KR20200126062A

KR20200126062A - Method of acquiring connectivity information in molecular communication

Info

Publication number: KR20200126062A
Application number: KR1020190049560A
Authority: KR
Inventors: 신현동; 정영민; 듕 푸엉 트린
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-11-06
Also published as: KR102201264B1

Abstract

The present invention relates to a method for acquiring connectivity information in molecular communication. The method is executed by a nanodevice constituting a molecular communication system. The method includes: a molecule transport step of transporting molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel; a connectivity information acquisition step of acquiring information on the connectivity of the transported molecules to a receiving nanodevice by estimating the life expectancy of the molecules in the medium; and a molecule transport properties control step of controlling the properties of the molecule transport based on the connectivity information. According to the present invention, it is possible to provide a method for providing connectivity in molecular communication by analyzing a molecule diffusion process and the spatial randomness of nanomachines in heterogeneous fluid mediums.

Description

Method of acquiring connectivity information in molecular communication

본 발명은 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 및 제공 방법과 이를 이용하는 분자 통신시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method of obtaining connectivity information in molecular communication. More specifically, it relates to a method for obtaining and providing connectivity information in molecular communication and a molecular communication system using the same.

분자 통신은 약품 전달 시스템, 헬스케어 시스템, 나노-물질 머신류 등을 포함하여 다양한 응용분야에서, 나노-머신 간 상호연결을 통해 나노 네트워크를 설정할 수 있다. 이러한 응용분야에 기인하여, 분자 통신 시스템에 관한 연구는 나노 네트워크 내부에 나노 기술을 통합하는 것이다. 분자 통신 시스템의 성능은 상기 시스템에서 이동이 일반적으로 확률적이기 때문에, 분자의 전파 시간에 매우 의존적이라는 것이 알려져 있다. 또한, 유체 내에서 이들의 이동에 의해 유발되는 나노머신들의 공간 랜덤성이 통신 링크의 품질을 직접적으로 결정한다.Molecular communication can establish a nano network through interconnection between nano-machines in various applications, including drug delivery systems, healthcare systems, and nano-material machines. Due to these applications, research into molecular communication systems is to integrate nanotechnology into nanonetworks. It is known that the performance of a molecular communication system is highly dependent on the propagation time of the molecule, since the movement in the system is generally probabilistic. In addition, the spatial randomness of nanomachines caused by their movement in a fluid directly determines the quality of the communication link.

하지만, 분자 통신을 위한 나노 네트워크에서 연결성의 개념을 제시한 일부 연구에도 불구하고, 이종 유체(heterogeneous fluid mediums) 내에서 분자들의 확산 프로세스 및 나노머신들의 공간 랜덤성은 아직까지 연구된 바 없다는 문제점이 있다.However, despite some studies that suggested the concept of connectivity in nanonetworks for molecular communication, there is a problem that the diffusion process of molecules and the spatial randomness of nanomachines in heterogeneous fluid mediums have not been studied yet. .

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 분자 통신 시스템을 위한 연결성 모델을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved in the present invention is to provide a connectivity model for a molecular communication system.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 이종 유체(heterogeneous fluid mediums) 내에서 분자들의 확산 프로세스 및 나노머신들의 공간 랜덤성에 대한 분석을 통해, 분자 통신에서 연결성 제공 방법을 제공하는 것이다. In addition, the problem to be solved in the present invention is to provide a method of providing connectivity in molecular communication through analysis of the diffusion process of molecules and spatial randomness of nanomachines in heterogeneous fluid mediums.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법이 제공된다. 상기 방법은 분자 통신 시스템(molecular communication system)을 구성하는 나노 기기에 의해 수행되고, 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 전송하는 분자 전송 단계; 상기 매질 내에서 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 전송된 분자들의 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득하는 연결성 정보 획득 단계; 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어하는 분자 전송 특성 제어 단계를 포함하여, 이종 유체(heterogeneous fluid mediums) 내에서 분자들의 확산 프로세스 및 나노머신들의 공간 랜덤성에 대한 분석을 통해, 분자 통신에서 연결성 제공 방법을 제공할 수 있다.A method of obtaining connectivity information in molecular communication according to the present invention for solving the above problems is provided. The method includes a molecular transmission step of transmitting molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel, performed by a nano device constituting a molecular communication system; A connectivity information acquisition step of estimating a Life Expectancy of the molecules in the medium to obtain connectivity information of the transmitted molecules to a device; Based on the connectivity information, including a molecular transmission characteristic control step of controlling transmission characteristics for transmitting the molecules, through analysis of the diffusion process of molecules and spatial randomness of nanomachines in heterogeneous fluid mediums , It can provide a method of providing connectivity in molecular communication.

일 실시 예에서, 상기 연결성 정보 획득 단계는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화하는 분자 수명 평균 근사화 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, in the step of obtaining the connectivity information, in order to estimate the life expectancy of the molecules, a molecule approximating the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ It may include a lifetime average approximation step.

일 실시 예에서, 상기 연결성 정보 획득 단계는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하는 평균 진입 정보 획득 단계를 더 포함하고, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보가 획득될 수 있다.In an embodiment, the obtaining of the connectivity information includes an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under a time constraint using the degradation parameter ζ. Further comprising the step of obtaining average entry information for acquiring information, and based on the information on the average entry degree, information on whether connectivity can be obtained by being transmitted to the receiving nano-device before the transmitted molecules are lost Can be obtained.

일 실시 예에서, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계 이후, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하는, 간섭 분자 도착 시간 추정 단계를 더 포함하고, 상기 평균 진입 정보 획득 단계에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.In one embodiment, after the molecular lifetime average approximation step, the interfering molecule arrival time estimation step of estimating the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint, further comprising, In the step of obtaining the average entry information, information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules and the degradation parameter ζ. I can.

일 실시 예에서, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계 이후, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하는 랜덤 거리 획득 단계를 더 포함하고, 상기 평균 진입 정보 획득 단계에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.In one embodiment, after the molecular lifetime average approximation step, the random distance obtaining step of obtaining a random distance from the receiving nano-device for ℓ interfering nano-devices (IN) in the order adjacent to the receiving nano-devices And, in the step of obtaining the average entry information, an average in-degree <n(Lω)> _ζ using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter _ζ Information about can be obtained.

