Analysis Of Reception Process For An Absorbing Receiver in Molecular Communication Via Diffusion
Summary:
Nanotechnology is currently being applied to vast number of fields to overcome the challenges faced with existing technologies that cannot efficiently scale down to nano level. However, considering the limited processing and memory resources of nano-machines, performing complex tasks requires new communication mechanisms. Communication is one of the important issues to be addressed in nano-scale environment. Inspired by the nature, molecular communication via diffusion is a candidate to address this issue. Although the reception process of the messenger molecules has a significant impact on the performance of molecular communication via diffusion, the factors that effect the received signal for an absorbing receiver have not been investigated in the literature. In this thesis, we first introduce methods for efficient simulation of molecular communication via diffusion to enable further analysis. We propose two novel simulation architectures; a dual-zone simulation model to decrease execution time while preserving simulation accuracy and an HLA based architecture for distributed simulation of molecular communication via diffusion. Then, we analyse different dimensions of reception process for an absorbing receiver to derive closed form formulations. The results presented enable optimizations that will have a direct effect on production costs of receptors and the receivers. Finally, we propose a new approach for demodulation of information for an absorbing receiver and analyse energy consumption and data rate for the proposed model.
Özet:
Nanoteknoloji, mevcut teknolojilerin nano seviyede yetersiz kaldığı durumların üstesinden gelmek için birçok alanda kullanılmaktadır. Ancak, nano-makinelerin kısıtlı işlemci güçleri ve hafızaları düşünüldüğünde, karmaşık işlemlerin yapılabilmesi için yeni iletişim yöntemlerine ihtiyaç duyulacagı anlaşılmaktadır. Nano seviyede iletişim, ele alınması gereken önemli bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Doğadan esinlenen difüzyon ile moleküler haberleşme yöntemi bu problemin çözümünde kullanılabilecek yöntemlerden birisidir. Taşıyıcı moleküllerin alım sürecinin, difüzyon ile moleküler haberleşme başarımına önemli bir etkisi olmasına rağmen, soğuran alıcının aldığı sinyali etkileyen faktörler literatürde yeterli ölçüde araştırılmamıştır. Bu tezde, öncelikle analizlerimizde kullanılmak üzere difüzyon ile moleküler haberleşme benzetiminin daha etkin biçimde yapılabilmesi için iki yeni model önerilmektedir. Önerilen modellerden ilki, benzetim hassasiyetini koruyarak daha hızlı çalısmasını sağlayan iki-alanlı benzetim modeli, diğeri ise difüzyon ile moleküler haberleşme benzetimlerinin dağıtık yapılmasına olanak veren HLA tabanlı mimaridir. Sonrasında, analitik formüllerin elde edilebilmesi için soğuran alıcı alım süreci değişik yönleriyle analiz edilmektedir. Sonuçlar, alıcı ve reseptör üretim maliyetlerinin eniyilemesini mümkün kılmaktadır. Son olarak da, soğuran alıcılarda bilginin demodülasyonu için yeni bir yaklaşım önerilmekte ve önerilen modelin enerji ihtiyacı ve veri hızı incelenmektedir.