基于端对端的分子通信的时间同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于端对端的分子通信的时间同步方法及系统，其中，该方法包括：S1，纳米机器发送端向纳米机器接收端发送时间同步比特，将发送端计时器置0，开始计时；S2，接收端接收到时间同步比特后，接收端向发送端发送成功接收反馈比特，将接收端计时器置0，开始计时，以及将接收端计数器加1，判断接收端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步完成，反之，则继续S3；S3，发送端在第一预设时间内收到接收端发送的成功接收反馈比特，将发送端计数器加1，判断发送端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步完成，反之，则转入S1。该方法提供了一种较为简单对设备复杂度要求较低且有效的时间同步方法。

Time Synchronization Method and System for End-to-End Molecular Communication

The invention discloses a time synchronization method and system based on end-to-end molecular communication. The method includes: S1, the time synchronization bit is sent by the nano-machine sender to the nano-machine receiver, the sender timer is set at 0, and the time synchronization bit is started; S2, after the receiver receives the time synchronization bit, the receiver sends the feedback bit successfully to the sender, and the receiver sends the feedback bit to the sender. Timer set 0, start timing, and add 1 to the receiver counter to determine whether the count value of the receiver counter is equal to the preset value, if it is, the time synchronization is completed, and vice versa, continue S3; S3, the sender receives the successful received feedback bits sent by the receiver within the first preset time, and adds 1 to the sender counter to determine whether the count value of the sender counter is equal to the preset value. The default value, if it is, completes the time synchronization and, conversely, goes to S1. This method provides a simple and effective time synchronization method which requires less complexity of equipment.

【技术实现步骤摘要】
基于端对端的分子通信的时间同步方法及系统
本专利技术涉及生物纳米通信
，特别涉及一种基于端对端的分子通信的时间同步方法及系统。
技术介绍
传统的通信技术由于受到收发器体积和能耗等因素的制约而无法直接应用于纳米级环境。受自然界的启发，使用化学信号作为信息载体的分子通信(MolecularCommunication，简称MC)成为一个可能解决问题的办法。分子通信中生物纳米机器能够通过传递信息分子的方式实现信息交换，合作组成稳定高效的生物纳米通信网络。但是，构建生物纳米通信网络的重要前提是纳米机器间能够建立有效的时间同步。时间同步对于通信而言至关重要。在无线通信中，发送端可以将时间信息通过电磁波直接发送给接收端，接收端通过接收到的时间信息更新本身的时钟。但是，由于传播延迟引起的误差，时间同步往往不够准确。此外，在分子通信中分子的运动速度比电磁波慢的多，因此传播延迟所导致的时间同步误差将更加严重。相关技术中许多关于分子通信的研究工作都假设纳米机器之间的时钟是完美同步。基于这个假设，建立了物理端到端模型或信道模型，或估计信道参数。但是，在真正的分子通信系统中，纳米级设备基于它们自己的时钟上运行并且不会自动同步。此外，由于纳米机器的物理限制，相对复杂时间同步模式也较难实现。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于端对端的分子通信的时间同步方法，该方法提供了一种较为简单对设备复杂度要求较低且有效的时间同步方法。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于端对端的分子通信的时间同步系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于端对端的分子通信的时间同步方法，包括以下步骤：S1，纳米机器发送端向纳米机器接收端发送时间同步比特，将纳米机器发送端计时器置0，并开始计时；S2，所述纳米机器接收端接收到所述纳米机器发送端发送的所述时间同步比特后，所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特，将纳米机器接收端计时器置0，并开始计时，以及将纳米机器接收端计数器加1，判断所述纳米机器接收端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则继续S3；S3，所述纳米机器发送端在第一预设时间内收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特，将纳米机器发送端计数器加1，并判断所述纳米机器发送端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则转入S1。本专利技术实施例的基于端对端的分子通信的时间同步方法，通过在纳米机器发送端发送的时间同步比特以及纳米机器接收端发送成功接收反馈比特，依靠各自的计时器和计数器实现两端的时间同步，填补了实际扩散分子通信系统中的时间同步的空白，为扩散的端对端的分子通信提供了一种较为简单对设备复杂度要求较低且有效的时间同步方法。另外，根据本专利技术上述实施例的基于端对端的分子通信的时间同步方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，步骤S2进一步包括：S201，若所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器发送端发送的下一个所述时间同步比特，则时间同步过程失败，将所述纳米机器接收端计数器置0，在第二预设时间后转入S1。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，步骤S3进一步包括：S301，若所述纳米机器发送端向所述纳米机器接收端发送所述时间同步比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特，则时间同步过程失败，将所述纳米机器发送端计数器置0，在第二预设时间后转入S1。其中，所述第一预设时间为2(T1+Ts)，所述第二预设时间为T1+Ts，其中，T1为一个比特间隔，Ts为纳米机器在接收到一个化学信号后处理所需要的时间。所述预设值为所述纳米机器发送端和所述纳米机器接收端完成时间同步过程所需要进行比特信息收发确认的次数，取值范围为大于等于2小于等于4。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于端对端的分子通信的时间同步系统，包括：发送模块，用于纳米机器发送端向纳米机器接收端发送时间同步比特，将所述纳米机器发送端计时器置0，开始计时；第一判断模块，用于在所述纳米机器接收端接收到所述纳米机器发送端发送的所述时间同步比特后，所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特，将所述纳米机器接收端计时器置0，开始计时，，将所述纳米机器接收端计数器加1，判断所述纳米机器接收端计数器的计数值是否等于预设值；第一同步模块，用于在所述纳米机器接收端计数器的计数值等于预设值时完成时间同步过程；第二判断模块，用于在所述纳米机器发送端在第一预设时间内收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特后，将纳米机器发送端计数器加1，判断所述纳米机器发送端计数器的计数值是否等于预设值；第二同步模块，用于在所述纳米机器发送端计数器的计数值等于预设值时完成时间同步过程。本专利技术实施例的基于端对端的分子通信的时间同步系统，通过在纳米机器发送端发送的时间同步比特以及纳米机器接收端发送成功接收反馈比特，依靠各自的计时器和计数器实现两端的时间同步，填补了实际扩散分子通信系统中的时间同步的空白，为扩散的端对端的分子通信提供了一种较为简单对设备复杂度要求较低且有效的时间同步方法。另外，根据本专利技术上述实施例的基于端对端的分子通信的时间同步系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一判断模块进一步用于，在所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器发送端发送的下一个所述时间同步比特时，将所述纳米机器接收端计数器置0，所述纳米机器接收端在第二预设时间后重新开始接收所述纳米机器发送端发送的所述时间同步比特。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第二判断模块进一步用于，在所述纳米机器发送端向所述纳米机器接收端发送所述时间同步比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特时，将所述纳米机器发送端计数器置0，所述纳米机器发送端在第二预设时间后重新向所述纳米机器接收端发送所述时间同步比特。其中，所述第一预设时间为2(T1+Ts)，所述第二预设时间为T1+Ts，其中，T1为一个比特间隔，Ts为纳米机器在接收到一个化学信号后处理所需要的时间。所述预设值为所述纳米机器发送端和所述纳米机器接收端完成时间同步过程所需要进行比特信息收发确认的次数，取值范围为大于等于2小于等于4。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于端对端的分子通信的时间同步方法流程图；图2为根据本专利技术具体实施例的纳米机器接收端时间同步操作步骤流程图；图3为根据本专利技术具体实施例的纳米机器发送端时间同步操作步骤流程图；图4为根据本专利技术具体实施例的基于端对端的分子通信的时间同步方法过程图；图5为根据本专利技术具体实施例的基于端对端的分子通信的时间同步方法操作步骤流程图；图6为根据本专利技术一个实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，纳米机器发送端向纳米机器接收端发送时间同步比特，将纳米机器发送端计时器置0，并开始计时；S2，所述纳米机器接收端接收到所述纳米机器发送端发送的所述时间同步比特后，所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特，将纳米机器接收端计时器置0，并开始计时，以及将纳米机器接收端计数器加1，判断所述纳米机器接收端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则继续S3；S3，所述纳米机器发送端在第一预设时间内收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特，将纳米机器发送端计数器加1，并判断所述纳米机器发送端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则转入S1。