일 실시 예에서, 상기 랜덤 거리 획득 단계 이후, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하는 공간 배치 랜덤성 추정 단계를 더 포함하고, 상기 평균 진입 정보 획득 단계에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.In an embodiment, after the step of obtaining the random distance, anomalous diffusion characteristics are estimated for ℓ interfering nanodevices IN in an order adjacent to the receiving nanodevices, and interference based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics A spatial arrangement randomness estimation step of estimating the spatial arrangement randomness of molecules, and in the obtaining of the average entry information, the arrival time of the estimated interfering molecules, the random distance, the spatial arrangement randomness, and the deterioration ( degradation) parameter ζ, information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ may be obtained.

일 실시 예에서, 상기 분자 전송 특성 제어 단계에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정하고, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)를 제어하고, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.In an embodiment, in the step of controlling the molecular transmission characteristic, based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M- ary), and based on the information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the molecules Controls the transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) of information associated with, and the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available reception means of the receiving nanomachines. have.

본 발명의 다른 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법이 제공된다. 상기 방법은 분자 통신 시스템(molecular communication system)을 구성하는 수신 나노 기기에 의해 수행되고, 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 수신하는 분자 수신 단계; 상기 매질 내에서 상기 분자들 중 상기 수신 나노 기기로 도착된 분자들의 개수에 기반하여, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 분자들의 상기 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 추정하는 연결성 정보 추정 단계; 및 상기 연결성 정보를 송신 나노 기기 또는 제어 나노 기기로 전달하는 연결성 정보 전달 단계를 포함한다.A method of providing connectivity information in molecular communication according to another aspect of the present invention is provided. The method includes a molecular receiving step of receiving molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel, performed by a receiving nanodevice constituting a molecular communication system; Based on the number of molecules that arrive to the receiving nanodevice among the molecules in the medium, the life expectancy of the molecules is estimated, and connectivity information of the molecules to the receiving device is obtained. Estimating connectivity information to estimate; And transferring the connectivity information to a transmitting nano device or a controlling nano device.

일 실시 예에서, 상기 연결성 정보 추정 단계는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화하는 분자 수명 평균 근사화 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, in the step of estimating the connectivity information, in order to estimate the life expectancy of the molecules, a molecule approximating the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ It may include a lifetime average approximation step.

일 실시 예에서, 상기 연결성 정보 추정 단계는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하는 평균 진입 정보 획득 단계를 더 포함하고, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보가 추정될 수 있다.In an embodiment, the step of estimating the connectivity information includes an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under a time constraint using the degradation parameter ζ. Further comprising the step of obtaining average entry information for acquiring information, and based on the information on the average entry degree, information on whether connectivity can be obtained by being transmitted to the receiving nano-device before the transmitted molecules are lost Can be estimated.

일 실시 예에서, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계 이후, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하는, 간섭 분자 도착 시간 추정 단계; 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하는 랜덤 거리 획득 단계; 및 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하는 공간 배치 랜덤성 추정 단계를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 평균 진입 정보 추정 단계에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.In an embodiment, after the molecular lifetime average approximation step, the interfering molecule arrival time estimation step of estimating the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint; A random distance obtaining step of obtaining a random distance from the receiving nano-devices for ℓ interfering nano-devices (IN) in order adjacent to the receiving nano-devices; And a spatial arrangement for estimating anomalous diffusion characteristics for ℓ interfering nanodevices IN in the order adjacent to the receiving nanodevices, and estimating spatial arrangement randomness of interfering molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics. It may further include a randomness estimation step. Meanwhile, in the step of estimating the average entry information, an average in-degree <n(Lω)> _ζ using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter _ζ Information about can be obtained.

일 실시 예에서, 상기 연결성 정보 전달 단계 이후, 상기 전달된 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자 수신 단계가 반복되고, 상기 분자 수신 단계에서, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성이 제어된 분자들을 상기 송신 나노기기로부터 수신하는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 전송 특성의 제어를 통해, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정되고, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)가 제어되고, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.In one embodiment, after the connection information transmission step, based on the transmitted connectivity information, the molecule reception step is repeated, and in the molecule reception step, molecules whose transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled are transmitted to the transmission nanometer. It is characterized by receiving from the device. On the other hand, through the control of the transmission characteristic, based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined. Determined, based on information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, information associated with the molecules The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) of are controlled, and the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보를 추정하는 나노 기기가 제공된다. 상기 나노 기기는, 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 전송하는 인터페이스부; 및 상기 매질 내에서 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 전송된 분자들의 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득하고, 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.A nano-device for estimating connectivity information in molecular communication according to another aspect of the present invention is provided. The nano-device may include an interface unit for transmitting molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel; And estimating the Life Expectancy of the molecules in the medium, acquiring connectivity information to the device through the reception of the transmitted molecules, and transmitting the molecules based on the connectivity information. And a control unit configured to control the characteristic.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화할 수 있다.In an embodiment, in order to estimate the life expectancy of the molecules, the controller may approximate the lifetime average of the molecules by using an exponential distribution having a degradation parameter ζ.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하고, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보를 획득할 수 있다.In an embodiment, the control unit obtains information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints using the degradation parameter ζ And, based on the information on the average degree of entry, before the transmitted molecules are lost, information about whether connectivity can be obtained may be obtained by being transferred to the receiving nano device.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하고, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다.In one embodiment, the control unit estimates the arrival time of the interfering molecules by an interfering nano-machine (IN) under the time constraint, and the arrival time of the estimated interfering molecules and the degradation parameter By using ζ, information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ can be obtained.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하고, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다.In an embodiment, the control unit, for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevice, obtains a random distance from the receiving nanodevice, and the estimated arrival time of the interfering molecules, the Information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ may be obtained by using a random distance and the degradation parameter ζ.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하고, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다.In an embodiment, the controller estimates an abnormal diffusion characteristic for ℓ interfering nanodevices IN in an order adjacent to the receiving nanodevice, and space of the interference molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristic. By estimating placement randomness, using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, the spatial placement randomness, and the degradation parameter ζ, an average in-degree <n(Lω) )> You can obtain information about _ζ .

