纳米技术的快速发展为纳米尺度设备的创新应用带来了新的机遇,基于纳米尺度的纳米器件在细胞监测、疾病诊断、损伤恢复和医学治疗等方面表现出巨大的应用潜力。体内纳米网络（Intra-BNN）正是由这些集成的纳米级设备,以及部分被植入人体内的设备来收集身体的健康信息。目前,在一些疾病的诊断与治疗中正在采用纳米级设备的高精度与无创伤的连续监测特性,来提升医疗监测、医学治疗和远程医疗等的服务质量。然而,这些纳米级设备的特有性能约束（如能量、存储、传输范围和计算资源）导致无法直接把现有无线体域网络（WBAN）技术直接应用于体内纳米网络领域。除了上述设计上的限制外,太赫兹波段的电磁波发射也会引发体内纳米网络的分子吸收现象,从而导致温度上升,这也对体内纳米网络应用提出了新的挑战。论文的目标是努力解决体内纳米网络特有的性能约束与分子吸热问题,以改进体内纳米网络的数据收集和路由转发方案。目的是利用资源受限的纳米传感器（NSs）收集检测数据,以最小的能量消耗和最低的温度上升,设计一些高效的数据聚合机制。在本论文的研究中,设计了节能和温度感知的数据聚合与路由方案,以提高体内纳米网络的生命周期,且能够控制其温度的上升。为了解决体内纳米网络的能量受限问题,论文设计了两种不同的数据聚合方案。第一种数据聚合方案是基于前馈神经网络（FFNN）的数据聚合方法,该方法利用人工智能思想来提高体内纳米网络的计算智能,从而延长网络的生命周期。在该方案中,采用数据划分与标记技术来检测传输过程中两种不同大小、不同类型的数据包,目的是减少冗余数据,并能以较小的能耗来传输关键信息。前馈神经网络周期性数据传输过程中,用适应度函数的近似特性来提高体内纳米网络的激活精度,从而以较小的能耗与延迟来提升关键信息的传输概率;在此基础上提出了事件驱动数据传输方法,可以实现以较小的延迟与存储开销传输高优先级的数据。通过使用Nano-SIM工具对提出的方案进行仿真分析,仿真结果与现有的三种方案进行了详细比较,分析结果表明,本论文所提出的方案在剩余能量、时间延迟、数据包丢失等方面的性能比目前的方案优50%-60%。论文提出的第二种数据聚合方案是基于时间相关性思想,利用周期性数据传输过程中时间相关性来避免冗余数据传输,以减少能量消耗。使用指数加权移动平均值（EWMA）方法抑制聚合与时间相关的读数,将先前抑制的读数与新的读数结合起来,向纳米路由器发送过去时刻的生理参数情况。论文利用Nano-SIM工具进行的仿真实验表明抑制时间相关数据的传输可以节省较多的能量资源。为了解决体内纳米网络中因太赫兹波段电磁波所引发的温度上升问题,论文也做了两方面的工作。一是提出了一种解决体内纳米网络热相关约束问题的温度感知路由协议,该协议通过避免拥塞和防止加热区域的升温来稳定整个网络的温度。在第一种温度感知路由协议中,纳米路由器估算该区域内的升温情况,并且采取不在热点区域接收数据的策略以避免升温。此外,在数据收集期间,该协议还基于数据新鲜度优化了纳米传感器的选择,从而能够在较小的天线辐射暴露时间内获取更准确的生理参数。数据收集过程中避免升温的思想还可以用于医疗领域的安全健康评估。论文用Nano-SIM工具进行大规模的仿真实验分析,并将提出的温度感知路由协议与泛洪方案的温度感知路由算法（TARA）进行比较。实验结果表明,论文提出的温度感知路由协议可确保在不同区域进行更安全的体内路由和流量分配,使温度上升正常化,避免拥塞并减少通信延迟。另一方面工作是针对体内纳米网络计算能力弱的特点,引入模拟退火（SA）算法设计了具有较小复杂度的温度感知路由协议。基于模拟退火算法的路由协议确保用于数据报告的纳米传感器具有最佳全局选择,从而避免了热点的形成和升温。实验结果表明,基于模拟退火算法的路由协议在复杂度方面优于现有方案。最后,论文结合前面的控制温度与节能方案,提出了一种温度感知的节能路由方案,避免热点的形成和控制过多的能量消耗。在该方案中提出了一种基于时间相关性的数据决策方法,该方法仅允许纳米传感器发送具有更新信息的周期性数据包,以避免不必要的能量消耗和生物细胞上的天线辐射暴露。论文还考虑到医疗保健系统的即时数据检索需求,引入了一种按需数据检索方法,该方法可确保将更新的消息即时传输到医疗保健系统中。通过Nano-SIM仿真工具将新方法与泛洪路由方案相比较,温度感知路由方案的有效性较好,新提出的协议在温度上升方面比现有方案低75%-85%,并且该方案可以提高网络生命周期。