CN111521172A - 一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 - Google Patents
一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111521172A CN111521172A CN202010363559.6A CN202010363559A CN111521172A CN 111521172 A CN111521172 A CN 111521172A CN 202010363559 A CN202010363559 A CN 202010363559A CN 111521172 A CN111521172 A CN 111521172A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target
- released
- machine
- nano
- molecules
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000007860 molecular communication Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000005667 attractant Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000031902 chemoattractant activity Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003399 chemotactic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Catching Or Destruction (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，假设在纳米尺度的微观环境中存在一个检测目标，通过检测目标释放的引诱物质，微观环境中的纳米机可以利用此协同算法更快速地接近并检测目标，执行具体的任务，基于趋化效应的分子通信中，由引诱物质扩散而形成的引诱物浓度梯度覆盖范围小是导致目标检测速度慢、效率低下的重要原因之一，本申请技术方案的实现是基于纳米机携带的引诱物质进行协同加速检测，没有采用中继节点的帮助，因此有效避免了中继节点定位和部署等问题对目标检测应用的影响，也有效地扩大了引诱物质的浓度梯度场覆盖范围，提高了协同算法的可靠性，普遍适用于基于扩散方式的分子通信中的目标检测应用。
Description
技术领域
本发明属于分子通信领域，具体涉及一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法。
背景技术
分子通信是近年来新兴的交叉学科的技术，主要研究微观环境下通过纳米尺寸的分子或纳米机作为信息载体，实现信息传递的技术，目标检测是分子通信中的重要应用之一。针对于目标检测应用，目前常用的解决方案是纳米机在没有检测到目标释放的引诱物质之前进行随机游走，在检测到目标释放的引诱物质之后基于趋化效应朝目标定向移动；或通过在微观环境中部署中继节点，在中继节点的帮助下纳米机基于趋化效应朝目标定向移动。在检测到目标以后，纳米机就可以执行指定的任务。然而，通常情况下目标所释放的引诱物质有限，不足以形成大的浓度梯度场。如果采用中继节点方案，也会引入对中继节点的定位和部署等问题。这无形中就为目标检测应用的可靠性和效率的提升增加了难度，使得纳米机进行目标检测的时间长、检测成功效率低，为分子通信中目标检测的应用带来了困难。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，通过纳米机在检测到目标释放的引诱物质后，释放自身携带的另一种引诱物质，扩大了引诱物质的浓度梯度覆盖范围，提高了目标检测效率。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，在目标检测场景中，存在一个目标持续释放着引诱物质，在扩散效应作用下它的周围形成一个引诱物的浓度梯度场，环境中执行目标检测任务的纳米机在检测到引诱物质浓度后，在当前位置释放自身携带的另一种引诱物质后，在趋化效应的作用下，朝目标释放的引诱物质浓度梯度高的方向前进，直到检测到目标，在扩散作用下，纳米机释放的引诱物质在环境中扩散，当其他还未检测到目标释放的引诱物质的纳米机检测到此种引诱物质时，可以向已检测到目标释放的引诱物质的纳米机靠近，从而缩短目标检测时间，提高目标检测效率。
进一步地，具体包括以下步骤：
S1、将携带一种引诱物质的纳米机释放进入环境中，位置和方向随机；
S2、纳米机停止运动，分别检测外部环境中目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量，并记录；若纳米机检测到的目标释放的引诱物质分子数量大于设定最大值，则认为成功检测到目标，结束目标检测过程；
S3、根据步骤S2的引诱物质分子数量检测值与对应阈值做比较，若目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量都小于对应设定阈值，纳米机则随机选择方向前进一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S4；
S4、根据步骤S2的检测值，若目标释放的引诱物质分子数量大于等于阈值，则与前一周期检测的目标释放的引诱物质数量比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S5；
S5、根据步骤S2的检测值，通过纳米机释放的引诱物质分子数量与前一周期的纳米机释放的引诱物质分子数量的检测值做比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2。
进一步地，步骤S1之前还包括：S0、设定目标释放的引诱物质分子数量检测阈值和纳米机释放的目标物质分子数量检测阈值，设定目标释放的引诱物质分子数量检测最大值，以及对步长的设定。
进一步地，步骤S2中，若纳米机首次检测到目标释放的引诱物质分子数量大于等于设定阈值，则释放自身携带的全部引诱物质。
进一步地，步骤S4所述，需要纳米机对前一个周期所检测到的目标释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
更进一步地，步骤S5所述，需要纳米机对前一个周期所检测到的纳米机释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
本发明的有益效果：本发明在目标检测过程中，通过纳米机在首次检测到目标释放的引诱物质后，释放自身携带的引诱物质，在扩散作用影响下，在环境中形成更大的引诱物质浓度梯度场，提升了分子通信中基于趋化效应的目标检测应用检测效率。本申请克服了环境中单个目标释放的引诱物质浓度梯度场覆盖范围小，致使纳米机执行目标检测时间长、效率低的缺点，也有效避免了使用中继技术时的相关定位和部署问题。同时本申请通过纳米机自身释放的引诱物质，在扩散作用下能够使得还未检测到目标释放的引诱物质的纳米机快速地向此纳米机靠近，达到提高检测效率的目的。
附图说明