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정하고, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)를 제어하고, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정할 수 있다.In an embodiment, the control unit determines the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ And, based on the information on the trajectory of the molecules or the information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the information related to the molecules is The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) may be controlled, and the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보를 제공하는 나노 기기가 제공된다. 상기 나노 기기는 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 수신하도록 구성된 인터페이스부; 및 상기 매질 내에서 상기 분자들 중 상기 수신 나노 기기로 도착된 분자들의 개수에 기반하여, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 분자들의 상기 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 추정하고, 상기 연결성 정보를 송신 나노 기기 또는 제어 나노 기기로 전달하도록 상기 인터페이스부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a nanodevice that provides connectivity information in molecular communication is provided. The nano-device may include an interface unit configured to receive molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel; And connection information of the molecules to the receiving device by estimating the life expectancy of the molecules based on the number of molecules arriving to the receiving nanodevice among the molecules in the medium. And a control unit configured to control the interface unit to estimate and transmit the connectivity information to a transmitting nano device or a control nano device.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하고, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보를 추정할 수 있다.In an embodiment, the control unit obtains information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints using the degradation parameter ζ And, based on the information on the average degree of entry, it is possible to estimate information on whether connectivity can be obtained by being transferred to the receiving nano device before the transmitted molecules are lost.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하고, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하고, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하고, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다.In one embodiment, the control unit estimates the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint, and in an order adjacent to the receiving nano-device, the control unit is ), obtain a random distance from the receiving nanodevice, estimate anomalous diffusion characteristic for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevice, and estimate the random distance and the abnormal diffusion characteristic Based on the spatial arrangement randomness of the interfering molecules, and using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, an average in-degree <n( Lω)> It is possible to obtain information about _ζ .

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 전달된 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성이 제어된 분자들을 상기 송신 나노기기로부터 수신하는 것을 특징으로 하고, 상기 전송 특성의 제어를 통해, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정되고, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)가 제어되고, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.In one embodiment, the control unit is characterized in that, based on the transmitted connectivity information, receiving molecules whose transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled from the transmitting nanodevice, through control of the transmission characteristics, Based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined, and the trajectory of the molecules The transmission rate of the information related to the molecules, the number of transport streams (N), based on the information about the information about the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness , And the modulation order (M-ary) is controlled, and the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 분자 통신 시스템을 위한 연결성 모델을 제공하여, 차세대 분자 나노 통신 시스템 설계 및 성능지표를 제공할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one embodiment of the present invention, by providing a connectivity model for a molecular communication system, there is an advantage of providing a next-generation molecular nano communication system design and performance index.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 이상 확산 분자 특성을 고려한 분자 통신 네트워크 연결성을 결정하는 방법을 제공하고 그 성능을 분석함으로써, 차세대 분자 나노 통신 시스템의 설계 및 성능지표로 활용될 것으로 전망된다.In addition, according to at least one embodiment of the present invention, it is expected to be utilized as a design and performance indicator of a next-generation molecular nano communication system by providing a method for determining the connectivity of a molecular communication network in consideration of the characteristics of anomalous diffusion molecules and analyzing its performance. do.

도 1은 본 발명에 따른 분자 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 서브 시스템 (또는 (분자 통신) 기기)의 상세 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 Poisson field를 갖는 1차원 나노 네트워크를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 정규 확산에 대하여 진입 정도와 부-확산(subdiffusion)을 나타낸다.
도 5는 λy = 10⁴, 10^4.5, and 10⁵인 경우 K = 10^-10 [m/s], λx = 106, ω = 3 × 10^-5[m]를 갖는 정규 확산(α = 2, β = 1) 및 부-확산(α = 2, β = 0.5)을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 제공방법의 흐름도를 나타낸다. 1 shows a molecular communication system according to the present invention.
2 shows a detailed configuration of a subsystem (or (molecular communication) device) according to the present invention.
3 shows a one-dimensional nano network having a Poisson field according to the present invention.
4 shows the degree of entry and subdiffusion for normal diffusion according to the present invention.
5 shows a normal diffusion (α = 2, with K = 10 ^-10 [m/s], λx = 106, ω = 3 × 10 ^-5 [m] in the case of λy = 10 ⁴ , 10 ^4.5 , and 10 ⁵ , β = 1) and sub-diffusion (α = 2, β = 0.5).
6 is a flowchart illustrating a method of obtaining connectivity information in molecular communication according to an aspect of the present invention.
7 is a flowchart of a method for providing connectivity information in molecular communication according to another aspect of the present invention.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in connection with the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. I will be able to. Since the present invention can apply various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term "and/or" includes a combination of a plurality of related stated items or any of a plurality of related stated items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Shouldn't.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffixes "module", "block", and "unit" for components used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of writing the specification, and do not themselves have a distinct meaning or role from each other. .

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. In the following description of the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 분자 통신 시스템을 도시한다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 분자 통신 시스템은 복수의 서브 시스템을 포함하고, 편의상 제1 서브 시스템(100), 제2 서브 시스템(200) 및 제3 서브 시스템(300)이 포함된 것으로 표현할 수 있다. 하지만, 상기 제1 내지 제3 서브 시스템(100 내지 300)에만 한정되는 것이 아니라, 임의의 개수의 서브 시스템 간에도 적용될 수 있다. 1 shows a molecular communication system according to the present invention. As shown in FIG. 1(a), the molecular communication system includes a plurality of subsystems, and for convenience, a first subsystem 100, a second subsystem 200, and a third subsystem 300 are included. It can be expressed as However, it is not limited to the first to third subsystems 100 to 300, but may be applied to any number of subsystems.

