体域纳米网络关键技术研究论文

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文体域纳米网络关键技术研究博士研究生：黎作鹏指导教师：张菁教授学科、专业：计算机应用技术哈尔滨工程大学2014年4月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文体域纳米网络关键技术研究博士研究生：黎作鹏指导教师：张菁教授学位级别：工学博士学科、专业：计算机应用技术所在单位：计算机科学与技术学院论文提交日期：2014年4月论文答辩日期：2014年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfo

2、rtheDegreeofD.EngResearchonKeyTechnologyofBodyAreaNanonetworksCandidate:LiZuopengSupervisor:Prof.ZhangJingAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:ComputerAppliedTechnologyDateofSubmission:April,2014DateofOralExamination:June,2014University:H

3、arbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关

4、规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（

5、签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据体域纳米网络关键技术研究摘要纳米网络是一种基于生物启发机制的分布式无线网络，节点之间能够通过分子通信技术实现信息交换。分子通信纳米网络能够被广泛应用于生物医疗、军事、环境和制造业等领域。由于纳米网络在节点性能、通信技术和网络特性等方面与传统无线网络之间存在本质区别，因此在研究的早期阶段，以面向应用范畴的方式开展研究将有助于探索如何构建完善的网络体系结构，例如网络拓扑、协议栈和不同信号系统之间的互联方式等。此外，由于受生物细胞之间物质交换的启发而被广泛研究的分

6、子通信技术目前仍主要适用于在生物体内开展网络通信任务，因此具备高生物兼容性的分子通信纳米网络被称为“天然的体域网”，它能够在分子级或细胞级为各种医疗问题提供解决方案。基于网络平台构建、通信特征和应用技术开发的需要，本文以生物医疗应用范畴内的纳米网络技术创新为目标，开展体域纳米网络关键技术研究，具体研究内容包括：(1)体域纳米网络的体系结构研究。首先提出体域纳米网络的拓扑结构。该拓扑结构以多跳通信为特征，通过结合短距与中距分子通信技术来构建大规模的体域纳米网络。其次以满足大规模网络特性和复杂的人体内应用环境

7、为目标，进一步提出由网络管理机制、通信协议和应用技术三个部分组成体域纳米网络的协议栈架构。最后以实现基于化学信号的纳米网络与电磁信号网络之间的系统互联，进而支持纳米网络的运行与管理为目标，提出体域纳米网络中的电化学信号转换技术。(2)体域纳米网络的拓扑控制机制研究。首先以构建网络拓扑结构和设计高层网络协议为目标提出基于中距分子通信的纳米网络系统模型。该模型以网络层的观点系统与抽象地描述节点之间的通信体系结构。进而在系统模型的基础上，以建立优化的数据传输链路、支持网络协议与网络应用为目标，分别提出体域纳米网

8、络的基于最短路径的拓扑控制算法、基于最优路径的拓扑控制算法和基于优化路径的拓扑控制算法。不同的拓扑控制算法能够分别根据路径长度、链路质量以及二者均衡的需求来建立优化的网络数据传输链路。(3)体域纳米网络的路由协议研究。首先提出基于短距分子通信的纳米网络的浓度感知路由协议。该协议以分子扩散过程中的浓度梯度为依据，建立数据源与汇聚节点之间的多跳数据转发路径。其次提出了结合“群体感应”机制的浓度感知路由协议。该协议由于能够调用网络中