图1是本发明一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明的技术方案为：如图1所示，一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，在目标检测场景中，存在一个目标持续释放着引诱物质，在扩散效应作用下它的周围形成一个引诱物的浓度梯度场，环境中执行目标检测任务的纳米机在检测到引诱物质浓度后，在当前位置并释放自身携带的另一种引诱物质，在趋化效应的作用下，朝目标释放的引诱物质浓度梯度高的方向不断前进，直到检测到目标。在扩散作用下，纳米机释放的引诱物质在环境中扩散，当其他还未检测到目标的纳米机检测到此种引诱物质时，可以快速地向已检测到目标释放的引诱物质的纳米机靠近，从而提高目标检测效率、缩短目标检测时间。
如图1所示为本发明的方案流程图，具体包括以下步骤：
S1、将携带一种引诱物质的纳米机释放进入环境中，位置和方向随机。
步骤S1之前还包括设定目标释放的引诱物质分子数量检测阈值和纳米机释放的目标物质分子数量检测阈值，设定目标释放的引诱物质分子数量检测最大值，以及对步长的设定。初始化时会给定预设的值，但也可以根据后续的实验效果，比如引诱物质的不同选择，目标检测环境的具体大小，来进行调整。
S2、纳米机停止运动，分别检测外部环境中目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量，并记录；若纳米机检测到的目标释放的引诱物质分子数量大于设定最大值，则认为成功检测到目标，结束目标检测过程。
其中，若纳米机首次检测到目标释放的引诱物质分子数量大于等于设定阈值，则释放自身携带的全部引诱物质。释放引诱物质的持续时间根据携带的引诱物质的量和具体纳米机的实现进行设定。
S3、根据步骤S2的引诱物质分子数量检测值与对应阈值做比较，若目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量都小于对应设定阈值，纳米机则随机选择方向前进一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S4。
S4、根据步骤S2的检测值，若目标释放的引诱物质分子数量大于等于阈值，则与前一周期检测的目标释放的引诱物质数量比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S5。
其中，需要纳米机对前一个周期所检测到的目标释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
S5、根据步骤S2的检测值，通过纳米机释放的引诱物质分子数量与前一周期的纳米机释放的引诱物质分子数量的检测值做比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2。
其中，需要纳米机对前一个周期所检测到的纳米机释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，微观环境中存在一个目标，纳米机需要检测目标的位置并移动到目标附近，微观环境中纳米机在执行目标检测任务过程中，纳米机本身携带不同于目标释放的引诱物质，当纳米机在环境中检测到目标释放的引诱物质之后，释放自身携带的引诱物质，在趋化效应的作用下向目标释放的引诱物质的高浓度梯度方向前进，直到成功检测到目标。
2.根据权利要求1所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，还包括：环境中存在的目标会持续释放一种引诱物质，在扩散作用下，在目标周围形成一个浓度梯度场，纳米机能够检测到这种引诱物质，也能环境中检测自身携带的引诱物质。
3.根据权利要求1所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将携带一种引诱物质的纳米机释放进入环境中，位置和方向随机；
S2、纳米机停止运动，分别检测外部环境中目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量，并记录；若纳米机检测到的目标释放的引诱物质分子数量大于设定最大值，则认为成功检测到目标，并结束目标检测过程；
S3、根据步骤S2的引诱物质分子数量检测值与对应阈值做比较，若目标释放的引诱物质分子数量和纳米机释放的引诱物质分子数量都小于对应设定阈值，纳米机则随机选择方向前进一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S4；
S4、根据步骤S2的检测值，若目标释放的引诱物质分子数量大于等于阈值，则与前一周期检测的目标释放的引诱物质数量比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2，否则执行步骤S5；
S5、根据步骤S2的检测值，通过纳米机释放的引诱物质分子数量与前一周期的纳米机释放的引诱物质分子数量的检测值做比较，若大于等于上一周期的检测值则前进一个步长的距离，否则后退一个步长的距离，并执行步骤S2。
4.根据权利要求3所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：S0、设定目标释放的引诱物质分子数量检测阈值和纳米机释放的目标物质分子数量检测阈值，设定目标释放的引诱物质分子数量检测最大值，以及对步长的设定。
5.根据权利要求3所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，步骤S2中，若纳米机首次检测到目标释放的引诱物质分子数量大于等于设定阈值，则释放自身携带的全部引诱物质。
6.根据权利要求3所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，步骤S4所述，需要纳米机对前一个周期所检测到的目标释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
7.根据权利要求3所述的一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法，其特征在于，步骤S5所述，需要纳米机对前一个周期所检测到的纳米机释放的引诱物质分子数量进行记录，再将当前检测值与之对比。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010363559.6A CN111521172A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010363559.6A CN111521172A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111521172A true CN111521172A (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=71908467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010363559.6A Pending CN111521172A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111521172A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115242283A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-25 | 电子科技大学长三角研究院(衢州) | 一种基于多引诱剂的中继定向分子通信方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070254020A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Ntt Docomo, Inc. | Molecular communication system and molecular communication method |
