文摘
随着时间的流逝,纳米技术已经成为一个成熟的学科。它吸引了研究者的注意nanocommunication并试图给工程社区全面的工具集。Nanonetwork包含纳米尺度的通讯设备,可用于军事领域,生物医学,环境,ICT和行业。其沟通能力使这一领域的强大,使设备相互作用的微观/宏观世界。nanonodes之间的互连是不可能与传统的网络技术的帮助。在即将到来的年,纳米技术预计将带来不同的集成nanodevices从一个到几百纳米。这个革命性的转变将物联网(物联网)互联网Nanothings (IoNT)。由于其有限的通信和计算能力,可用性的能量nanodevices非常稀缺,导致各种研究nanocommunication领域的挑战。能量约束nanocommunication的整体范围变窄了。本研究将提供领先一步,提出节能路由协议的设计。 The suggested solution will increase the effectiveness of nanocommunication techniques to achieve the maximum throughput by optimizing energy harvesting procedure. The comparison of devised solution and the state-of-the-art nanocommunication techniques will be established and evaluated through simulation. The results will be displayed and discussed to pave the way for future research in the domain of Internet of Nanothings (IoNT).
1。介绍
1965年,著名的物理学家理查德·费曼指出纳米技术的概念。他认为在未来人类将能够更细小的和强大的设备。在他的演讲中,他给了小型化的概念。1974年,纳米技术被定义为一个术语,它包含一个分离的过程,整合,纳米材料在纳米尺度的变形。15年之后,在1980年代,k . Eric德雷克斯勒费曼的概念,可以创建使用微型组件及其给了新概念。根据他的说法,这些组件可以复制自己没有任何计算机控制(1]。在大多数其他的研究领域中,纳米技术是另一个领域的研究设备操纵从几个纳米。纳米技术的主要目的是使这些小规模nanodevices沟通在纳米级(2]。Draxel所定义的,“纳米机器的设备可以通过使用纳米级执行有用的功能组件”(3]。小尺寸的纳米机器让人无法使用传统的天线,让纳米设备相互通信。因此,nanotranceivers [4- - - - - -6]和nanoantennas [5,7- - - - - -9提出了克服上述问题。此外,这些nanoantennas或石墨烯天线传输太赫兹波段的数据成为可能。许多纳米级组件设计执行简单和容易的任务,如存储、计算、通信和驱动。Nanoantennas也支持从太赫兹电磁通信(太赫兹)乐队兆赫(MHz) [10]。这些nanonetworks因为它太赫兹波段可以使用生化武器等许多应用程序的监控,植物监测、健康监测,不可能除了这[11]。
最低的带宽也保证了传输的最大距离。它提供了能源效率低,这对于nanodevices是不可接受的。由于大小和能量的限制,有长时间的信号不能传输在纳米尺度12]。在大多数情况下,数据存储、处理,最小的力量,和沟通能力nanonodes的重要特征。所以,知识的能量收获机制是非常重要的。节能MAC协议是一个很好的方法更好WNSNs [13]。此外,保持电池存储低能量及其不可行的手动更改或充电电池(14- - - - - -16]。可用的能源机制收获像风能和太阳能在纳米尺度并不可行。提供能量收获nanocommunication,新方法可以采用17]。压电王中林教授已经设计模型,根据纳米机器所需的能源几乎等于800 pJ,所需的时间达到最大容量的能量等于47个年代,但它将成为2361年代;在情况下,压电发电机是由空调(兴奋17]。这项研究也告诉我们,8包可以发送200位nanodevice收获最大的能量,这是非常稀缺的可用性的能量。变得很难达到最大传输速率的太赫兹波段nanodevice需要大量的时间进行充电电池(18]。比较物联网和IoNT表1。
其他一些能量收获机制已经部署利用各种能源消耗速率等因素,能源预测率和路由拓扑。这些因素可以影响损耗意识和补给能力,提高网络的性能(19]。通过使用能量收集系统,的能量nanodevice不仅随时间减少,而且从正面和负面波动。现有的无线传感器网络协议(网络)能量收获不适合收获的纳米设备因为它不履行其特性。
研究表明,nanonetwork适用于人体物理之类的。然而,也有一些问题需要深入探索诸如流动性、位置识别,能源效率,并为nanonetworking贪婪路由协议。
本文的其余部分将由如下。部分2将文献的回顾nanonetwork范式,并讨论了其节能和能源利用率低的路由协议在桌子上吗2。部分3将国家设想的路由协议。部分4将简短的关于绩效评估及其分析。部分5最后一节,将整个工作总结并讨论未来的工作。
2。回顾文献
大多数的研究人员提出了不同的nanocommunication协议。他们中的一些人给出如下:
2.1。路由协议在Nanonetwork
