KR101597074B1 - 분자통신에서 에너지 효율적인 변조 방법 및 시스템 - Google Patents

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곽경섭
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Abstract

에너지 효율적인 변조 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 에너지 효율적인 변조 방법은 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하고, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하는 단계, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 단계, 상기 전송된 분자들을 누적기에 축적한 후, 전송기 나노기기를 통해 방출하는 단계, 상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

분자통신에서 에너지 효율적인 변조 방법 및 시스템{Method and System for Energy-Efficient Modulation in Molecular Communications}
본 발명은 분자통신에서 변조 차원이 증가함에 따라 분자의 전송량을 조절함으로써 에너지 효율적인 변조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
분자 통신은 바이오-나노기기(bio-nanomachine)들의(예를 들어, 인공 세포, 유전자 조작 세포) 행동을 조율하는, 새롭게 출현하고 있는 패러다임이다. 이 분야는 전자기파(electromagnatic wave) 대신 생물학적 분자를 정보 운반체(carrier)로 이용하기 때문에 전통적 통신 시스템과는 크게 차이가 있다. 이는 미생물 사이의 통신과 같이 생물학적 통신 메커니즘을 모방한다. 기존 통신에 비하여 분자를 이용한 통신의 장점은 크기(size), 생체 적합성, 생체 안정성 등 이다.
최근에는 바이오의약, 의료, 군사, 환경 분야에서 응용 사례들이 출현하기 시작하였고, 바이오 의약 분야의 약물 전달 시스템(drug delivery system), 바이오 하이브리드 임플란트(bio-hybrid implants), 의학용 랩온어칩 시스템(lab-on-a-chip systems) 등이 가장 유망하다. 최근에는 나노 기술의 새로운 연구 분야로서 나노 통신 네트워크(Nano Communication Networks)가 출현하였다. 이 통신 네트워크는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 나노 통신 네트워크는 전통적인 RF(radio frequency) 통신 시스템을 채택할 수 있고, 이는 RF의 설계 장벽을 극복해야 할 것이다. 미세거리(예를 들어, 세포내 혹은 세포간) 통신에 특히 유리한 분자 확산 기법을 그 활용 대안으로 제안하고 있으며 보편화까지는 아직 초기 상태이며, 통신 방식 자체가 근본적으로 다르기 때문에 집중적인 연구가 필요하다.
특히, 인체의 세포 간 또는 세포 내 영역에서 작용하는 치료용 나노기기들로 구성된 네트워크, 즉 나노기반 인체네트워크(Nano-based body area nanonetworks, N-BAN)는 정교한 나노 의약 응용에 한층 더 기술발전을 가속화 시키고 있다. 치료용 나노기기들은 정보를 공유하고, 계산 및 논리 연산을 수행하여 복합적 질병의 치료를 위해 의사결정을 내리게 한다. 그러므로 이러한 응용에 있어서 가장 어려운 과제는 나노 규모의 통신 패러다임을 통해 나노기반 인체 네트워크(N-BAN)를 어떻게 구현하느냐 하는 것이다.
나노 네트워크에서 나노통신은 분자자체를 정보 전송 반송자로 사용하는 새로운 통신 페러다임이다. 나노 분자통신에서의 변조 방법은 분자농도 크기에 의한 변조, 분자 형태에 따른 변조 등이 있다. 특히, 분자의 형태에 따른 변조 방식은 변조 차원이 증가함에 따라 분자의 량이 선형적으로 증가하게 되어 송수신 장치 또한 비례하여 복잡하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정보 비트가 1인 경우 분자를 전송하고, 정보비트가 0인 경우는 분자를 전송하지 않게 함으로써, 변조 차원이 증가함에 따라 분자의 전송량을 줄여 에너지 효율성을 증가 시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 송수신 장치를 단순화 하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 효율적인 변조 방법은 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하고, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하는 단계, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기(accumulator)로 전송하는 단계, 상기 전송된 분자들을 누적기(accumulator)에 축적한 후, 전송기 나노기기를 통해 방출하는 단계, 상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기(accumulator)로 전송하는 단계는 상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기(accumulator)로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기(accumulator)로 전송하지 않는다.
상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기(accumulator)로 전송하는 단계는 미리 정해진 비트의 수까지 반복된다.
상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계는 상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들은 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치된다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 효율적인 변조 시스템은 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하는 입력 및 인코딩부, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하고, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기(accumulator)로 전송하는 변조부, 상기 누적기(accumulator)에 축적된 전송된 분자들을 방출하는 전송기 나노기기, 상기 방출된 분자들을 수신하는 수신기 나노기기, 상기 수신된 분자들의 형태 별로 출력 데이터를 출력하는 복조부를 포함한다.
