基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法
2023-05-25 06:04:21
基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法
【專利摘要】一種基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法，包括以下步驟：第一步，分析鏈路成功下多播場景的可靠性，在二進位分子通信模型中，用傳輸不同的分子類型來代表比特0或1的發送，發送方納米機器釋放分子後，分子在介質中以布朗形式運動，對於單鏈路的兩個納米機器之間的傳輸，鏈路的可靠性定義為接收方納米機器收到至少一個分子的概率；第二步，分析單路徑拓撲結構在鏈路成功下的可靠性；第三步，分析多路徑拓撲結構在鏈路成功下的可靠性；第四步，分析多播拓撲結構在鏈路成功下的可靠性。本發明提供一種有效解析可靠性、實用性良好的基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法。
【專利說明】基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物技術、納米技術、通信技術，是一種基於二進位分子通信模型的多 播拓撲結構網絡，尤其是多播可靠性確定方法。
【背景技術】
[0002] 生物技術和納米技術的快速發展為納米級大小的納米機器的製造鋪平了道路。納 米機器被認為是納米尺度上最基本的功能設備。納米機器在醫學和工業領域有較好的應用 前景。然而，納米機器在這些領域中應用的實現很容易受到納米機器自身特點的約束，t匕 如納米機器較小的尺寸和未知的物理性質而導致納米機器在應用中的不可控制性，不穩定 性。這些問題可以通過納米機器之間納米級通信的協調來解決，從而形成了納米機器之間 的網絡稱為納米網絡。納米網絡能協調不同的納米機器通過合作的方式信息共享，從而能 夠在更大的範圍內完成複雜的任務。
[0003] 分子通信是納米機器之間一種新型的通信方式，是一種以生物化學分子作為信息 載體，通過分子在生物環境中擴散進行相互通信，用於納米機器以組成分布式納米網絡的 通信技術。信息的載體分子被稱為信息分子。分子通信的基本通信過程包括信息的編碼、發 送、傳輸、接收和解碼五個步驟。在分子通信系統中，由信息的發送方納米機器生成能夠被 接收方納米機器識別並接收的信息分子，並基於信息分子的物理或化學特性編碼信息。發 送方納米機器釋放的信息分子通過流體（液體或氣體）介質被傳輸到接收方納米機器後， 由接收方納米機器接收並以特定的方式解碼信息。
[0004] 分子通信具有諸多良好特性，比如特定類型的信息分子可以承載大量信息，可使 納米機器能夠直接與生物系統中的各種原生組件進行相互作用，具有生物兼容性；此外，分 子通信系統還可以從環境中的化學反應中獲取充足的能量，以支持信息傳輸。分子通信由 於不受收發器的體積和能耗等因素的制約，並且適用於許多特定的應用環境中（例如人體 內），因此學術界普遍認為基於生物啟發的分子通信是實現納米網絡最可行的通信技術之 〇
【發明內容】
[0005] 為了克服已有多播拓撲結構網絡的無法有效確定可靠性的不足，本發明提供一種 有效解析可靠性、實用性良好的基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法。
[0006] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
[0007] -種基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法，所述可靠性確定方法包括 如下步驟：
[0008] 第一步，分析單鏈路拓撲結構在鏈路成功下的可靠性
[0009] 在二進位分子通信模型中，用傳輸不同的分子類型來代表比特0或1的發送，發送 方納米機器釋放分子後，分子在介質中以布朗形式運動，一個分子從發送方納米機器到距 離為d的接收方納米機器所需時間t的概率密度分布函數f(t)為：
【權利要求】
1. 一種基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法，其特徵在於：所述可靠性確 定方法包括如下步驟： 第一步，分析單鏈路拓撲結構在鏈路成功下的可靠性 在二進位分子通信模型中，用傳輸不同的分子類型來代表比特O或1的發送，發送方納 米機器釋放分子後，分子在介質中以布朗形式運動，一個分子從發送方納米機器到距離為d 的接收方納米機器所需時間t的概率密度分布函數f(t)為：
其中，d為發送方納米機器與接收方納米機器之間的距離，D為生物環境擴散係數； 該概率密度分布函數對應的累積分布函數F (t)為：
對於單鏈路的兩個納米機器之間的傳輸，鏈路的可靠性定義為接收方納米機器收到至 少一個分子的概率，用β u表示，由下述公式計算： β ij = 1-(1~F( τ ))1^ 其中，N為發送方納米機器在每個slot釋放分子的個數，T為傳輸時間，把T分成η個 時隙，T = η τ , η為time slot的個數，τ為每個time slot持續的時間； 第二步，分析單路徑拓撲結構在鏈路成功下的可靠性 對於單路徑拓撲結構，單路徑的可靠性為保證每條鏈路是可靠的情況下的概率，計算 公式為： A = Π A 其中，rs為單路徑所包含每一條鏈路的可靠性值的集合； 第三步，分析多路徑拓撲結構在鏈路成功下的可靠性 對於多路徑拓撲結構的可靠性，即為要求至少有一條路徑是可靠的，時延定義為接收 方納米機器至少收到一個分子所需的時間，假設分子是從相同的發送方納米機器發送的， 經過m條路徑S1, S2，…，Sni達到相同的接收方納米機器，則此時多路徑拓撲結構的可靠性， 用Al in表示，計算公式為：
其中，及為路徑Si的可靠性； 第四步，分析多播拓撲結構在鏈路成功下的可靠性 從相同的發送方納米機器TN到不同的p個接收方納米機器RN1，RN2，…，RNp的可靠 性分別為βΚΝ1，βΚΝ2，…，βΜρ，βΚΝ1，β ΚΝ2，…，βΜρ按照第三步的計算公式求得，則此多 播拓撲結構下的可靠性用i3MultiMSt表示，計算公式分別為： ^ Multicast - 3 RNl 3 RN2. · · 3 卿。
2. 如權利要求1所述的基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法，其特徵在 於：所述第一步中，對於單鏈路重傳機制下的可靠性用P i/表示，計算公式為：
其中，為單鏈路的最大重傳次數，β u為成功傳輸單鏈路的可靠性。
3. 如權利要求2所述的基於二進位分子通信模型的多播可靠性確定方法，其特徵在 於：所述第二步中，對於單路徑重傳機制下的可靠性，用β ^表示，計算公式為：
其中，/為單鏈路重傳機制下的可靠性，rs'為單路徑在鏈路傳輸失敗情形下所包 含每一條鏈路的可靠性值的集合。
【文檔編號】H04L1/16GK104378180SQ201410558844
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】程珍, 池凱凱, 李燕君, 朱藝華, 田賢忠 申請人:浙江工業大學