高密度、低的处理能耗低效,和小的记忆是一些nanonodes的限制和约束。一些研究已经进行,注重提高能源的约束和减少nanonetworks的复杂性。存在不同的路由协议在文献中,我们将试图解释和分类的基础上,考虑节能和能源利用率低的路由协议的网络。作为一个例子,ECR、EEMR MHTD能源意识到路由协议,而TEForward和单反是nanonetwork的能源利用率低的路由协议。
2.1.1。节能路由协议
nanonetwork的节能路由协议都是单路径路由协议。在这里,能耗低于多路径路由协议。背后的原因是,我们总是试图找到一个优化路径共享网络信息(31日]。单路径路由协议减少nanonetwork的整体能源消耗和节能。在给定的部分,三个不同的节能路由协议nanonetwork将描述。
(1)MHTD。多次反射传输决定协议(MHTD)是由皮耶罗邦设计等。32]。这个协议的主要目的是充分利用网络的同时确保节能和更好的网络吞吐量。MHTD是分层的网络架构意味着nanonodes工作nanocontroller可能更多的控制其他nanodevices作为集群或微粒。这个协议演绎,在多次反射传输使用的能源是低比单跳传输。如果它试图采用多次反射传播,然后每个nanonode将优化的能量的单跳距离自动最大化吞吐量。
本路由中使用动态时分多路复用框架,和过程进一步分为四个时间框架,也就是说,上行(UL),下行(DL),随机访问(RA)和多次反射(MH)。作为MHTD协议使用时分多址(TDMA),沟通过程开始时nanonodes开始传输数据。数据传输的过程包括以下步骤在图表示1:(一)Nanonode (n),需要传输数据发送一个请求到nanocontroller使用随机存取子帧。(b)从nanonode接到请求后,计算出的概率来节约能源nanocontroller利用多次反射传播。所示的概率是PSE(c)。(c)后计算PSE(c),nanocontroller (c)将作出决定之间的多次反射和单跳传输nanonode (n)。(d)如果决定使用单跳传输数据,然后使用上行传播流程执行(UL),如果决定使用多次反射传输数据,那么nanocontroller (c)计算nanonode的社区范围内(n),称为NRn。这个范围是计算网络的网络寿命和吞吐量之间的平衡。传动功率TPnnanonode的计算根据社区NR范围n和可变长度的时间段分配nanonode (n)多次反射传播。nanocontroller (c)发送TPn和时间槽nanonode (n在下行(DL)框架。
虽然多次反射传输后,下一个nanonode (n+ 1)将被选择作为下一跳,如果满足条件:(一)Nanonode (n+ 1)有足够的内存来保存数据,要通过nanonode (n)。(b)Nanonode (n+ 1)有足够的能量传输过程。(c)nanonode之间的信噪比(信噪比)(n)和nanonode (n+ 1)应该高于阈值的信噪比。(d)Nanonode (n+ 1)应该比nanonode(接近nanocontrollern)。的距离计算接收信号强度指示(RSSI)。RSSI是在特定nanonode收到的传动功率。(e)当nanonode (n+ 1)接收到数据,等待退下时间,如果它不听任何确认消息(ACK)在这个RA帧,然后发送应答消息的RA框架。在这个过程中,nanonode (n+ 1)选择下一跳。
在MHTD,每个下一跳当选可用能源和负载的基地可以在多次反射传播。这个协议的计算复杂度高和能源的总体成本低,自动提高网络的整体吞吐量。
(2)EEMR。节能的多次反射路由(EEMR)使用nanocontroller MHTD相同,但与MHTD, EEMR使用nanocontroller计算的目的,然而,它减少了计算复杂度nanonodes [33]。单跳nanonode范围是固定的计算开销降到最低。EEMR划分其传播地区三个亚区。地区R1是一个圆形区域的半径是nanonode和nanocontroller之间的距离。R2和R3地区之间存在的单范围发送方nanonode,但R3更接近nanocontroller nanonode比。EEMR,发送方nanonode发送数据和R3 nanonode接收它,成为下一个发送方节点。EEMR这里提到图的过程2详细:(一)最初,nanocontroller hello消息发送和记录的id和位置nanonodes你好消息的发送应答。(b)当发送方nanonode送的东西,它检查nanocontroller是否在其单范围。如果找到的nanocontroller单范围,直接将其数据发送到nanocontroller。否则,它广播向邻国nanonode查询消息。(c)R3地区nanonodes候选人成为下一个源节点。在接收广播查询,R3的nanonodes计算其成本和发送应答消息链接到源节点。(d)当收到ACK消息从源节点,nanocontroller成本按升序安排所有的链接。的n+ 1节点选择候选节点有关联成本低和转发概率计算。(e)随机源节点发送数据根据所选节点转发概率计算。成为下一个候选节点nanonode在接收数据。
EEMR协议限制了转发区域细分的帮助下主传动地区三个条件控制多次反射的方向。的能源效率相对MHTD高于EEMR和EEMR低于MHTD的计算复杂度。
