一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法技术

一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法，包括以下步骤：第一步，利用泊松分布逼近二项分布得到当前时隙RN收到分子的个数；第二步，建立基于扩散的分子通信模型的假设检测信道模型；第三步，利用Skellam分布得到了最优决策阈值的数学表达式，从而得到最优决策阈值θ；第四步，在最优决策阈值θ基础上，获得最优的信道容量的值。本发明专利技术提供一种有效提升信道容量的基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法。

A channel capacity optimization method based on diffusion model of molecular communication

The channel capacity optimization method based on the diffusion of molecular communication model, which comprises the following steps: the first step, by using the Poisson distribution approximation two distribution to get the current time slot RN received number of molecules; the second step, to establish the channel model hypothesis testing communication model based on molecular diffusion; the third step, using Skellam distribution mathematical expressions are obtained the optimal decision threshold, in order to get the optimal decision threshold theta; the fourth step, the optimal decision threshold. Based on the channel capacity of the optimal value. The present invention provides a channel capacity optimization method for a diffusion based molecular communication model that effectively improves the channel capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法
本专利技术涉及生物技术、纳米技术、通信技术，是一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法。
技术介绍
分子通信是纳米机器之间一种新型的通信方式，是一种以生物化学分子作为信息载体，通过分子在生物环境中扩散进行相互通信，用于纳米机器以组成分布式纳米网络的通信技术。分子通信属于生物技术、纳米技术、通信技术多学科交叉的前沿领域，是实现纳米网络的重要基础，在学术界普遍认为分子通信是实现纳米网络最可行的通信技术之一。分子通信技术具有广阔的应用前景，主要包括生物医学、工业、环境、军事四大领域。在基于扩散的分子通信模型中，发送方纳米机器TN(TransmitterNanomachine)和接收方纳米机器RN(ReceiverNanomachine)分别表示该模型中的发送方和接收方。由信息的发送方纳米机器生成能被接收方纳米机器识别接收的信息分子，并基于信息分子的物理或化学特性编码信息。发送方纳米机器释放的信息分子通过流体(液体或气体)介质被传输到接收方纳米机器后，由接收方纳米机器接收并以特定的方式解码信息。对于二进制扩散的分子通信模型，信息传输过程描述如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法，其特征在于：所述优化方法包括以下步骤：第一步，利用泊松分布逼近二项分布得到当前时隙RN收到分子个数；第二步，建立基于扩散的分子通信模型的假设检测信道模型；第三步，利用Skellam分布得到了最优决策阈值的数学表达式，从而得到最优决策阈值θ；第四步，在最优决策阈值θ基础上，获得最优的信道容量的值。

【技术特征摘要】
1.一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法，其特征在于：所述优化方法包括以下步骤：第一步，利用泊松分布逼近二项分布得到当前时隙RN收到分子个数；第二步，建立基于扩散的分子通信模型的假设检测信道模型；第三步，利用Skellam分布得到了最优决策阈值的数学表达式，从而得到最优决策阈值θ；第四步，在最优决策阈值θ基础上，获得最优的信道容量的值。2.如权利要求1所述的一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法，其特征在于：所述第一步中，在二进制扩散的分子通信模型中，输入输出均为二进制信息比特1或0，并采用OOK作为调制技术，发送方纳米机器TN通过释放一定数量的分子表示发送比特1，不释放任何分子表示发送比特0，分子一旦被释放在生物环境中，这些分子自由扩散，当被接收方纳米机器RN接收后会被立即被吸收，不再存在生物环境中，发送方纳米机器释放分子后，分子在介质中以布朗形式运动，一个分子从发送方纳米机器到距离为d的接收方纳米机器所需时间t的概率密度分布函数f(t)为：其中，d为发送方纳米机器与接收方纳米机器之间的距离，D为生物环境扩散系数，该概率密度分布函数对应的累积分布函数即为一个分子被RN在t时间内接收到的概率，用P(d,t)表示如下：考虑分时隙的扩散分子通信模型，假设所有分子被接收的事件发生在离散时间点，信息传输时间被划分为大小相等的时隙间隔，记为T＝nTs，其中，T为信息传输的时间，Ts为每个时隙持续时间，n为所划分的时隙的个数；在第k个时隙开始，1≤k≤n，TN释放M个分子代表发送比特1，不发送分子代表发送比特0，每个时隙发送1的概率为βk，发送0的概率为(1-βk)，Pkn表示在第k个时隙释放的分子在第n个时隙收到的概率，计算公式如下：Pkn＝βk[P(d,(n-k+1)Ts))-P(d,(n-k)Ts))]令βc为当前第n个时隙发送1的概率，令Mc为TN在当前第n个时隙释放的分子在当前第n个时隙收到的分子个数，则Mc服从如下的二项分布：Mc～Binomial(M,βcP(d,Ts))由于Pkn的取值在0.1左右，随机变量Mc服从的二项分布可以用泊松分布来逼近，逼近的分布公式如下：Mc～Poisson(MβcP(d,Ts))假设当前时隙的最优决策阈值为θ，如果Mc≥θ，则RN输出1。如果Mc≤θ，则RN输出0；对于扩散的分子通信模型，RN在前面时隙没有收到的剩余分子会对后续的比特接收产生码间干扰，因此，对于当前时隙n，前面(n-1)个时隙产生的所有干扰的分子数用MISI表示，MISI服从的泊松分布表示如下：3.如权利要求1或2所述的一种基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法，其特征在于：所述第二步中，令X和Y分别代表当前时隙的输入和输出，H0和H1分别表示假设当前时隙发送0和1时，RN收到的分子个数的情况，PF表示误报率，即输入为0，输出为1的概率，PD表示检测率，即输入输出均为1的概率，它们分别定义如下：PF＝Pr(Y＝1|X＝0)PD＝Pr(Y＝1|X＝1)1-PF＝Pr(Y＝0|X＝0)1-PD＝Pr(Y＝0|X＝1)在H0和H1的假设前提下，当前时隙RN收到的分子个数分别用和表示，和分别服从泊松分布，记为如下形式：用随机变量Z表示两个泊松分布的差，则Z服从Skellam分布。因此，上式和的分布可写成如下的Skellam分布：H0:Z～Skellam(μ1,μ2)H1:Z～Skellam(λ1,λ2)其中，Skellam分布的参数如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：程珍，章益铭，林飞，赵慧婷，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33