2,一种基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法,包括如下步骤:
为了分析基于二进制分子通信模型在单链路拓扑结构下的可靠性情况,建立单链路的研究场景。
图1是单链路的拓扑结构。其中,TN为发送方纳米机器,RN为接收方纳米机器。
对于单链路的两个纳米机器之间的传输,链路的可靠性定义为接收方纳米机器至少收到一个分子的概率,用βij表示,用下述公式计算:
βij=1-(1-F(τ))nN
其中,N为发送方纳米机器在每个time slot释放分子的个数。这里,T为传输时间,把T分成n个时隙,即为T=nτ,n为time slot的个数,τ为每个time slot持续的时间。
图2为基于二进制分子通信模型的可靠高效单链路方案的设计方案。
通过ARQ(Stop-wait Automatic Repeat reQuest)的重传机制,分析出基于二进制分子通信模型在单链路,单路径以及多路径中在该重传机制情形下的可靠性和时延的解析表达式,并在此基础上进行多播场景中可靠性和时延特性分析。保证接收方纳米机器接收的可靠性前提下,减少分子接收所需的平均时延,从而保证了该方案的可靠高效性。
对于单链路重传机制下的可靠性计算公式为:
其中,fij为单链路的最大重传次数,βij为成功传输单链路的可靠性。
Claims (1)
1.一种基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法,其特征在于:所述可靠性确定方法过程如下:
在二进制分子通信模型中,用传输不同的分子类型来代表比特0或1的发送,发送方纳米机器释放分子后,分子在介质中以布朗形式运动,一个分子从发送方纳米机器到距离为d的接收方纳米机器所需时间t的概率密度分布函数f(t)为:
<mrow>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>d</mi>
<msqrt>
<mrow>
<mn>4</mn>
<msup>
<mi>&pi;Dt</mi>
<mn>3</mn>
</msup>
</mrow>
</msqrt>
</mfrac>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msup>
<mi>d</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mrow>
<mn>4</mn>
<mi>D</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</msup>
<mo>,</mo>
<mi>t</mi>
<mo>></mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
其中,d为发送方纳米机器与接收方纳米机器之间的距离,D为生物环境扩散系数;
该概率密度分布函数对应的累积分布函数F(t)为:
<mrow>
<mi>F</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>E</mi>
<mi>r</mi>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mi>d</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msqrt>
<mrow>
<mi>D</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
<mi>t</mi>
<mo>></mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
对于单链路的两个纳米机器之间的传输,链路的可靠性定义为接收方纳米机器收到至少一个分子的概率,用βij表示,由下述公式计算:
βij=1-(1-F(τ))nN
其中,N为发送方纳米机器在每个time slot释放分子的个数,T为传输时间,把T分成n个时隙,即为T=nτ,n为time slot的个数,τ为每个time slot持续的时间;
对于单链路重传机制下的可靠性用βij′表示,计算公式为:
<mrow>
<msup>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>...</mn>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</msup>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>m</mi>
</msup>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
其中,fij为单链路的最大重传次数,βij为成功传输单链路的可靠性。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410557172.9A CN104393967B (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410557172.9A CN104393967B (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104393967A CN104393967A (zh) | 2015-03-04 |
CN104393967B true CN104393967B (zh) | 2018-01-23 |
Family
ID=52611808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410557172.9A Active CN104393967B (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104393967B (zh) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101754319A (zh) * | 2008-12-10 | 2010-06-23 | 华为技术有限公司 | 路由方法、装置及*** |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2373739T3 (es) * | 2005-03-07 | 2012-02-08 | Ntt Docomo, Inc. | Sistema de comunicación molecular. |
-
2014
- 2014-10-20 CN CN201410557172.9A patent/CN104393967B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101754319A (zh) * | 2008-12-10 | 2010-06-23 | 华为技术有限公司 | 路由方法、装置及*** |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Optimal Transmission Probability in Binary Molecular Communication;Baris Atakan;《IEEE COMMUNICATIONS LETTERS》;20130630;第II节第1段 * |
分子通信研究综述;黎作鹏 等;《通信学报》;20130531;第34卷(第5期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104393967A (zh) | 2015-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104579550A (zh) | 数据传送装置及方法 | |
CN103051424B (zh) | 一种不等错误保护喷泉码的无线传输方法 | |
CN101388743A (zh) | 一种正交频分复用***的物理信道映射装置及其映射方法 | |
FI3815444T3 (fi) | Laitteisto ja menetelmä langattomaan viestintään | |
CN109152071A (zh) | 数据传输指示及数据传输方法、基站、终端及存储介质 | |
Zhou et al. | User‐specific link adaptation scheme for device‐to‐device network coding multicast | |
CN104393949B (zh) | 一种基于二进制分子通信模型的通信方法 | |
Cheng et al. | Capacity analysis for diffusive molecular communication with ISI channel | |
CN104378180A (zh) | 基于二进制分子通信模型的多播可靠性确定方法 | |
CN104393950B (zh) | 基于二进制分子通信模型的单链路时延确定方法 | |
Chakraborty et al. | Investigation of Two New Protocols of Aggressive Packet combining scheme in achieving better throughput | |
CN104393967B (zh) | 基于二进制分子通信模型的单链路可靠性确定方法 | |
CN105813130B (zh) | 一种多跳水声网络数据传输的协调机制方法 | |
Rupani et al. | A review on wireless nanosensor networks based on electromagnetic communication | |
Gursoy et al. | Molecule-as-a-frame: A frame based communication approach for nanonetworks | |
CN103107875B (zh) | 基于网络编码的广播重传***及其方法 | |
CN104393968B (zh) | 基于二进制分子通信模型的多播时延确定方法 | |
Wang et al. | Low‐Cost and Long‐Range Node‐Assisted WiFi Backscatter Communication for 5G‐Enabled IoT Networks | |
Wang et al. | Stop-and-wait automatic repeat request schemes for molecular communications | |
CN107248900A (zh) | 一种双中继分布式lt码编译码及传输方法 | |
CN101645761A (zh) | 一种混合自动重传的冗余版本参数发送、接收方法 | |
CN105553627B (zh) | 一种快速的持续m数据确认等停无线传感器网络数据传输方法 | |
CN103227978A (zh) | 一种车载网络的广播方法和*** | |
Egashira et al. | Robust directional-diffusive hybrid molecular communication with parity-check erasure coding | |
Walsh et al. | Development of molecular based communication protocols for nanomachines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |