[发明专利]一种扩散的多播分子通信网络的比特错误率确定方法

权利要求书

1.一种扩散的多播分子通信网络的比特错误率确定方法，其特征在于：所述确定方法包括以下步骤：

第一步，建立扩散的多播分子通信模型，并分析一跳链路中的比特错误率；

第二步，研究每个纳米机器采用不同类型的分子的中继策略下多播分子通信网络的比特错误率；

第三步，分析每个纳米机器采用相同类型的分子的中继策略下多播分子通信网络的比特错误率，并提出调整阈值的方式有效减少并行中继纳米机器间发送相同类型分子时的干扰。

2.如权利要求1所述的一种扩散的多播分子通信网络的比特错误率确定方法，其特征在于：所述第一步中，在二进制分子通信模型中，用发送方纳米机器是否释放分子来代表比特信息的发送，当前发送的比特为1时，会释放规定类型的分子到生物环境中，分子在介质中以布朗形式运动，传递比特0时则不释放分子；基于一维环境中的分子扩散，在分子传输及扩散过程中，描述任一个分子从发送方纳米机器n到达接收方纳米机器q的时间t的概率密度函数为：

其中，d_nq表示两个纳米机器n、q间的距离，D是生物环境的扩散系数，若环境中的分子类型改变时其扩散系数也相应改变，因此，f_nq(t)的累积分布函数F_nq(t)用于描述一个分子在从t＝0开始至t时刻之前到达接收方纳米机器的概率，表示如下：

在信息接收阶段，将接收方纳米机器q接收一个比特的时间T划分为M等份，将划分后相邻的时间间隔t₀称为样本时间，即有

t₀＝T/M

用t_m表示一个比特间隙中的第m个样本时间，即有

t_m＝mt₀

则纳米机器q接收第j个比特时的第m个样本时间t(j,m)表示为：

t(j,m)＝(j-1)T+t_m

将接收方纳米机器q在第j个比特间隙的第m个样本时间中接收到来自发送方纳米机器n在当前比特间隙之初发送的分子数记为N_(n,q)(t(j,m))，由于每个样本中的分子遵循布朗运动规则，它们之间是相互独立的，同时，每个分子在接收方纳米机器处只有成功接收和未被成功接收两种，则N_(n,q)(t(j,m))服从二项分布，此外，当每个样本中分子的数量较大且一个分子成功到达接收方纳米机器的概率较小时，用泊松分布逼近二项分布，因此N_(n,q)(t(j,m))服从泊松分布，其均值记为那么，对于在第j个比特间隙中，所有样本时间内收到的分子总数N_(n,q)[j]表示如下：

由于多个泊松随机变量的和仍然服从泊松分布，由上式知，N_(n,q)[j]为一个泊松随机变量，其均值记为则在纳米机器n发送的比特序列已知的前提下，N_(n,q)[j]的累积分布函数为：

其中，ξ_q是纳米机器q的检测阈值，表示发送方纳米机器n发送的比特序列；

此外，在扩散的分子通信模型中，由于分子被发送方纳米机器n释放在生物环境后会自由扩散，这些分子有的在当前的比特间隙到达接收方纳米机器，有的会在之后的比特间隙到达，因此纳米机器n在之前的比特间隙发送的比特序列会对当前比特间隙的比特序列的接收产生影响，因此，在第j个比特间隙中，纳米机器q收到的分子数N_(n,q)[j]的均值的计算公式为：

其中，表示发送方纳米机器n在第i个比特间隙发送的分子于第j个比特间隙的第m个样本时间内到达纳米机器q的数量，其计算表达式如下：

其中，N_r表示纳米机器n发送的分子数，W_n[i]表示发送方纳米机器n发送的第i个比特；

在信息解码阶段，对于纳米机器q而言，在其接收第j个比特的二进制信息时，将一个比特间隙T中每个样本时间内收到的分子数相加后与纳米机器q处的检测阈值相比，若M个样本中收到的分子数量之和大于等于检测阈值，则纳米机器q在第j个比特间隙收到的二进制比特信息为1，反之为0，纳米机器q接收到的第j个比特用表示，则有：

其中，当所有样本时间中收到的分子总数N_(n,q)[j]小于ξ_q时，纳米机器q解码得到二进制比特为0，反之，纳米机器q接收到的二进制比特信息为1；

在已知纳米机器n发送的比特序列的情况下，纳米机器q收到第j个比特发生错误的情况有两种：(1)纳米机器n发送比特1，但纳米机器q检测为0，事件的概率用表示；(2)纳米机器n发送比特0，但纳米机器q检测为1，事件的概率用表示，当给定纳米机器n发送的第j个比特为1的概率Pr(W_n[j]＝1)＝P₁时，纳米机器q接收到的第j个比特发生错误的概率记为表示如下：

由于第j个比特的比特错误率受到发送方纳米机器n发送的前(j-1)个比特的影响，对于(j-1)位的比特序列而言有2^(j-1)种不同的情况，考虑所有情况下的平均比特错误率，用表示：

其中，W表示所有序列的集合，该集合中包含2^(j-1)个不同的序列，是纳米机器n发送W集合中某个特定序列时的概率。