상기 변조부는 상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기(accumulator)로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기(accumulator)로 전송하지 않는다.
상기 복조부는 상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들을 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 변조 차원이 증가함에 따라 분자의 전송량을 줄여 에너지 효율성을 증가 시키고, 송수신 장치를 단순화 할 수 있다. 또한, 종래기술에 따른 변조방식과 비교할 때 에너지 효율성과 심볼 에러가 개선됨을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 변조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 아키텍쳐를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 변조의 부호를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복조 아키텍쳐를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 변조 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 계수와 SER의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 계수와 달성 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
슬롯 주기(slot duration) Ts 를 갖는 타임-슬롯(time-slotted) 분자 통신 시스템(molecular communication system)을 간주하고, 상기 전송기 및 수신기 나노기기들은 고정 유체 매체(stationary fluidic medium)에서 거리 r 만큼 떨어져 있다고 간주한다. 상기 분자들은 상기 슬롯의 시작에서 상기 전송기 나노기기로부터 방출될 수 있다. 그리고, 상기 전송기 및 수신기 나노기기들은 완벽하게 동기화되고, 상기 수신기는 메신저 분자들(messenger molecules)의 다른 형태와 구별될 수 있다. 확산 계수(diffusion coefficient) D를 갖는 메신저 분자들(messenger molecules)은, 상기 매체를 통해 확산하고, 상기 채널은 메모리가 없는 것으로 간주될 수 있다. D는 m2/s 에서 측정되고, 상기 매체를 통한 메신저 분자의 전송의 경향을 나타낸다.
수용체(receptors)를 구비한 수신기 나노기기는, 아래 결정 룰에 따라 상기 타임 슬롯 동안 정보를 디코딩하기 위해 상기 수신된 분자들의 전체 수를 카운트할 수 있다:
Figure 112015035215635-pat00001
수학식(1)
여기에서 N은 메신저 분자의 수신된 수를 나타내는 랜덤 값이고, z는 분자들의 임계 값이다.
이것은 상기 분자가 한번 제거되면, 상기 수신기에 의해 수신된다는 것을 나타낸다. 흡수 수신기와 같이(absorbing receiver), 모든 분자들은 각 수신기에 도달하는 대로 흡수될 수 있다. 이때, 모든 수용체들(receptors)은 동일하고, 동일한 농도를 관찰하고, 독립적으로 행동하는 것을 가정한다. 또한, 상기 수신기로부터 오는 모든 분자들은 상기 수신기에 의해 수신될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 변조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 에너지 효율적인 변조 방법은 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하고, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하는 단계(110), 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기(accumulator)로 전송하는 단계(120), 상기 전송된 분자들을 누적기에 축적한 후, 전송기 나노기기를 통해 방출하는 단계(130), 상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계(140)를 포함할 수 있다.
단계(110)에서, 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하고, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단할 수 있다. 심볼에서 서로 다른 형태의 분자들에 서로 다른 정보 비트들을 인코딩하고, 분자들은 혼합물(mixture)로서 방출될 수 있다.
단계(120)에서, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송할 수 있다. 상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하지 않는다. 그리고, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 단계는 미리 정해진 비트의 수까지 반복된다.
단계(130)에서, 상기 전송된 분자들을 누적기에 축적한 후, 전송기 나노기기를 통해 방출할 수 있다. 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 아키텍쳐를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 것과 같이, M-차(M-ary) D-MoSK 심볼에 대하여 설명한다. k = log 2 M 비트들이 심볼에 있고, 여기에서 k는 심볼을 인코딩하기 위해 요구되는 다른 형태의 분자들이다. 우선, 심볼에서 정보 비트들은 직렬에서 병렬로 배치될 수 있다. 제1 비트는 분자들의 제1 형태로 인코딩되고, 제2 비트는 분자들의 제2 형태로 인코딩 된다. 제1 비트가 제1 브렌치(branch)에 도착할 때, 이것은 상기 비트가 1 또는 0인지 체크할 수 있다. 상기 정보 비트가 1일 경우, 제1 형태의 분자들은 분자 뱅크(molecule bank)로부터 선택되고, 상기 누적기(accumulator.)로 보내질 수 있다. 상기 정보 비트가 0일 경우, 분자를 상기 누적기로 보내지지 않는다.