(3)ECR。无线身体传感器网络(WBSN)是网络的类型,使用节能路由(ECR)人体内部的沟通。人体的组织之间的沟通是可能只有几兆赫的频率(太赫兹)34]。可能面临的通信路径损耗由于人体的复杂和动态的基础设施。这个路径损耗比率可能包括吸收衰减,传播损失,和阴影的影响。特定层次的策略是紧随其后的是ECR包括nanointerface之间的沟通,nanonodes, nanocontrollers。路由协议进一步分为两种类型:一种是intercluster,另一个是星团内路由(11]。ECR使用多层几个nanonodes之间共享的信息,如图3。
在第一轮,nanocontroller选择,从可用的nanonodes取决于能量的水平。然后nanocontroller开始发送消息到nanonodes较低层次。nanonodes计算信号强度的帮助下RSSI和发送连接请求nanocontroller RSSI最高水平。ECR的传输时间和排序计算,分配和传输时间的nanocontrollers每一层。在intercluster沟通的情况下,单跳或双跳转传播将实现目的。星团内的沟通,更多的能源消耗。这是原因,ECR必须重新选择nanocontroller每次在多个集群之间的信息共享。还Nanonodes考虑直接信息传输双跳转传输有效使用的能量。nanonodes的时间分配和跨层平台帮助这个协议消耗更少的能量碰撞,成为免费的。ECR使用nanocontroller单-和双跳转传输的巨大数量,这是一个主要缺点的路由协议。
(4)MDR-RL。基于强化学习的多次反射偏转路由算法(MDRRL)是另一个节能路由算法。MDRRL有助于包传输的数据探索动态路由路径(35]。它维护两个表成功路由数据包。首先是偏差表,这有助于保持记录的无效的条目。第二个是路由表,可以帮助维持nanonodes的转发活动。形成了两种算法上传表条目:一个被称为政策进行数据转发,第二个是政策,帮助反馈更新算法如图4。表将最初是空的,将在传播过程的开始。每个nanonode会偏转和路由表并将继续检查下一个条目而搬到下一跳。只有一个路由条目的目的节点路由表。路由条目的内容如下:(1)目标节点的ID, ID(2)下一跳,(3)路由条目更新时间,(4)路由有效性国旗,目标节点(5)Q值,(6),(7)nanonode回收率,和(8)目的地节点的跳数。
国旗显示路由条目的有效性,它将被激活在接收数据包或确认(ACK)信号;否则,它仍然是禁用的否定应答(纳)。Q值是路由路径的重量,重量和高定义大量的利用资源。一生是处理一个条目的时间停留在路由表在传输过程中由于在传输路由表保持更新。回收率是用来检查的可用性下nanonode恢复和收获能量。路由表的条目可以成为无效,同时满足以下条件:(1)可用的能量水平跳nanonode是不够的。(2)可用跳nanonode已经在沟通过程中与其他nanonodes,剩下的缓冲和精力不足为下一个数据包传输。(3)通道拥堵和调制误差也可以无效的条目的原因。
在数据传输失败的情况下,制定一个偏差表。偏差表可以帮助nanonodes选择其他nanonodes成功的完成包传输过程如果可用nanonode无效作为下一跳。能源预测方案也被引入MDRRL有效预测下一跳的能量。nanonodes可以分享能量收获率、能量水平,能源消耗速率。MDRRL证明最佳的能源意识和包交货率。
(5)EHNT。可实现的吞吐量,在太赫兹波段能量收获nanonetwork (EHNT)是一个完整的调查的电磁(EM) nanonetwork考虑分子吸收损失及其对信号传播的影响(36]。这个协议使用两种状态的MAC协议对能量收获nanonodes的行为进行调查。EM沟通在nanonodes启用由于近年纳米光子学的发展进步,纳米电子学以及nanoplasmonics。他们沟通从兆赫到太赫兹但高路径损耗的滞后。通信距离为远程太赫兹通信也会妥协,直到高定向天线放置发射和接受的目的。计算的距离一跳,nanonodes表现为单一近10太赫兹传输窗口。nanodevices的主要障碍在电池可用能源的有限,可用能源的稀缺性nanonetworks收集系统。这种能源稀缺和物理层的特点影响nanonetwork的吞吐量,增加了计算的难度太赫兹能力。
EHNT处理两个阶段:一是数学调制和第二个是分析调查拟议的框架。它使用的路径损耗指数条款包括分子吸收损失系数(MAL)依赖于分子组成和发射频率。其次,两国的MAC协议被用来考虑能量收获或能源消耗而传送或接收数据。能源消费和能源收集确定分配的两种状态影响可用的能源。介绍了两个矩阵,即频谱效率和能源效率,建立可实现的吞吐量和上述特异性之间的关系。表示关系的帮助下,可实现的吞吐量的上界nanonetwork在太赫兹波段。本报告描述,如果nanonodes的密度,其带宽、吞吐量和传输能力的提高,实现也将增加。电磁波的功率降低路径损耗比当它传播的媒介。这个分子在分子吸收损失和传播路径损耗造成的损失。
nanodevices能源是另一个挑战,挑战nanonetworks在太赫兹波段的性能。电池的大小是太有限,它要求nanodevices收获能源的环境操作顺利。EHNT,压电王中林教授被用来收获能量,把它转化为电能,然后将它们存储在数组nanocapacitors整个网络。它也被认为是在该模型,不需要等待nanocapacitors完全消耗它的力量。实时获取能源是不够使用的数据传输过程。harvest-store-use (HSU)架构是优于harvest-use(胡)体系结构。许的收成的能量并将其存储到电池在使用它在任何操作之前,胡锦涛认为,收获时能量足以满足实时nanodevices工作的需要。MAC两国模型提出了EHNT如图5,其观点是为nanonetwork有两个州。在给定的时间nanodevice可以忙或闲置,所以左状态是harvest-store状态。顾名思义,只会收获能量及其将存储在它的电池,不参与这种状态数据传输。正确的状态是收获传送或接收(HTR)状态,指收集、传送或接收数据在给定的时间。这意味着收获的能量将被利用的同时,如果收获能量是不够的,然后从电池的能量将用于数据通信的目的。如果没有数据传输,nanonode将商品的状态,开始收获和储存能量。将会有数据传输时,nanonode将再次切换到HTR状态。这个开关的状态取决于nanonetwork和可用性的数据流量的数据需要传输。
