[发明专利]一种移动分子通信中基于浓度梯度的目标导向方法

说明书

本发明公开一种移动分子通信中基于浓度梯度的目标导向方法。在移动分子通信场景下，目标物持续释放某种引诱物，纳米机通过浓度传感器实时收集介质中的引诱物浓度，并计算浓度差值；其次根据浓度差值判断介质的浓度梯度，然后纳米机朝浓度高的方向移动，最终移动到目标区域。本发明通过将生物学中细菌的趋化效应原理引入到移动分子通信当中，克服了分子通信中因随机扩散导致的延迟问题，有效缩短了纳米机移动到目标的时间，提高了通信效率；本发明普遍适用于基于扩散方式的移动分子通信中具有引诱物的场景，可广泛应用于医疗中的定向药物投递、靶向治疗等。

技术领域

本发明属于移动分子通信领域，具体涉及移动分子通信过程中，纳米机根据周围介质中引诱物的浓度，定向朝目标移动的快速导向算法。

背景技术

分子通信是近年来新兴的交叉学科的技术，涉及生物学、医学、通信等多个领域。分子通信以纳米尺度的分子作为信息载体，在生物体内完成细胞间信息传递。在分子通信中最常见的是基于扩散的通信方式，即分子通过自由扩散方式，最终到达目的地，完成通信过程。人工纳米机可以看作是人造的纳米尺度生物细胞，是实现分子通信的重要手段。移动分子通信可以通过可移动的人工纳米机来实现更加复杂的通信过程，比如通过携带药物的纳米机移动到病变部位，实现高效的药物投递。基于自由扩散的分子通信的一个缺点是由于分子的随机扩散，造成分子投递信息的盲目性，带来很大的通信延迟，通信效率很低。在医学领域，可以采用分子通信技术完成药物投递、靶向治疗等应用，有效提高治疗效果。

发明内容

本发明针对药物投递、靶向治疗的应用需求，提出了一种移动分子通信中的基于浓度梯度的目标导向方法；本发明的方法可有效帮助纳米机根据引诱物浓度，快速移动到目标区域，完成分子定向通信过程。

本发明采用的技术方案是：纳米机通过浓度传感器周期性采集介质中目标物所释放的引诱物的浓度值，然后纳米机朝着浓度高的方向移动，最终纳米机到达浓度最高的目标区域。

进一步地，具体包括以下步骤：

S1、初始化参数；包括设置前一浓度值与当前浓度值为零；

S2、纳米机通过浓度传感器对介质中引诱物浓度值进行采样，并将采样值赋值给当前浓度；

S3、判断当前采样值与门限值的绝对差值是否小于或等于预期值，若是则结束，否则执行步骤S4；

S4、计算当前浓度值与前一浓度值之间的差值，若该差值大于0，则执行步骤S5；否则执行步骤S6；

S5、纳米机继续沿当前方向移动，并将当前浓度值赋值给前一浓度值，然后执行步骤S2；

S6、纳米机随机移动，并将当前浓度值赋值给前一浓度值，然后执行步骤S2。

进一步地，所述目标物能持续释放某种引诱物，该引诱物会以扩散的方式在周围介质中形成浓度梯度场。

进一步地，步骤S3所述门限值设置为目标区域引诱物的浓度。

进一步的，所述步骤S1还包括：Tmove、Tstay的初始化；Tmove表示纳米机移动的时间长度，Tstay表示纳米机静止的时间长度。

更进一步地，步骤S5具体为：纳米机沿当前方向移动Tmove秒，然后停留Tstay秒后，将当前浓度值赋给前一浓度值，然后执行S2。

更进一步的，步骤S6具体为：纳米机随机移动Tmove秒，然后停留Tstay秒后，将当前浓度值赋给前一浓度值，然后执行S2。