體域納米網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、納米網(wǎng)絡(luò)是一種基于生物啟發(fā)機(jī)制的分布式無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間能夠通過分子通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交換。分子通信納米網(wǎng)絡(luò)能夠被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、軍事、環(huán)境和制造業(yè)等領(lǐng)域。由于納米網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)性能、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)特性等方面與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)之間存在本質(zhì)區(qū)別，因此在研究的早期階段，以面向應(yīng)用范疇的方式開展研究將有助于探索如何構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，例如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、協(xié)議棧和不同信號系統(tǒng)之間的互聯(lián)方式等。此外，由于受生物細(xì)胞之間物質(zhì)交換的啟發(fā)而被廣泛研究的分子通信

2、技術(shù)目前仍主要適用于在生物體內(nèi)開展網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)，因此具備高生物兼容性的分子通信納米網(wǎng)絡(luò)被稱為“天然的體域網(wǎng)”，它能夠在分子級或細(xì)胞級為各種醫(yī)療問題提供解決方案?；诰W(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建、通信特征和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的需要，本文以生物醫(yī)療應(yīng)用范疇內(nèi)的納米網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新為目標(biāo)，開展體域納米網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，具體研究內(nèi)容包括：
　　(1)體域納米網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)研究。首先提出體域納米網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以多跳通信為特征，通過結(jié)合短距與中距分子通信技

3、術(shù)來構(gòu)建大規(guī)模的體域納米網(wǎng)絡(luò)。其次以滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)特性和復(fù)雜的人體內(nèi)應(yīng)用環(huán)境為目標(biāo)，進(jìn)一步提出由網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制、通信協(xié)議和應(yīng)用技術(shù)三個部分組成體域納米網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧架構(gòu)。最后以實(shí)現(xiàn)基于化學(xué)信號的納米網(wǎng)絡(luò)與電磁信號網(wǎng)絡(luò)之間的系統(tǒng)互聯(lián)，進(jìn)而支持納米網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行與管理為目標(biāo)，提出體域納米網(wǎng)絡(luò)中的電化學(xué)信號轉(zhuǎn)換技術(shù)。
　　(2)體域納米網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂茩C(jī)制研究。首先以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為目標(biāo)提出基于中距分子通信的納米網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型。

4、該模型以網(wǎng)絡(luò)層的觀點(diǎn)系統(tǒng)與抽象地描述節(jié)點(diǎn)之間的通信體系結(jié)構(gòu)。進(jìn)而在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，以建立優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸鏈路、支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為目標(biāo)，分別提出體域納米網(wǎng)絡(luò)的基于最短路徑的拓?fù)淇刂扑惴?、基于最?yōu)路徑的拓?fù)淇刂扑惴ê突趦?yōu)化路徑的拓?fù)淇刂扑惴?。不同的拓?fù)淇刂扑惴軌蚍謩e根據(jù)路徑長度、鏈路質(zhì)量以及二者均衡的需求來建立優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸鏈路。
　　(3)體域納米網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究。首先提出基于短距分子通信的納米網(wǎng)絡(luò)的濃度感知路由協(xié)議

5、。該協(xié)議以分子擴(kuò)散過程中的濃度梯度為依據(jù)，建立數(shù)據(jù)源與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。其次提出了結(jié)合“群體感應(yīng)”機(jī)制的濃度感知路由協(xié)議。該協(xié)議由于能夠調(diào)用網(wǎng)絡(luò)中的納米機(jī)器協(xié)同匯聚節(jié)點(diǎn)執(zhí)行路由任務(wù)，因而適用于大規(guī)模的納米網(wǎng)絡(luò)。最后，結(jié)合納米機(jī)器的“多通信接口架構(gòu)”提出濃度感知競爭路由協(xié)議。該協(xié)議以優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路質(zhì)量為目標(biāo)，通過避免信號沖突來提高數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)母怕省?br>　　(4)體域納米網(wǎng)絡(luò)的生理異常檢測系統(tǒng)技術(shù)研究?；谏飳W(xué)領(lǐng)域的納米