2.1.2。能源利用率低的路由协议
能源利用率低的路由协议在nanonetwork使用flood-based或多路径路由协议(37]。TTL-based高效转发(TEForward)是唯一的路由协议,它使用单路径路由的目的。多路径路由协议消耗了大量的能量和创建冗余信息,因为它允许数据在多个传输路径在给定的时间。这些协议进一步划分为两个数据转发方案。第一个路由方案限制洪水成立路由转发数据的发送方和接收方nanonode之间的部分地区。这是限制洪水的原因成立路由使用更少的能量。动态轨道路由分类nanonodes成基于用户或轨道nanonodes。这个部门是依赖于数据的质量已经收到的数据包在每个nanonode nanonode和增加了计算的复杂性。
(1)TEForward。不像ECR, TEForward路由协议需要少nanocontrollers成功传播。目的是减少nanocontrollers接收数据包动态信道状态下(38]。电磁WNSNs TEForward为轮询开发多次反射在物联网38]。的nanocontrollers EM-WNSNs回程nanonodes到物联网网关的数据使用回程层。TEForward定期传送信号的路由协议的帮助下物联网网关(39]。路由协议的最新信息是灯塔重复计数。nanonode的TTL值用于选择下一个nanonode转发数据包。过程重复每次选择下一跳,跳转发数据,数据分散到目标跳如图6。
Nanocontrollers有两个变量:一个是作为数量的邻近Nanocontrollers每nanocontroller表示NS和第二个是积累的Nanocontrollers NF的传输路径表示。NS和NF都设置为0的nanocontrollers而洪水灯塔。以下是接收信标nanocontroller采取的步骤:(一)在第一步,nanocontroller的TTL值包(TTL灯塔p),并设置其TTL值获得的数据包(TTL灯塔年代)。(b)nanocontroller初始化的值NF NP和重置NS的价值。(c)重置后,灯塔的MAC nanocontroller记录ID发送方和集货代灯塔。(d)然后,nanocontroller骨料NS的值和NF,重置NP的价值,和广播信标。
在情况下,重复的灯塔,收到nanocontroller,执行以下步骤:(一)如果重复接收到信标,nanocontroller更新NS的价值。它认为灯塔的副本数量,增加nanocontroller的邻居。(b)其次,nanocontroller检查TTL的价值p和TTL年代复制来自灯塔nanocontroller接近的物联网网关。(c)NF的值,然后比较了NP nanocontroller检查nanocontroller能量水平的重复信标来自最后转发nanocontroller,然后把复制的灯塔。
最后,选择nanocontroller指导包与最大能源物联网网关。所有消息的数据包将转发有效最低计算复杂度,但不考虑nanonodes的能源消耗。当nanocontroller发送数据包,nanonodes包围特定nanocontroller将收到不必要的数据包,这消耗额外的能量。
(2)雷达路由。在雷达路由,nanonodes分为圆形区域和一个实体放置圆的中心。实体不断释放辐射在一个特定的角度,和所有nanonodes nanonodes特定辐射范围内成为活跃。通过图相同的被描述7。
发送数据包时,辐射区域充满了活跃的辐射,减少需要传输的数据包的数量。包丢失的主要缺点是路由协议因为接收方,接收方nanonode应该在辐射角成功接收的数据包。这个问题需要解决增加成功率的路由协议。另一个问题的雷达路由协议可以的能量nanonode处于活动状态,成功接收的数据包40]。数据包还可以碰撞而从中央向外移动的实体,因为它增加了nanonodes数量的活跃。雷达路由不适合大规模网络。
(3)电晕。一个坐标系统是用于协调和路由系统网络(电晕)。的地址坐标系统的帮助下设计软件定义超材料(SDM)。超材料是用于阳极和人工材料无法找到在自然环境。长效磺胺有助于提供能源资源,提高网络的可用性在工业和工程领域。可再生能源节能资源也可以为nanonodes创建。它有助于减少数据包的数量和减少它们之间的冗余和碰撞41]。所有nanonodes傲慢地同样遥远的矩形区域和动态驾驶坐标(42]。在安装阶段,四个节点放置在每一个角落的矩形如图8(一个)。nanonodes设置坐标通过使用跳跃数从锚nanonode并开始发送数据包在一个特定的序列图8 (b)。
(一)
(b)
(c)
如果一个节点发送数据的节点B,那么所有的nanonodes a和B之间重新发送的数据包使用洪水机制。这洪水可能只在一个弧的形状。两个锚nanonodes面临不能被选择的成功完成一次数据传输,如图8 (c)。的坐标nanonodes基本上是每个nanonode的跳跃数锚nanonode。