또한, 도 1(b)에 도시된 바와 같은, 분자 통신 시스템은 복수의 (분자 통신)기기를 포함하고, 편의상 제1 (분자 통신) 기기(100)와 제2 (분자 통신) 기기(200) 및 및 제3 (분자 통신) 기기(300)가 포함된 것으로 표현할 수 있다. 여기서, 제1 (분자 통신) 기기(100)와 제2 (분자 통신) 기기(200)는 송신 기기와 수신 기기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제2 (분자 통신) 기기(200)가 제1 (분자 통신) 기기(100)로 송신하는 경우, 제1 (분자 통신) 기기(100)와 제2 (분자 통신) 기기(200)는 각각 수신 기기와 송신 기기로 동작할 수 있다. 한편, 제3 (분자 통신) 기기(300)는 제1 및 제2 (분자 통신) 기기(200)를 제어하는 양자 기기일 수 있다.In addition, as shown in FIG. 1(b), the molecular communication system includes a plurality of (molecular communication) devices, and for convenience, the first (molecular communication) device 100 and the second (molecular communication) device 200 And and a third (molecular communication) device 300 may be included. Here, the first (molecular communication) device 100 and the second (molecular communication) device 200 may be a transmitting device and a receiving device, but are not limited thereto. At this time, when the second (molecular communication) device 200 transmits to the first (molecular communication) device 100, the first (molecular communication) device 100 and the second (molecular communication) device 200 are Each can operate as a receiving device and a transmitting device. Meanwhile, the third (molecular communication) device 300 may be a quantum device that controls the first and second (molecular communication) devices 200.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 서브 시스템 (또는 (분자 통신) 기기)의 상세 구성을 도시한다. 여기서, 제1 서브 시스템(100)과 제2 서브 시스템(200) 이외에 제3 서브 시스템(300)도 동일/유사하게 구성될 수 있다.Meanwhile, FIG. 2 shows a detailed configuration of a subsystem (or (molecular communication) device) according to the present invention. Here, in addition to the first and second subsystems 100 and 200, the third subsystem 300 may be configured in the same or similar manner.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 서브 시스템(100)은 (나노) 인터페이스부(110), (나노) 제어부(120) 및 메모리(130)를 포함한다. 또한, 제2 서브 시스템(200)은 (나노) 인터페이스부(210), (나노) 제어부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. 또한, 제3 서브 시스템(300)은 (나노) 인터페이스부(310), (나노) 제어부(320) 및 메모리(330)를 포함한다. 여기서, 인터페이스부(110, 210, 310)는 분자 통신 채널(molecular communication channel)을 이용하는 나노 인터페이스부일 수 있다. 또한, 인터페이스부(110, 210, 310)는 일반 채널(classical channel)을 이용하는 일반 인터페이스부를 포함할 수 있다. 한편, 메모리(130, 230, 330)는 분자 통신 정보를 저장하는 나노 메모리일 수 있다. 또한, 메모리(130, 230, 330)는 일반 정보를 제정하는 일반 메모리를 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the first subsystem 100 includes a (nano) interface unit 110, a (nano) control unit 120, and a memory 130. In addition, the second subsystem 200 includes a (nano) interface unit 210, a (nano) control unit 220 and a memory 230. In addition, the third subsystem 300 includes a (nano) interface unit 310, a (nano) control unit 320, and a memory 330. Here, the interface units 110, 210 and 310 may be nano interface units using a molecular communication channel. In addition, the interface units 110, 210 and 310 may include a general interface unit using a classic channel. Meanwhile, the memories 130, 230, and 330 may be nano memories that store molecular communication information. Also, the memories 130, 230, and 330 may include a general memory for establishing general information.

한편, 도 1(b)에 도시된 제1 내지 제3 (분자 통신) 기기(100 내지 300)의 경우에도, 도 2에 도시된 바와 같이 인터페이스부(110 내지 310), 제어부(120 내지 320) 및 메모리(130 내지 333)를 포함하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, in the case of the first to third (molecular communication) devices 100 to 300 shown in FIG. 1(b), the interface units 110 to 310 and the controllers 120 to 320 as shown in FIG. 2 And it may be configured to include the memories (130 to 333).

이하에서는 본 발명에 따른 분자 통신에서 연결성(Connectivity in Molecular Communication) 정보 획득 및 이를 이용하는 분자 통신 시스템에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 네트워크 및 시스템 모델에 대해 먼저 살펴보기로 한다.Hereinafter, a molecular communication system that acquires connectivity in molecular communication information and uses the same in molecular communication according to the present invention will be described. In this regard, we will first look at the network and system models.

네트워크 및 시스템 모델Network and system model

본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같은 1차원 나노 네트워크를 고려한다. 수신 나노머신(RN: receive nanomachine)은 결정론적으로(deterministically) 원점에 위치하는데 비하여, 송신 나노머신(TN: transmit nanomachine) 및 간섭 나모머신들(INs: interfering nanomachines)은 기준 시간에 라인 상에 랜덤하게 위치한다.In the present invention, a one-dimensional nanonetwork as shown in FIG. 3 is considered. The receive nanomachine (RN) is deterministically located at the origin, whereas the transmit nanomachine (TN) and interfering nanomachines (INs) are random on the line at the reference time. Is located

A. 공간 나노머신 분포(Spatial Nanomachine Distributions)A. Spatial Nanomachine Distributions

TNs 및 INs는 R의 독립적 포아송 지점 프로세스들(PPPs:Poisson point processes) Π(λx) and Π(λy) (또는 간략히 Πx 및 Πy)에 따라 산란(scatter)되는 것으로 가정된다. 여기서, λx 및 λy는 각각 TNs 및 INs의 공간 밀도이다. L(ω) ⊂ R (또는 간략히 Lω)는 R의 Borel 세트[-ω, ω]이다. 이후, λ의 공간 밀도를 이용하여, k 나노머신들이 Lω 상에 있을 확률, 즉 동종(homogeneous) PPP Π(λ)에 속할 확률은 Lω는 수학식 1로 표현된다.It is assumed that TNs and INs are scattered according to the independent Poisson point processes (PPPs) Π(λx) and Π(λy) (or simply Πx and Πy) of R. Here, λx and λy are the spatial densities of TNs and INs, respectively. L(ω) ⊂ R (or Lω for short) is the Borel set of R[-ω, ω]. Thereafter, using the spatial density of λ, the probability that k nanomachines are on Lω, that is, the probability that they belong to the homogeneous PPP Π(λ), is expressed by Equation 1.

B. 이상 확산(Anomalous Diffusion) B. Anomalous Diffusion

본 발명에서는 나노머신들로부터 방사된 분자들이 확산에 의해 매질로 전파된다고 가정한다. 여기서, 각 분자의 이동(movements)은 독립 항등 분포( independent and identically distributed)된다. 특히, 본 발명에서는 수학식 2의 대칭 시공간 편미분 확산 방정식(symmetric space-time fractional derivative diffusion equation)에 기반한 1차원 (α, β)-이상 확산을 고려한다.In the present invention, it is assumed that molecules emitted from nanomachines propagate into the medium by diffusion. Here, the movements of each molecule are independent and identically distributed. In particular, in the present invention, one-dimensional (α, β)-more diffusion based on the symmetric space-time fractional derivative diffusion equation of Equation 2 is considered.

여기서, K는 매질의 확산 계수이고, 0 < α ≤2 및 0 < β ≤ 1는 각각 점프 길이 및 대기 시간의 수렴과 관련된다. 또한, ω(x, t)는 주어진 시간 t에서 분자 위치 x의 확률 밀도를 나타낸다. 본 발명에서는 ω(x, t)가 t > 0에 대해 ω(±∞, t)의 경계 조건을 만족하고, 초기 조건 ω(x, 0) = δ(0)에 따라 분자들이 경계에서 흡수되는 양성 확률(positive probability)을 보장하는 것을 고려한다.Here, K is the diffusion coefficient of the medium, and 0 <α ≤ 2 and 0 <β ≤ 1 are related to the convergence of the jump length and the waiting time, respectively. Also, ω(x, t) represents the probability density of the molecular position x at a given time t. In the present invention, ω(x, t) satisfies the boundary condition of ω(±∞, t) for t> 0, and molecules are absorbed at the boundary according to the initial condition ω(x, 0) = δ(0). Consider ensuring a positive probability.