| KR101619695B1 (ko) * | 2015-03-10 | 2016-05-10 | 인하대학교 산학협력단 | 분자통신에서의 보안 채널 이용 방법 및 장치 |
| CN108512723A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-07 | 浙江工业大学 | 一种扩散的多播分子通信网络的比特错误率确定方法 |
| CN108785846A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-13 | 电子科技大学 | 一种移动分子通信中基于浓度梯度的目标导向方法 |
-
2020
- 2020-04-30 CN CN202010363559.6A patent/CN111521172A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070254020A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Ntt Docomo, Inc. | Molecular communication system and molecular communication method |
| KR101619695B1 (ko) * | 2015-03-10 | 2016-05-10 | 인하대학교 산학협력단 | 분자통신에서의 보안 채널 이용 방법 및 장치 |
| CN108512723A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-07 | 浙江工业大学 | 一种扩散的多播分子通信网络的比特错误率确定方法 |
| CN108785846A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-13 | 电子科技大学 | 一种移动分子通信中基于浓度梯度的目标导向方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ARMAN AHMADZADEH: "Reactive receiver modeling for diffusive molecular communication systems with molecule degradation", 《2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS (ICC)》 * |
| 尤杨: "基于化学信号的分子通信原型***优化设计与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 杨鲤婷: "纳米网络中基于趋化效应的分子定向通信控制技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115242283A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-25 | 电子科技大学长三角研究院(衢州) | 一种基于多引诱剂的中继定向分子通信方法 |
| WO2024017335A1 (zh) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | 电子科技大学长三角研究院(衢州) | 一种基于多引诱剂的中继定向分子通信方法 |
| CN115242283B (zh) * | 2022-07-22 | 2024-03-22 | 电子科技大学长三角研究院(衢州) | 一种基于多引诱剂的中继定向分子通信方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kline et al. | Catalytic nanomotors: remote‐controlled autonomous movement of striped metallic nanorods | |
| CN111521172A (zh) | 一种基于协同算法的分子通信的目标检测方法 | |
| KR101835142B1 (ko) | 중합체들의 움직임을 동적으로 제어하기 위한 압전-기반 나노포어 디바이스 | |
| CN104014805B (zh) | 一种银纳米线的制备方法 | |
| JP5370992B2 (ja) | 磁気駆動を利用する改良された液滴混合のための方法及び装置 | |
| CN107245196A (zh) | 多层组装微米级单分散聚苯乙烯磁性复合微球的制备方法 | |
| CN104250859B (zh) | 一种制备壳层为聚苯胺的电纺丝的方法 | |
| RU2017113924A (ru) | Способ манипулирования материнскими рулонами на установках для конвертинга бумаги | |
| US20190153517A1 (en) | Electrospun fibers for protein stabilization and storage | |
| US20190055661A1 (en) | Methods and systems for electrochemical additive manufacturing | |
| CN105975278A (zh) | 一种切换应用界面皮肤的方法及装置 | |
| Díaz et al. | Avalanches and criticality in driven magnetic skyrmions | |
| JP2000252242A5 (zh) | ||
| CN110379922A (zh) | 一种柔性Ag/MoS2/Cu阻变式存储器的制备方法 | |
| CN101837251A (zh) | 一种两亲性分子对聚偏氟乙烯多孔膜表面的亲水改性方法 | |
| JP2016503436A5 (zh) | ||
| Fei et al. | A redox responsive polymeric gel based on ionic crosslinking | |
| Ravanpak et al. | Dynamical system analysis of brane induced gravity with tachyon field | |
| CN115242283B (zh) | 一种基于多引诱剂的中继定向分子通信方法 | |
| CN105808288A (zh) | 操作***推送消息的控制方法及装置 | |
| CN109568591A (zh) | 一种软体微纳马达及其制备方法 | |
| CN114641064A (zh) | 一种分子通信中基于信标的纳米机定位方法 | |
| Chen et al. | Non-Stiction Performance of Various Post Wet-Clean Drying Schemes on High-Aspect-Ratio Device Structures | |
| CN109818084B (zh) | 一种电芯下料方法及与其相适配的下料机构 | |
| CN113800241A (zh) | 一种样品托夹取装置及夹取方法、样品传递装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200811 |