【技术特征摘要】
1.一种基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，纳米机器发送端向纳米机器接收端发送时间同步比特，将纳米机器发送端计时器置0，并开始计时；S2，所述纳米机器接收端接收到所述纳米机器发送端发送的所述时间同步比特后，所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特，将纳米机器接收端计时器置0，并开始计时，以及将纳米机器接收端计数器加1，判断所述纳米机器接收端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则继续S3；S3，所述纳米机器发送端在第一预设时间内收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特，将纳米机器发送端计数器加1，并判断所述纳米机器发送端计数器的计数值是否等于预设值，如果是，则时间同步过程完成，反之，则转入S1。2.根据权利要求1所述的基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：S201，若所述纳米机器接收端向所述纳米机器发送端发送所述成功接收反馈比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器发送端发送的下一个所述时间同步比特，则时间同步过程失败，将所述纳米机器接收端计数器置0，在第二预设时间后转入S1。3.根据权利要求1所述的基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：S301，若所述纳米机器发送端向所述纳米机器接收端发送所述时间同步比特后的第一预设时间内未收到所述纳米机器接收端发送的所述成功接收反馈比特，则时间同步过程失败，将所述纳米机器发送端计数器置0，在第二预设时间后转入S1。4.根据权利要求2所述的基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，所述第一预设时间为2(T1+Ts)，所述第二预设时间为T1+Ts，其中，T1为一个比特间隔，Ts为纳米机器在接收到一个化学信号后处理所需要的时间。5.根据权利要求1所述的基于端对端的分子通信的时间同步方法，其特征在于，所述预设值为所述纳米机器发送端和所述纳米机器接收端完成时间同步过程所需要进行比特信息收发确认的次数，取值范围为大于等于2小于等于4。6.一种基于端对端的分子通信的时间同步系统，其特征在于，包括：发送模块，用于纳米机器发送端...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭木根，袁硕，闫实，王嘉星，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11