C. 최초 경과 시간(First Passage Time)C. First Passage Time

본 발명에서는 분자의 도착 시간을 완벽히 측정할 수 있는 흡수 유형의 RN을 고려한다. 최초로 RN에 도달하는 분자로 정의되는 최초 경과 시간(FPT: First Passage Time)을 t라고 하자. x = ±∞, 0 및 x = 0에서 흡수 경계를 이용하여, (α, β)-이상 확산으로 x에 위치한 TN으로부터 방사된 분자의 FPT는 수학식 3과 같은 H--확률변수(variate)이다.In the present invention, we consider an absorption type RN that can perfectly measure the arrival time of a molecule. Let t be the First Passage Time (FPT) defined as the numerator that first reaches RN. Using the absorption boundary at x = ±∞, 0 and x = 0, the FPT of the molecule radiated from the TN located at x with (α, β)-over diffusion is H-variate as shown in Equation 3 to be.

여기서, P |·>는 스케일링 연산자를 나타내고, 파라미터 시퀀스 P x는 수학식 4로 표현된다.Here, P |·> denotes a scaling operator, and the parameter sequence P x is expressed by Equation 4.

t _* - 연결성 분석(CONNECTIVITY ANALYSIS) t _* -CONNECTIVITY ANALYSIS

나노머신은 매질 내에서 이동 (또는 확산)하기 때문에, 기준 시간에서 TNs (또한 INs)의 공간 위치는 확률적으로(stochastically) 모델링될 수 있다. 본 발명에서는 나노 네트워크에서 TNs의 공간 랜덤특성을 포착(capture)하여, 연결된 링크의 편리한 수학적 표현이 설정될 수 있는 t_*- 연결성 그래프를 도입하기로 한다.Since nanomachines move (or diffuse) within the medium, the spatial location of TNs (also INs) at reference time can be modeled stochastically. In the present invention, by capturing the spatial random characteristics of TNs in a nanonetwork, a t _* -connectivity graph is introduced in which a convenient mathematical expression of the connected link can be set.

Definition 1 (Lω에 관한 t_*-연결성 그래프): TNs의 공간 분포에서 Lω에 관한 t_*- 연결성 그래프는 정점(vertex) set Πx 및 에지 세트를 갖는 지향성 랜덤 그래프 G(Lω) = {Πx, φ}로 정의된다.Definition 1 A connectivity graph vertices (vertex) set Πx and directional random graph having an edge set G (Lω) = {Πx, φ} - about Lω the spatial distribution of the TNs t _{_*:} - (t _* on the Lω connectivity graph) Is defined.

여기서, t_x는 Lω 상에서 x ∈ P의 TN에서 방사하는 분자의 최초 도달 시간이다.Where t _x is the initial arrival time of a molecule radiating from TN of x ∈ P on Lω.

A. t*-진입 정도의 연결성(In-Degree of t*-Connectivity)A. In-Degree of t*-Connectivity

Definition 2 (t*-진입 정도의 연결성): n (Lω|t*)으로 표시되는, 지향 그래프 G(Lω)에서 RN의 진입 정도는 F의 에지 세트의 농도(cardinality)로 정의되거나 또는 등가적으로 수학식 6으로 표현된다.Definition 2 (t*-connectivity of the degree of entry): The degree of entry of RN in the directional graph G(Lω), denoted by n (Lω|t*), is defined as the cardinality of the edge set of F or is equivalent It is represented by Equation 6.

여기서,

는 함수의 지시자이다.here,

Is a function indicator.

Remark 1: 그래프의 진입을 통해 얼마나 많은 TNs가 랜덤 시간 t* 내에 분자들을 통해 RN으로 연결될 수 있는지를 설명할 수 있다. 예를 들어, TN으로부터 방사된 분자들의 도착 개수가 송신 신호들의 검출 및 디코딩을 위한 자원으로 이용될 수 있다. 또한, 이는 RN에 도착하는 간섭 분자들의 개수를 측정하여 동일-채널 간섭 회피(co-channel interference avoidance) 기법을 위해 또한 사용될 수 있다.Remark 1: Through the entry of the graph, it is possible to explain how many TNs can be linked to the RN through molecules within the random time t*. For example, the arrival number of molecules radiated from the TN may be used as a resource for detection and decoding of transmission signals. In addition, it can also be used for a co-channel interference avoidance technique by measuring the number of interfering molecules arriving at the RN.

t*-연결성이 랜덤 그래프로 정의되기 때문에, RN의 진입은 랜덤 변수이다. 결정(deterministic) 시간 t를 갖는 (프로세스 Px에 관한 조건부로) TNs의 랜덤 필드의 스냅샷에 대하여, n (Lω|t* = t)의 진입은 Poisson binomial 랜덤 변수임을 주목할 필요가 있다. 본 발명에서는 분자의 이상 확산(anomalous diffusion)에 의해 유도되는 랜덤 FPT 및 공간 랜덤성을 통한 평균화의 관점에서 TNs의 Poisson field의 t*-연결성의 진입의 폐루프-형태 표현을 제공하고자 한다. 여기서, 랜덤 변수 t*는 H-변수(variate)로 모델링되어, 즉 일반적 해석 프레임워크를 위해 t* ∼

이다.Since t*-connectivity is defined as a random graph, the entry of RN is a random variable. For a snapshot of the random field of TNs (conditionally with respect to process Px) with a deterministic time t, it is worth noting that the entry of n (Lω|t* = t) is a Poisson binomial random variable. The present invention aims to provide a closed loop-type representation of the entry of t*-connectivity of the Poisson field of TNs in terms of averaging through random FPT and spatial randomness induced by anomalous diffusion of molecules. Here, the random variable t* is modeled as an H-variate, that is, t* ∼

to be.

Theorem 1 (Poisson Field의 TNs의 진입 정도) t* ∼

이다. 이후, Poisson field Πx(λx)의 TNs의 <n(Lω)>로 표시되는, (α,β)-이상 확산으로 RN으로의 평균 진입 정도는 수학식 7로 주어진다.Theorem 1 (degree of entry of TNs in Poisson Field) t* ∼

to be. Thereafter, the average degree of entry into the RN due to the (α,β)-more diffusion, represented by <n(Lω)> of the TNs of the Poisson field Πx(λx) is given by Equation 7.

여기서, 파리미터 시퀀스

은 수학식 8과 수학식 9로 주어진다.Here, the parameter sequence

Is given by Equations 8 and 9.