(4)单反。扩展形式的电晕是无状态的线性路由(SLR),它使用smd在3 d nanonetworks基于坐标的路由和数据路由在线性路径(43)如图9。传播空间是立方,有八个锚节点放置在顶点。坐标设置阶段,锚节点发送数据包的顺序和跳数从发送方到接收方节点将所述距离。三个锚节点将区。nanonodes在同一空间设置坐标从三个锚节点的距离。
坐标和距离设置时,计算阶段开始。单反首先检查节点在一条直线,然后,它重新传输数据。三个锚节点的距离将视窗。选择优化的视窗是强制性的选择最好的视窗。作为线性的单反收益率路由路径,因此增加nanonetwork[内的并行传输44]。单反的缺点是存储8个锚节点的跳数,每个nanonode自动增加存储。
(5)LSDD。这个路由协议使用一个简单的网络体系结构,从而实现高可伸缩性和能源效率。在LSDD flood-based通讯技术已经采用和可伸缩的沟通提供。因此,它提供了简单和低成本架构nanonodes [45]。就像单反,放置一个中心的实体意义上的数据传输到任何外部实体。在接收到数据包,nanonodes将计算他们的包统计(PE)奇偶校验错误,重复错误(DE)和接收成功(RS)。然后,他们将分为被动审计师或转发机(46]。体育将如果接收到的数据包没有它的完整性。德将如果包已经收到成功并通过完整性检查,但已经收到了不止一次。最后,RS将如果成功接收到的数据包,通过完整性检查,收到了第一次。统计接收的数据包的顺序是由Misra-Gries形式化算法(47]。这个算法两种算法的结合进一步包括多个传递,有助于找出发生多的价值n/k在一个数组。检查nanonode中继发射机的工作的能力,它是评估最频繁项目序列。如果nanonode列为转发机,那么它将洪水到来的所有数据包中的数据。如果是分为审计,它不会参与传输过程。LSDD不限制数据传输领域,因此导致的开销增加面积。
(6)DEROUS。部署路由系统(DEROUS)的应用提出了SDM (48]。它假定所有nanonodes是相同的和设置一个中央节点作为一个信标节点。之后,信标节点集的2 d地址nanonode nanonetwork。中央节点不断发送安装包和其他nanonodes保持更新其距离的跳数。像LSDD DEROUS也记录数据包状态在设置阶段和其标记为成功或失败45]。nanonodes分类本身作为基础设施或用户通过检查数据包的接待质量。同时,跳数是圆的半径假设中央节点作为信标节点。这个传输过程认为是即时和轻量级的,因为它完成三个数据包灯塔。
DEROUS展览基础设施节点的仿真结果的行为可以预测的帮助下nanonode的传输半径。扩散方向可分为两类:一是角扩散,另一个是径向扩散。是否有一个大型的传输半径,然后转发机节点将形成由信标节点为中心的圆。如果传输半径较低,那么一个径向线将制定如图10。扩散方向取决于传输半径nanonodes也可以改变而改变传动功率。
当nanonode发送一个数据包,将会有两种可能的场景重新发送数据包。nanonode将重新发送数据包在径向方向上与低功率如果nanonode的半径是在发送者和接收者之间nanonode。nanonode将重新发送包角方向与正常电源如果nanonode的半径是相同的发送者和接收者nanonode [49]。DEROUS动态设置径向包传输路径,增加对等交流的情感作用,限制了冗余的数据传输,并增加传输路径多样性的水平。这也限制了传输一个圆形区域,最终的数量限制nanonodes路径在传输过程中。DEROUS方法的一个缺点是它不能形成一个最短路径传输,可能增加了传输延迟。
(7)OR-DMC。为机会主义路由diffusion-based分子通信协议(OR-DMC)提出了nanonetworks基于浓度梯度和距离信息(50]。一个简单diffusion-based分子nanonetwork被认为是由几个nanonodes将使用多次反射到nanogateway通信通信技术。一个pulse-based调制方案用于信息交换。如果一个nanonode想发送信息,产生脉冲的分子将创建一个传输介质。有两种方法可用于OR-DMC pulse-based调制。首先是能量检测,这将是衡量接收机nanonode。检测到的能量将被测量的积分分子浓度或一个特定的时间。接收到的脉冲能量将比阈值。第二个方法是振幅检测。接收者nanonode措施当地分子浓度的变化在一个特定的时间。 The received signal is then decoded and compared to maximum concentration to a threshold value. This maximum concentration is known as pulse amplitude [51]。