이와 같이, 상기 제2 비트에 대하여, 제2 형태의 분자는 상기 정보 비트가 1일 경우, 상기 누적기로 보내질 수 있고, 상기 정보 비트가 0일 경우, 상기 누적기로 보내지지 않는다. 이러한 과정은 상기 심볼의 k번째 비트까지 반복될 수 있다. 그러면, 상기 분자들은 모든 k 비트들로부터 모든 분자들을 축적(accumulating)한 후에 상기 전송기 나노기기(transmitter nanomachine)(에미터(emitter))에 의해 방출될 수 있다. 예상대로, 상기 전송기는 상기 모든 정보 비트들이 심볼 0일 경우, 분자를 전송하지 않는다(오프 상태).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 변조의 부호를 나타내는 예시도이다.
도 3은 11100100 입력 시퀀스에 대한 4-차(4-ary) D-MoSK 변조를 도시한 것이다. 심볼 11100100에 대하여 정보 비트가 1일 경우, 상기 누적기로 보내질 수 있고, 상기 정보 비트가 0일 경우, 상기 누적기로 보내지지 않는다. 따라서, 분자 형태는 도 3에 나타낸 것과 같다.
단계(140)에서, 상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력할 수 있다. 상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들은 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치될 수 있다. 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복조 아키텍쳐를 나타내는 도면이다.
상기 전송기 나노기기에 의해 방출된 분자의 다른 형태에 대하여 수용체의 다른 형태를 갖는 상기 수신기 나노기기가 요구된다. 도 4에 나타낸 것과 같이, 생화학적으로(biochemically) 반응함으로써, 제1 형태의 수용체는 제1 형태 분자를 검출할 수 있고, 제2 형태의 수용체는 제2 형태 분자를 검출할 수 있다. 상기 결정은 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 함으로써 만들어질 수 있다. Nl ≥ zl 및 0 if Nl < zl 일 경우, l번째 정보 비트는 Nl ≥ zl 일 경우, 1이고, Nl < zl 일 경우, 0이다. 여기에서 Nl 는 상기 수신된 분자들의 전체 수를 나타내는 랜덤값이고, zl 는 분자들의 임계값이고, l = 1, 2, ..., k 이다. 그러면, 상기 정보 비트들은 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 변조 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 에너지 효율적인 변조 시스템(500)은 프로세서(510), 버스(520), 네트워크 인터페이스(530), 메모리(540) 및 데이터베이스(550)를 포함할 수 있다. 메모리(540)는 운영체제(541) 및 분자 통신 변조 루틴(542)을 포함할 수 있다. 프로세서(510)는 입력 및 인코딩부(511), 변조부(512), 전송기 나노기기(513), 수신기 나노기기(514), 복조부(515)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 에너지 효율적인 변조 시스템(500)은 도 5의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 에너지 효율적인 변조 시스템(500)은 디스플레이나 트랜시버(transceiver)와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다.
메모리(540)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(540)에는 운영체제(541)와 분자 통신 변조 루틴(542)을 위한 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism, 미도시)을 이용하여 메모리(540)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 네트워크 인터페이스(530)를 통해 메모리(540)에 로딩될 수도 있다.
버스(520)는 에너지 효율적인 변조 시스템(500)의 구성요소들간의 통신 및 데이터 전송을 가능하게 할 수 있다. 버스(520)는 고속 시리얼 버스(high-speed serial bus), 병렬 버스(parallel bus), SAN(Storage Area Network) 및/또는 다른 적절한 통신 기술을 이용하여 구성될 수 있다.
네트워크 인터페이스(530)는 에너지 효율적인 변조 시스템(500)을 컴퓨터 네트워크에 연결하기 위한 컴퓨터 하드웨어 구성요소일 수 있다. 네트워크 인터페이스(530)는 에너지 효율적인 변조 시스템(500)을 무선 또는 유선 커넥션을 통해 컴퓨터 네트워크에 연결시킬 수 있다.
데이터베이스(550)는 분자 통신 변조를 위해 필요한 모든 정보를 저장 및 유지하는 역할을 할 수 있다. 도 5에서는 에너지 효율적인 변조 시스템(500)의 내부에 데이터베이스(550)를 구축하여 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 시스템 구현 방식이나 환경 등에 따라 생략될 수 있고 혹은 전체 또는 일부의 데이터베이스가 별개의 다른 시스템 상에 구축된 외부 데이터베이스로서 존재하는 것 또한 가능하다.
프로세서(510)는 기본적인 산술, 로직 및 에너지 효율적인 변조 시스템(500)의 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(540) 또는 네트워크 인터페이스(530)에 의해, 그리고 버스(520)를 통해 프로세서(510)로 제공될 수 있다. 프로세서(510)는 입력 및 인코딩부(511), 변조부(512), 전송기 나노기기(513), 수신기 나노기기(514), 복조부(515)를 위한 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로그램 코드는 메모리(540)와 같은 기록 장치에 저장될 수 있다.