Proof: 총 평균(total expectation)의 법칙을 이용하면, 수학식 10으로 표현된다. Proof: Using the law of total expectation, it is expressed by Equation 10.

여기서, (a)는 Campbell 이론을 따른다; (b)는 H-함수의 누적 분포 함수(umulative distribution function)로부터 획득되고, 여기서

는 수학식 11로 주어진다.Here, (a) follows Campbell's theory; (b) is obtained from the cumulative distribution function of the H-function, where

Is given by Equation 11.

또한, (c)는 H-함수의 오일러 변환을 이용하여 수학식 12로 표현된다.In addition, (c) is expressed by Equation 12 using the Euler transform of the H-function.

여기서,

는 두 개의 파라미터 시퀀스에 관한 컨볼루션 연산을 나타내고,

는 수학식 13으로 표현된다.here,

Denotes a convolution operation on two parameter sequences,

Is expressed by Equation 13.

t* ∼

에 대하여, 진입 정도 <n (Lω)>는 수학식 14와 같은 H-변환의 측면에서 획득된다.t* ∼

With respect to, the degree of entry <n (Lω)> is obtained in terms of the H-transform as shown in Equation 14.

여기서, <·, ·,

,

^- ¹는 기본(elementary) 및 인버스 연산을 각각 나타낸다. Mellin 연산을 이용하여, 원하는 결과에 도달할 수 있다.Where <·, ·,

,

^¹ illustrates a basic (elementary) and inverse operations, respectively. Using the Mellin operation, the desired result can be reached.

Remark 2 (한계 케이스의 진입 정도): 평균 진입 정도 <(Lω)>는 TNs의 공간 밀도 λx에 비례한다. t*→ ∞에 따라, RN의 진입 정도는 수학식 15와 같이 근접한다.Remark 2 (the degree of entry of the limit case): The average degree of entry <(Lω)> is proportional to the spatial density λx of TNs. Depending on t*→∞, the degree of entry of RN approaches as shown in Equation 15.

이는 Lω에 관한 모든 TNs가 긴 대기 시간으로 RN에 연결될 수 있다는 보여준다. i번째 랜덤 시간 제약 t* ∼

을 갖는 무한 영역 L1에서, 수학식 16으로 표현된다.This shows that all TNs on Lω can be connected to RN with long latency. i-th random time constraint t* ∼

In the infinite region L1 having, is expressed by Equation 16.

이는 분자들이 시간-부분 확산 법칙 (α = 2)에 의해 지배되는 경우 <n (Lω)>이 유한한 값으로 포화됨을 보여주는 반면에, <n (Lω)>는 ω로 스케일링 되고 다른 확산 시나리오에 대해 무한대로 발산 (α≠ 2)하게 된다.This shows that <n (Lω)> is saturated to a finite value when the molecules are governed by the time-part diffusion law (α = 2), while <n (Lω)> is scaled to ω and can be used in different diffusion scenarios. It diverges to infinity (α≠ 2).

Lω에서 임의의 TN이 RN에 연결될 수 없거나 또는 에지 세트 F가 공백 상태(empty)이면, 그래프 G(Lω) = {Πx,F}에서 RN의 in-isolation 확률이 발생하게 된다. In Lω, if any TN cannot be connected to RN or the edge set F is empty, the in-isolation probability of RN occurs in graph G(Lω) = {Πx,F}.

Theorem 2 (Poisson Field의 TNs의 In-Isolation 확률): Poisson field Πx(λx)의 TNs에서, P(Lω)에 의해 표시되는 (α,β)-이상 확산으로 t*-연결성의 in-isolation 확률은 수학식 17로 표현된다.Theorem 2 (In-Isolation Probability of TNs in Poisson Field): In the TNs of the Poisson field Πx(λx), the in-isolation probability of t*-connectivity with (α,β)-over diffusion represented by P(Lω) is expressed by Equation 17.

Proof: 정의에 의해, 주어진 t*에 대해, 수학식 18로 표현될 수 있다.Proof: By definition, for a given t*, it can be expressed by Equation 18.

마지막 등식은 PPP의 함수를 생성하는 확률을 따른다. 이후, H-함수의 오일러 변환을 다시 사용하여, H-변환의 측면에서 원하는 결과인 수학식 17에 도달할 수 있다.The final equation follows the probability of generating a function of PPP. Thereafter, the Euler transform of the H-function is used again, and Equation 17, which is a desired result in terms of the H-transform, can be reached.

랜덤 시간 제약 t*Random time constraint t*

랜덤 시간 제약 t*는 TNs의 연결성 제약을 설명한다. 본 발명에서는, t*의 통계 선택으로 RN의 연결성에 관하여 살펴보기로 한다.The random time constraint t* describes the connectivity constraint of TNs. In the present invention, the connectivity of the RN will be described with the statistical selection of t*.

A. 분자들의 수명 평균(Life Expectancy of Molecules)A. Life Expectancy of Molecules

분자들은 매질 내에서 수명 평균을 갖고, 여기서 분자들은 짧은 시간 이후 즉시 소실(dissipate)된다. 이러한 수명 평균은 분자 통신의 맥락에서 지수 분포(exponential distribution)로 종종 모델링된다. 연결성에서 수명 평균의 효과를 연결시키기 위해, 본 발명에서는

을 고려한다. 여기서, ζ > 0은 열화(degradation) 파라미터이다. 이 경우, 진입 정도를 통해 얼마나 많은 TNs가 스스로 소실되기 전에 분자를 통해 RN으로 연결될 수 있는지를 설명할 수 있다. 시간 제약 하에서 TNs에서 Poisson field Πx(λx)로 RN으로의 평균 진입 정도 <n(Lω)>_ζ는 수학식 19로 표현된다. Molecules have a lifetime average in the medium, where the molecules dissipate immediately after a short time. This lifetime average is often modeled as an exponential distribution in the context of molecular communication. To link the effect of life average on connectivity, in the present invention

Consider. Here, ζ> 0 is a degradation parameter. In this case, the degree of entry can explain how many TNs can be linked to the RN through the molecule before they lose themselves. Under the time constraint, the average degree of entry <n(Lω)> _ζ from TNs to the RN from the Poisson field Πx(λx) is expressed by Equation 19.

여기서,

는 수학식 20으로 표현된다. α= 2에 대해, 수학식 21이 획득된다.here,

Is expressed by Equation 20. For α=2, equation 21 is obtained.