与其他单跳路由协议,OR-DMC选择优先级最高的货代通过比较所有可用的候选人代理通过使用不同类型的信息交换。它还使用协调方案,确保独特的货代。OR-DMC由两个阶段组成,利用浓度感恩和距离信息。第一阶段是训练阶段,每个nanonode计算其距离周边nanonode可用在其通信范围。下一阶段是nanonodes传输消息的路由阶段。已经假定在OR-DMC所有nanonodes在通信范围内的货代,让货代的创建释放容易和障碍。两跳的场景被认为是分享的信息形式发送网关,它是交流的范围如图11。选择下一个货代,总是假定nanonode接近发送方节点是最好的节点作为下一跳。然而,很明显,仅基于距离将不能保证交付消息路由到网关。为了确保这一点,已经利用另一个参数,即浓度梯度。OR-DMC假设另一种类型的nanonode命名为信标节点被认为是比传统nanonodes更先进。信标节点是一个网关节点发出信号环境中定期与高浓度报警期间,能够达到每一个nanonode nanonetwork内。报警时间是决定根据nanonetwork的大小,其次是传输插槽有时间。每个nanonode保持测量浓度的灯塔和记录。每个消息都有一个集中的信号。这是传播从发送节点。 Here, the concentration signal will decide the nanonodes closer to the gateway node within the communication range and takes part in the message forwarding. To verify that the message has been forwarded a simple acknowledgment-based coordination scheme has been used. If highest priority node successfully transmits the message packet, it generates an ACK, and if it fails to transmit the message packet over a specific period of time, then no ACK will be generated. The nanonode having next higher priority will forward the message. In proposed OR-DMC, the intermediate nanonodes have to determine the following:(一)资格参加转发过程。这个资格取决于浓度信号。(b)优先参与转发的过程。这个优先级将依赖时段等。
检查合格的优先级nanonodes, OR-DMC提高训练阶段。而测量距离,浓度梯度信息也。表示目的,nanonode发送一个浓度信号在发送分子飙升之前测量的距离。这个扩展的方法将提供距离信息以及取向的信息。年底前,nanonode不仅会知道距离信息,但也知道nanonodes的数量在其货代,这是位于靠近网关。
3所示。提出了网络建模和假设
在本研究工作中,一个场景被认为是远程服务器,nanomembers, nanorouters,制备和nanointerface考虑如图12。nanonodes的假设是,在一定的速度移动,但nanointerface和nanorouters是固定的。重新集群已经禁止避免开销。在拟议的工作中,引入了一个远程服务器发送的细节与nanonetwork nanointerface需要共享。保持方法简单和可以理解的,一个简单的请求/响应方法被认为是在第一阶段的物联网和IoNT之间的通信。从服务器收到消息,nanointerface将消息转发到nanorouters。nanorouter然后股票传输消息相关的制备和类似的层次结构将响应的目的,如图13。从远程服务器生成的请求数量和请求到达的速度也应该被考虑。nanonodes不能提供在每个给定的请求/响应时间的目的。消息是更好的理解进一步分为四类。(一)NeighborDiscovery信息:使用此消息nanorouter找到特定纳米的活跃nanonodes。消息将包含特定数量的比特和代表NND。(b)EnergyFeedback信息:此消息的响应消息NeighborDiscovery消息。这个信息将存储在相关的能量nanonodes。N英孚将被用来代表的这个消息的数量。(c)请求信息:这是一个查询或请求消息。这个消息将由nanointerface远程服务器和共享。然后nanointerface将此消息转发到nanorouters;因此,它将共享选择纳米控制器。的大小请求信息比特和表达的NR。(d)回答信息:这是一个回答消息的请求消息。这个消息将由相关纳米控制器的反馈消息请求转发到远程服务器。这个消息在比特将表达的N一个。
3.1。纳米形成
束已经由nanonetwork的高能源效率和稳定。纳米包含nanomembers / nanonodes。最初,开始通信能量水平和nanonode相比会选择更高的能源的基础上开始写纳米。之后,选择nanonode将有助于聚合数据并将数据发送到nanorouter。intercluster通信是可能的更高的电力传输范围,和星团内的沟通是可能的较低的电力传输范围,分别为(29日]。轮询调度技术是用来选择nanonode下一轮。nanonode的选择取决于其残余能量,也就是说,有关纳米,
如果选择nanonode没有找到另一个nanomember大型WNC,那么同一nanonode将进行下一轮。新选中nanonodes发送消息到附近的非会员nanonodes和连接请求发送给各自的nanonode特定纳米RSSI高水平。然后,nanonode标志本身作为纳米的一员。继续这个过程,直到所有的nanonodes nanonode已经分配给新选择。一个算法设计形成的纳米一直在下面给出算法1。
3.2。能量收集了解路由协议
通信方法,nanonode可能在活动或闲置状态取决于可用的能源。如果能量水平是高于阈值,也就是说, ,nanonode将在活动状态;否则,它将会闲置。能量阈值可以计算如下:
由于有限的能源nanonetwork的和不确定的行为,是不可能保证时间同步。所以,没有具体的时间结构中实现拟议的工作。MAC层中的应答策略将有助于解决上述问题。从上层收到一条消息,nanonode将传输的物理接口如果是活动状态。碰撞的概率是零,尽管通道传感机制的缺失。原因是时间传输一个数据包之间的时间间隔远小于两个连续的传输和传播延迟。承认取决于握手机制,处理能量反馈信息和交换的邻居发现。nanorouter用于广播消息的邻居发现和收集信息的时间间隔内的所有相应的nanonodes时间间隔 在哪里邻居发现消息的传输时间,能量反馈消息的传输时间,和TT的传播延迟是特定的纳米。这里,能量反馈消息是最后nanocapacitor能级的计算。拯救其他的能量nanonodes接待流程,避免不必要的接收消息,每个nanonode将关闭其物理接口的时间间隔
完成握手机制之后,nanorouter开始探索它的nanonode转发请求来自外部监控装置。它将消息转发请求ID组成的纳米成员,纳米ID和残余的能量nanonode所表3。
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3.3。定制的MAC和路由协议在太赫兹波段的能源效率
能量收集了解协议旨在减少能源用于制备的水平。让RR,T国际扶轮,ΔT总利率nanorouters要求监控装置,接收一个请求从nanointerface nanorouter,连续两个消息请求之间的时间间隔,在哪里
握手机制,年底nanorouter检查可用的能量在纳米,即
然后,它计算的能量离开新请求的接待,也就是说,
这个量可以获得的帮助下过去nanonode所提供的能量。传输的能耗米一些数据从nanorouter能源(NR)和发送所消耗的能量N一个位将能源(N一个)。让 , , ,和需要能量脉冲传播,需要能量脉冲接待,要求能源传输吗x位,需要能量x位,分别。在这里,对脉冲信号的能量将0.1 pJ和能量的脉冲传输是1 pJ。
如果x位是接收和传输的数据包,然后处理所需要的能量
在这里,ω的概率是1流内的发生x位。一般来说,ω被认为是0.5,因为所有的符号都相等的概率发生。Δ期间收获能量T将HEnergy剩余(T国际扶轮),也就是说,
在这里,β我设置为1,如果我th节点是目的节点;否则,它将是0。
HEnergy的计算我(T国际扶轮)是复杂的,因为能量收获模型是非线性的。传统网络的能量收获机制太阳能、水变幻,风力发电(20.,31日]。
nanonetwork不使用经典传感器天线;相反,它使用数百nanoantennas与高频几百纳米的大小通常几百太赫兹波段范围。太赫兹波段通信频率范围的最新研究领域在电磁频谱nanocapabilities套房,拥有更大的带宽(24,40]。的通信选项nanonodes和nanonetworks是非常有限的。压电王中林教授等新方法被证明是有用的,在这方面最有利的。这些都是由微小的氧化锌电线,nanocapacitor, nanocircuit。纳米线的工作压缩的发布周期,并且他们开始充电时弯曲和储存电荷释放。机械振动像心跳或空调用于压缩和发布周期22]。存在一个模型在文献中能量收获王中林教授(8),即nanocapacitor的电压可以当我们计算我没有压缩的发布周期,卷c(我cr),
在这里,帽c,Δ问,卷h电容nanocapacitors,发电机的电压,分别和收获电压每周期。现在由于纳米技术有一定的约束,典型值将使用这些卷h= 0.42 V,帽子c= 9 nF和Δ问= 6Pc。积累的能量将被表达如下:
nanocapacitor充电所需的时间取决于数量的压缩机械振动的发布周期。作为一个例子,如果振动是由于心跳,那么主要帽= 1赫兹,如果空调的能源,那么主要帽= 50赫兹。的nanodevice诱导人体可用能量少;例如,它仅仅是最终发送8包的数据有200位的大小。此外,充电所需的时间nanodevices太高了,很难达到更高的数据传输速度,也就是说,太赫兹。nanodevices所需的能量收获机制是专门在人体注射或地方能源问题是显而易见的。 也就是说,
模型的目标是实现最大程度的能量可以通过选择我thnanonode后 时间间隔。为此,应满足以下条件:
如果我们的价值观 和HEnergy剩余(T国际扶轮在上面的方程,然后
3.4。地理路由协议基于贪婪算法
成功的沟通nanonetwork已经有限的资源。贪婪算法被用于执行与最小数量的资源,比如能源限制,更少的内存/存储消耗,和较低的计算能力。洪水路由nanonetworks通信技术是一种低效的方法。这就是为什么一个聪明的方法被提出,使用有限的资源来转发数据包从源到目的地。物联网与传感器网络使用地理路由协议,作者把灵感和提出了一个转发方案,减少的数量nanonodes参与消息转发的过程。在底层协议,所有nanorouters将开始广播消息在早期阶段和nanonodes会选择相关nanorouter通过广播传输消息。最近的nanorouter将通过纳米转发数据包。协议分为以下步骤,让它更容易理解。(1)Nanorouter选择(2)跳nanonode选择(3)数据传输阶段