입력 및 인코딩부(511), 변조부(512), 전송기 나노기기(513), 수신기 나노기기(514), 복조부(515)는 도 1의 단계들(110~140)을 수행하기 위해 구성될 수 있다.
에너지 효율적인 변조 시스템(500)은 입력 및 인코딩부(511), 변조부(512), 전송기 나노기기(513), 수신기 나노기기(514), 복조부(515)를 포함할 수 있다.
입력 및 인코딩부(511)는 입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩한다.
변조부(512)는 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하고, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송한다. 변조부(512)는 상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하지 않는다.
전송기 나노기기(513)는 상기 누적기에 축적된 전송된 분자들을 방출한다. 수신기 나노기기(514)는 상기 방출된 분자들을 수신한다.
복조부(515) 상기 수신된 분자들의 형태 별로 출력 데이터를 출력한다. 복조부(515)는 상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들을 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 계수와 SER의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 계수와 달성 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7에 3 가지 직교 변조 방식(quadrature modulation schemes)에 대한 SER 및 달성 비율(achievable rate)을 각각 나타내었다. 수치 계산을 위해, 변조 기법에 관계 없이 동일한 사이즈의 분자들의 다른 형태를 간주하였고, 125 비트당 분자(molecules/bit)가 평균적으로 사용되었다. 상기 메신저 분자들의 사이즈는 유체 분자들(fluid molecules)을 비교하기 위해 가정한다. 상기 분자들의 임계값은 4-차 D-MoSK 및 4-차 MoSK 에 대하여 같다(z = 20)고 가정한다. 하지만, 4-차 CSK 에서, 상기 임계값은 다른 심볼들에 대하여 상기 전송하는 분자들의 수가 다르기 때문에 다양하다. 4-차 D-MoSK의 D = 9 × 10―9m2/s 에서 10―9 의 SER가 달성되는 반면, 4-차 MoSK 및 4-차 CSK의 D = 25 × 10―9m2/s 에서 10―4 및 10―2 의 SER가 각각 달성된다. 처음에는, 4-차 CSK가 4-차 D-MoSK 및 4-차 MoSK보다 성능이 좋다. 하지만, 4-차 D-MoSK는 확산 계수가 증가할수록 4-차 CSK 및 4-차 MoSK보다 성능이 더 좋아진다. 4-차 D-MoSK의 D = 4×10―9m2/s 에서 0.5 symbols/s 의 달성 비율(Achievable rate)이 달성되는 반면, 4-차 MoSK 및 4-차 CSK의 D = 12.55 × 10―9m2/s 및 D = 23.5 × 10―9m2/s 에서 동일한 달성 비율이 각각 달성된다. SER 및 달성 비율 모두의 경우에서, 확산 계수 D가 증가할 수록 성능이 좋아지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (7)

  1. 에너지 효율적인 변조 방법에 있어서,
    입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하고, 상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하는 단계;
    상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 단계;
    상기 전송된 분자들을 누적기에 축적한 후, 전송기 나노기기를 통해 방출하는 단계; 및
    상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계
    를 포함하는 에너지 효율적인 변조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 단계는,
    상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 에너지 효율적인 변조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 단계는 미리 정해진 비트의 수까지 반복되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율적인 변조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방출된 분자들을 수신기 나노기기를 통해 상기 분자들의 형태 별로 수신하여 출력 데이터를 출력하는 단계는,
    상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들은 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율적인 변조 방법.
  5. 에너지 효율적인 변조 시스템에 있어서,
    입력 데이터를 입력 받아 서로 다른 형태의 분자들에 정보 비트들을 인코딩하는 입력 및 인코딩부;
    상기 서로 다른 형태의 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트를 판단하고, 상기 분자들의 형태 별로 인코딩된 정보 비트의 판단 결과에 따라 분자들의 전송량를 조절하여 누적기로 전송하는 변조부;
    상기 누적기에 축적된 전송된 분자들을 방출하는 전송기 나노기기;
    상기 방출된 분자들을 수신하는 수신기 나노기기; 및
    상기 수신된 분자들의 형태 별로 출력 데이터를 출력하는 복조부
    를 포함하는 에너지 효율적인 변조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변조부는,
    상기 인코딩된 정보 비트가 1인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하고, 상기 인코딩된 정보 비트가 0인 경우, 해당 분자들을 누적기로 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 에너지 효율적인 변조 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복조부는,
    상기 수신된 분자들에 해당하는 전체 수를 카운팅 하고, 상기 분자들의 정보 비트들을 출력 데이터를 얻기 위해 병렬부터 직렬로 배치하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율적인 변조 시스템.
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