體域納米網(wǎng)絡關鍵技術研究.pdf

1、納米網(wǎng)絡是一種基于生物啟發(fā)機制的分布式無線網(wǎng)絡，節(jié)點之間能夠通過分子通信技術實現(xiàn)信息交換。分子通信納米網(wǎng)絡能夠被廣泛應用于生物醫(yī)療、軍事、環(huán)境和制造業(yè)等領域。由于納米網(wǎng)絡在節(jié)點性能、通信技術和網(wǎng)絡特性等方面與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡之間存在本質區(qū)別，因此在研究的早期階段，以面向應用范疇的方式開展研究將有助于探索如何構建完善的網(wǎng)絡體系結構，例如網(wǎng)絡拓撲、協(xié)議棧和不同信號系統(tǒng)之間的互聯(lián)方式等。此外，由于受生物細胞之間物質交換的啟發(fā)而被廣泛研究的分子通信

2、技術目前仍主要適用于在生物體內開展網(wǎng)絡通信任務，因此具備高生物兼容性的分子通信納米網(wǎng)絡被稱為“天然的體域網(wǎng)”，它能夠在分子級或細胞級為各種醫(yī)療問題提供解決方案?；诰W(wǎng)絡平臺構建、通信特征和應用技術開發(fā)的需要，本文以生物醫(yī)療應用范疇內的納米網(wǎng)絡技術創(chuàng)新為目標，開展體域納米網(wǎng)絡關鍵技術研究，具體研究內容包括：
　　(1)體域納米網(wǎng)絡的體系結構研究。首先提出體域納米網(wǎng)絡的拓撲結構。該拓撲結構以多跳通信為特征，通過結合短距與中距分子通信技

3、術來構建大規(guī)模的體域納米網(wǎng)絡。其次以滿足大規(guī)模網(wǎng)絡特性和復雜的人體內應用環(huán)境為目標，進一步提出由網(wǎng)絡管理機制、通信協(xié)議和應用技術三個部分組成體域納米網(wǎng)絡的協(xié)議棧架構。最后以實現(xiàn)基于化學信號的納米網(wǎng)絡與電磁信號網(wǎng)絡之間的系統(tǒng)互聯(lián)，進而支持納米網(wǎng)絡的運行與管理為目標，提出體域納米網(wǎng)絡中的電化學信號轉換技術。
　　(2)體域納米網(wǎng)絡的拓撲控制機制研究。首先以構建網(wǎng)絡拓撲結構和設計高層網(wǎng)絡協(xié)議為目標提出基于中距分子通信的納米網(wǎng)絡系統(tǒng)模型。

4、該模型以網(wǎng)絡層的觀點系統(tǒng)與抽象地描述節(jié)點之間的通信體系結構。進而在系統(tǒng)模型的基礎上，以建立優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸鏈路、支持網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡應用為目標，分別提出體域納米網(wǎng)絡的基于最短路徑的拓撲控制算法、基于最優(yōu)路徑的拓撲控制算法和基于優(yōu)化路徑的拓撲控制算法。不同的拓撲控制算法能夠分別根據(jù)路徑長度、鏈路質量以及二者均衡的需求來建立優(yōu)化的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸鏈路。
　　(3)體域納米網(wǎng)絡的路由協(xié)議研究。首先提出基于短距分子通信的納米網(wǎng)絡的濃度感知路由協(xié)議

5、。該協(xié)議以分子擴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)點之間的多跳數(shù)據(jù)轉發(fā)路徑。其次提出了結合“群體感應”機制的濃度感知路由協(xié)議。該協(xié)議由于能夠調用網(wǎng)絡中的納米機器協(xié)同匯聚節(jié)點執(zhí)行路由任務，因而適用于大規(guī)模的納米網(wǎng)絡。最后，結合納米機器的“多通信接口架構”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)鏈路質量為目標，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)絡的生理異常檢測系統(tǒng)技術研究?；谏飳W領域的納米