도 4는 본 발명에 따른 정규 확산에 대하여 진입 정도와 부-확산(subdiffusion)을 나타낸다. 보다 상세하게, 도 4는 K = 10^-10 [m/s] 및 λx = 10⁶이고, (a) ω = 3 × 10^-5 [m]; 및 (b) ζ = 0.5 및 ζ = 1.5, 정규 확산 (α = 2, β = 1)에 대한 진입 정도 <n(Lω)>_ζ와 부-확산(α = 2, β = 0.5)을 나타낸다.4 shows the degree of entry and subdiffusion for normal diffusion according to the present invention. In more detail, FIG. 4 shows K = 10 ^-10 [m/s] and λx = 10 ⁶ , (a) ω = 3 × 10 ^-5 [m]; And (b) ζ = 0.5 and ζ = 1.5, the degree of entry to normal diffusion (α = 2, β = 1) <n(Lω)> _ζ and sub-diffusion (α = 2, β = 0.5).

도 4(a)에서, 예상대로 <n(Lω)>_ζ는 열화 파라미터 (짧은 시간 제약)로 감소한다. 분자들의 부-확산은 ζ < 1에 대해 진입정도의 연결성의 급결한 열화를 가져오는 반면에, ζ > 1에 대해 TNs 및 RN 간의 더 많은 연결이 이루어질 수 있다.In Fig. 4(a), as expected, <n(Lω)> _ζ decreases with a deterioration parameter (short time constraint). The sub-diffusion of the molecules leads to a rapid deterioration of the connectivity of the degree of entry for ζ <1, whereas for ζ> 1 more connections between TNs and RN can be made.

이는 부-확산하는 분자들이 분자들의 정규 확산에 비해 더 긴 시간 범위에서 천천히 외부로 확산 (spread out)된다는 사실에 기인한다. 도 4(b)에서, ω가 증가함에 따라, <n(Lω)>_ζ는 수학식 21로 주어진 한계에 도달할 때까지 단조적으로 증가한다.This is due to the fact that the sub-diffused molecules slowly spread out over a longer time range compared to the normal diffusion of the molecules. In Fig. 4(b), as ω increases, <n(Lω)> _ζ monotonically increases until the limit given by Equation 21 is reached.

B. Poisson Field의 INsB. INs of Poisson Field

본 발명에서는 Poisson field Πy (λy)의 INs를 고려한다. 이후, |yℓ|에 의해 표시되는, ℓ번째 인접한 IN 및 RN 간의 랜덤 거리는 수학식 22로 표현된다.In the present invention, the INs of the Poisson field Πy (λy) are considered. Thereafter, the random distance between the l-th adjacent IN and RN represented by |yℓ| is expressed by Equation 22.

|yℓ|은 위험 비율(hazard rate) 2λy를 갖는 ℓ번째 차수 Erlang 분포이고, FPT t*,ℓ은 수학식 23을 이용하여 획득될 수 있다.|yℓ| is a ℓ-th order Erlang distribution having a hazard rate of 2λy, and FPT t*,ℓ can be obtained using Equation 23.

간섭 분자들은 TNs 및 RN 간의 신뢰성 있는 연결에 영향을 미친다. 에러 비율의 주요한 성능 열화는 간섭 분자들에 의해 유발될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 랜덤 시간 제약으로 간섭 분자들의 랜덤 도착 시간을 고려한다. 특히, 시간 제약 t*,ℓ의 이용을 통해 TNs 및 RN 간의 신뢰성 있는 연결이 간섭 분자들의 이상 확산뿐만 아니라, ℓ번째 인접한 IN의 공간 랜덤성에 따라 어떻게 변화하는지를 보일 수 있다. 이러한 Poisson field Πy (λy)의 INs의 존재하에서, 시간 제약 t*,ℓ을 갖는 Poisson field Πx (λx)의 TNs의 (α,β)-이상 확산으로 평균 진입정도 <(Lω)>ℓ는 수학식 24로 표현된다.Interfering molecules influence the reliable connection between TNs and RN. The major performance degradation of the error rate can be caused by interfering molecules. Accordingly, in the present invention, random arrival times of interfering molecules are considered as a random time constraint. In particular, it can be seen how the reliable connection between the TNs and the RN changes according to the spatial randomness of the ℓ-th adjacent IN as well as the abnormal diffusion of the interfering molecules through the use of the time constraint t*, ℓ. In the presence of INs of such a Poisson field Πy (λy), the average degree of entry <(Lω)>ℓ is a mathematical formula for the spread of TNs of the Poisson field Πx (λx) with time constraints t*,ℓ over (α,β) It is expressed by Equation 24.

여기서,

은 수학식 25로 표현될 수 있다.here,

Can be expressed by Equation 25.

도 5는 λy = 10⁴, 10^4.5, and 10⁵인 경우 K = 10^-10 [m/s], λx = 106, ω = 3 × 10^-5[m]를 갖는 정규 확산(α = 2, β = 1) 및 부-확산(α = 2, β = 0.5)을 나타낸다. 네트워크 내의 고밀도의 INs가 TNs 및 RN 간의 연결의 개수를 열화 시킴은 분명하다. 다른 확산 시나리오가 이러한 예시의 연결성에 큰 영향을 끼치지 않는 반면에, 부-확산 시나리오는 도 4에서 관측되는 바와 같이 가장 인접한 IN에 의해 결정되는 제약하에서 약간 영향을 미친다.5 shows a normal diffusion (α = 2, with K = 10 ^-10 [m/s], λx = 106, ω = 3 × 10 ^-5 [m] in the case of λy = 10 ⁴ , 10 ^4.5 , and 10 ⁵ , β = 1) and sub-diffusion (α = 2, β = 0.5). It is clear that the high density of INs in the network degrades the number of connections between TNs and RNs. While the other spreading scenarios do not have a significant impact on the connectivity of this example, the sub-spreading scenario has a slight impact under the constraints determined by the nearest IN as observed in FIG. 4.

이상에서는 전술한 내용을 바탕으로 본 발명에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법과 이를 이용하여 분자 통신에서 연결성 정보를 추정하는 나노 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 6은 본 발명의 일 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법의 흐름도를 나타낸다. In the above, a description will be given of a method for obtaining connectivity information in molecular communication according to the present invention and a nanodevice for estimating connectivity information in molecular communication by using the method according to the present invention. In this regard, FIG. 6 shows a flowchart of a method of obtaining connectivity information in molecular communication according to an aspect of the present invention.

