[發明專利]基于二進制分子通信模型的多播可靠性確定方法

有效

• 申請號: 201410558844.8
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104378180B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 程珍;池凱凱;李燕君;朱藝華;田賢忠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04L1/16
• 分類號: H04L1/16;H04L12/18
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及生物技術、納米技術、通信技術，是一種基于二進制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

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制造鋪平了道路。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，比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，從而能夠在更大的范圍內完成復雜的任務。

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，用于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并接收的信息分子，并基于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后，由接收方納米機器接收并以特定的方式解碼信息。

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。分子通信由于不受收發器的體積和能耗等因素的制約，并且適用于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于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一。

發明內容

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、實用性良好的基于二進制分子通信模型的多播可靠性確定方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于二進制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：

第一步，分析單鏈路拓撲結構在鏈路成功下的可靠性

在二進制分子通信模型中，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后，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為生物環境擴散系數；

該概率密度分布函數對應的累積分布函數F(t)為：

對于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_ij表示，由下述公式計算：

β_ij＝1-(1-F(τ))^nN

其中，N為發送方納米機器在每個time slot(即時隙)釋放分子的個數，T為傳輸時間，把T分成n個時隙，即為T＝nτ，其中，n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

對于單路徑拓撲結構，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：

其中，r_s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

對于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TN發送的，經過m條路徑s₁，s₂，…，s_m達到相同的接收方納米機器RN，則此時多路徑拓撲結構的可靠性，用β_RNj表示，j＝1,2,…p，p為接收方納米機器總個數，計算公式為：

其中，為路徑s_i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