Improving The Performance Of A Communication Via Diffusion System Considering Molecule Degradation in Nanonetworking
Summary:
The interconnection between the nanoscale circuit components, which is referred to as nanonetworking, is a hot topic for nearly a decade. Among the various approaches studied in the literature, we apply communication via diffusion (CvD) method. Despite its practicality and ease of implementation, CvD brings along its own drawbacks especially to the reliability of the system. In order to overcome these drawbacks, we consider molecule degradation, which the literature on molecular communication mostly overlooks, in this thesis. We evaluate the performance of this proposed model by simulations and by using analytical expressions. In the simulations, we demonstrate the positive effects of molecule degradation on basic communication metrics in this scale. In addition, we use the analytical formulas in selecting the proper values of degradation utilized system parameters for mitigating intersymbol interference and correctly demodulating the signal. In this sense, the number of stray molecules remaining in the inter-cellular environment from the previous symbol is limited not to exceed the predefined threshold value while the number of received molecules is bounded to be greater than it. In the subsequent analysis, we examine the effects on the data rate and the energy consumption of the overall system. Results demonstrate that the increase in the data rate and the decrease in the energy expenditure can be achieved using appropriate half-life values.
Özet:
Nano ağlar olarak tanımlanan, nano ölçekteki cihazlar arasındaki bağlantı, son yılların önemli çalışma alanlarından biri olarak değerlendirilmektedir. Bu tezde, nano ağlardaki haberleşmeyi sağlayabilme amacıyla konu ile ilgilenen araştırmacılar tarafından faydalanılan birçok yaklaşım arasından difüzyon ile haberleşme (DiH) seçilmiştir. Bu tezde, DiH sistemlerinin beraberinde getirdiği haberleşme problemlerinin üstesinden gelmek adına, moleküler haberleşme çalışmalarında çoğunlukla göz önünde bulundurulmayan molekül bozunması olgusu hesaba katılmaktadır. Önerilen modelin performansı benzetimler ve çözümsel ifadeler yardımıyla değerlendirilmektedir. Benzetimlerde, molekül bozunmasının bazı temel nano boyuttaki haberleşme ölçevleri üzerindeki faydaları gösterilmektedir. Bunun yanı sıra, semboller arası girişimin azalması ve gönderilen sinyalin doğru deşifre edilmesi amacıyla diğer haberleşme değiştirgeleri için belirlenen özgül değerlere bakılarak, molekül bozunmasını dikkate alan sistemlerin değişkenleri için uygun değer seçimi yapılmaktadır. Bir önceki sembolden kalan artık molekül miktarının önceden belirlenmiş bir eşik değerinin altında kalması ve alıcı hücreye varan taşıyıcı molekül sayısının bu değerin üzerinde olması, bu belirlemelerde kısıt olarak verilmiştir. Daha sonraki çözümlemede, molekül bozunmasının sistemin veri hızı ve enerji tüketimi üzerindeki etkileri incelenmektedir. Sonuçlar, uygun taşıyıcı molekül yarı-ömür değerleri kullanıldığında, veri hızının arttığını ve enerji harcamasının azaldığını göstermektedir.