以下是上述过程的详细描述:(一)选择nanorouter:这一步的目的是连接每个nanonode nanorouter。所有nanonodes计算当前距离nanorouters可用的网络域名。基于距离可以从一组距离越小,nanonode将选择nanorouter和广播其ID(图相关联14)。(b)选择纳米nanonode:第一阶段完成后,每个nanonode最近的nanorouter。有两种方法可以达到最亲密的nanorouter鉴于:(1)如果选择nanorouter nanonode的传输范围内,然后选择下一跳将nanorouter。(2)如果选择nanorouter离发送方nanonode多次反射,然后每nanonode选择最近的nanonode作为下一跳,将是一个转发节点,直到数据包到达目的地15。标准来选择下一跳nanonode如下:(1)周边应该有相同的nanorouter ID作为发送方nanonode。(2)应该最近的邻居选择nanonode到最近的nanorouter。(c)传播阶段:将有两个新字段的每个数据包的头,也就是最近的nanorouter ID和下nanonode跳ID携带转发决策所需的信息。正如我们知道的所有数据是注定nanointerface,存在三个案例来传输一个数据包。给出了案例如下:(1)如果nanointerface nanonode的传输范围内,然后最近的nanorouter ID和next nanonode跳ID将是相同的,也就是说,nanointerface ID。这将整体减少nanonodes参与传播过程(图16)。(2)如果最近的nanorouter最近的nanonode的范围内,然后最近的nanorouter ID和next nanonode跳ID相同,会成为最近的nanorouter(图的ID17)。(3)如果nanointerface和nanorouter发送nanonode的传播范围,然后接下来nanonode跳ID将最近的nanonode的ID。将数据包转发到nanonode和将继续跳nanonodes直到它到达最近的nanorouter。包将被转发的数据nanorouter本身(图18)。
4所示。性能分析
构思协议的性能是通过计算机模拟评估使用不同网络条件。对比一般基于洪泛路由机制和建议的解决方案。比较方案一直被认为在不同的上下文中nanonetwork [18]。结果显示在图表的形式,导出研究系统行为。为了避免统计波动,这些仿真结果是平均超过60分。仿真参数表中提到4。
从数据(19日)- - - - - -19 (c),很明显,可用的能源和请求率成反比。增加的一个参数,第二个参数的数量自动减少。原因是:nanonodes使用高能实现增加数量的请求。此外,增加的数量每纳米nanonodes最小化存储在他们的能量。
(一)
(b)
(c)
电荷存储在nanocapacitors表明纳米nanonodes可用的数量。可用nanonodes的数量在每个纳米也显示了同样的结果,如图19。结果表明,能量水平减少nanonodes每增加纳米或请求率如果网络规模增加。
在这里,数据20(一个)- - - - - -20 (c)描述nanonetwork的丢包率。丢包率可以通过请求的速率波动来自外部监控装置或活性纳米nanonodes可用的数量。从仿真结果可以很容易地观察nanonetwork中的丢包率增加,随着时间的推移如果请求的速率增加。这个增加是由于消费能源nanonodes而收获能量满足请求的速度。nanonodes数量的增加也有助于满足越来越多的请求来自外部的监控设备。的大量nanonodes也确保大量的活跃nanonodes一次能满足网络的需要。该模型也确保少数量的丢包率在应用程序层,提高外部监控系统的整体行为。
(一)
(b)
(c)
结果如图(21日)- - - - - -21 (c)精心制作的速度传输在nanonetwork每个纳米的物理层。仿真结果描述,传输速度增加时传输的数据包数量增加。传输的速度预期从nanonetwork每秒40位每秒60位相当不同于传统网络在太赫兹运营渠道。结果还描述,模型如何工作以及洪水相比技术在所有场景都被认为是在这里。
(一)
(b)
(c)
结果在图(22日)和22 (b)精致的平均跳数(距离)27)通过比较与洪水贪婪地理路由技术。结果描述,平均距离比较的时候更大的贪婪算法。在图(22日)的范围,当传输等于0.01米,洪水方案中的平均距离超过115啤酒花。在图22 (b),用简单的洪水的平均跳数超过71啤酒花当传输范围等于0.005米。在使用贪婪策略,nanonode选择下一跳或下nanorouter接近下一个nanorouter或nanointerface。这种整体降低了能源消耗和距离比较洪水方案。
(一)
(b)
5。结论
在这部作品中,互动IoNT和监测设备的物联网被描述。能量收获协议设计和模拟运行检查节能系统的能力。提出过程检查能源效率,同时也选择贪婪选择最佳路线。从提出的行为模型,观察到如果在纳米nanonodes数量的增加,较低的传输速率逐渐增加能量消耗。它也显示了低能量收获限制IoNT的整体性能。这项工作是一个描述性的例子,阐述了工作上实现。总数量的请求来自监控设备和网络的大小影响系统的行为。输出显示在图表的形式用不同的参数值。结果表明在整个网络的变化行为通过使用建议的解决方案比传统基于洪泛路由机制。在未来,结果将用于底层的优化解决方案。 The behavior of conceived solution will further be investigated in more realistic, complex, and specific scenarios.
数据可用性
数据可从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。