한편, 상기 방법은 분자 통신 시스템(molecular communication system)을 구성하는 나노 기기에 의해 수행될 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2를 참조하면, 송신 나노 기기에 해당하는 제1 분자 통신 기기(100)에 의해 수행될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 수신 나노 기기인 제2 분자 통신 기기(200)가 역방향 링크를 통해 분자를 전송하는 경우, 제2 분자 통신 기기(200)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 제어 나노 기기인 제3 분자 통신 기기(300)에 의해 수행될 수 있다.Meanwhile, the method may be performed by a nano device constituting a molecular communication system. In this case, referring to FIGS. 1 and 2, although it may be performed by the first molecular communication device 100 corresponding to the transmitting nano device, it is not limited thereto. Accordingly, when the second molecular communication device 200, which is a receiving nano device, transmits molecules through the reverse link, it may be performed by the second molecular communication device 200. In addition, it may be performed by the third molecular communication device 300, which is a control nano device.

도 6을 참조하면, 상기 연결성 정보 획득 방법은 분자 전송 단계(S110), 연결성 정보 획득 단계(S120), 분자 전송 특성 제어 단계(S130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the method of obtaining connectivity information may include a molecule transmission step (S110), a connectivity information acquisition step (S120), and a molecule transmission characteristic control step (S130).

분자 전송 단계(S110)에서, 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 전송한다. 한편, 연결성 정보 획득 단계(S120)에서, 상기 매질 내에서 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 전송된 분자들의 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라, 분자 전송 특성 제어 단계(S130)에서, 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어할 수 있다. In the molecule transmission step S110, molecules, which are information carriers, are transmitted through a medium that is a molecular communication channel. Meanwhile, in the step of obtaining connectivity information (S120), by estimating a life expectancy of the molecules in the medium, connectivity information of the transmitted molecules to a device may be obtained. Accordingly, in the molecule transmission characteristic control step (S130), the transmission characteristic for transmitting the molecules may be controlled based on the connectivity information.

한편, 상기 연결성 정보 획득 단계(120)는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화하는 분자 수명 평균 근사화 단계(S121)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연결성 정보 획득 단계(120)는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하는 평균 진입 정보 획득 단계(S125)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보가 획득될 수 있다.Meanwhile, in the obtaining step 120 of the connectivity information, in order to estimate the life expectancy of the molecules, a molecule approximating the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ It may include a life average approximation step (S121). In addition, in the step of obtaining connectivity information 120, an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints is performed using the degradation parameter ζ. It may further include the step of obtaining average entry information (S125) of obtaining information. Accordingly, based on the information on the average degree of entry, information on whether or not connectivity can be obtained by transferring the transmitted molecules to the receiving nanodevice before being lost may be obtained.

한편, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계(S121) 이후, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하는, 간섭 분자 도착 시간 추정 단계(S122)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 평균 진입 정보 획득 단계(S125)에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.On the other hand, after the molecular lifetime average approximation step (S121), the interfering molecule arrival time estimation step (S122) of estimating the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint is further performed. Can include. Accordingly, in the step of obtaining the average entry information (S125), an average in-degree <n(Lω)> _ζ by using the estimated arrival time of the interfering molecules and the degradation parameter _ζ Information about can be obtained.

한편, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계(S121) 이후, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하는 랜덤 거리 획득 단계(S123)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 평균 진입 정보 획득 단계(S125)에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.Meanwhile, after the molecular lifetime average approximation step (S121), a random distance obtaining step (S123) of acquiring a random distance from the receiving nanodevices for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevices (S123) It may further include. Accordingly, in the step of obtaining the average entry information (S125), using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, an average in-degree <n( Information about Lω)> _ζ can be obtained.

한편, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계(S121) 이후, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하는 공간 배치 랜덤성 추정 단계(S124)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 평균 진입 정보 획득 단계(S125)에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.Meanwhile, after the molecular lifetime average approximation step (S121), anomaly diffusion characteristics are estimated for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevices, and based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics A spatial arrangement randomness estimation step (S124) of estimating the spatial arrangement randomness of the interfering molecules may be further included. Accordingly, in the step of obtaining the average entry information (S125), the average entry degree (average in) is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, the spatial arrangement randomness, and the degradation parameter ζ. Information about -degree) <n(Lω)> _ζ may be obtained.

한편, 상기 분자 전송 특성 제어 단계(S130)에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정할 수 있다. 또한, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.Meanwhile, in the molecular transmission characteristic control step (S130), based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order of the molecules (M- ary) can be determined. In addition, based on the information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the information related to the molecules is The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) can be controlled. In this case, the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of receiving nanomachines.

한편, 도 7은 본 발명의 다른 양상에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 제공방법의 흐름도를 나타낸다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 방법은 수신 나노 기기인 제2 분자통신 기기(200)에 의해 수행될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 송신 나노 기기인 제1 분자 통신 기기(100)가 역방향 링크 상에서 분자를 수신하는 경우, 제1 분자 통신 기기(100)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 제어 나노 기기인 제3 분자 통신 기기(300)에 의해서도 수행될 수 있다. Meanwhile, FIG. 7 is a flowchart of a method for providing connectivity information in molecular communication according to another aspect of the present invention. 1 and 2, the method may be performed by the second molecular communication device 200, which is a receiving nano device, but is not limited thereto. When the first molecular communication device 100, which is a transmitting nano device, receives a molecule on the reverse link, it may be performed by the first molecular communication device 100. In addition, it may be performed by the third molecular communication device 300, which is a control nano device.

도 7을 참조하면, 상기 연결성 정보 제공방법은, 분자 수신 단계(S210), 연결성 정보 추정 단계(S220) 및 연결성 정보 전달 단계(S230)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the method of providing connectivity information includes a molecule receiving step (S210), a connectivity information estimation step (S220), and a connectivity information transfer step (S230).

분자 수신 단계(S210)에서, 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 수신한다. 한편, 연결성 정보 추정 단계(S220)에서, 상기 매질 내에서 상기 분자들 중 상기 수신 나노 기기로 도착된 분자들의 개수에 기반하여, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 분자들의 상기 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 추정한다. 또한, 연결성 정보 전달 단계(S230)에서, 상기 연결성 정보를 송신 나노 기기 또는 제어 나노 기기로 전달할 수 있다.In the molecule receiving step S210, molecules that are information carriers are received through a medium that is a molecular communication channel. Meanwhile, in the connectivity information estimating step (S220), based on the number of molecules arriving to the receiving nanodevice among the molecules in the medium, a Life Expectancy of the molecules is estimated, and the Estimate the connectivity information to the device as received. In addition, in the connectivity information transfer step (S230), the connectivity information may be transferred to a transmitting nano device or a controlling nano device.

구체적으로, 연결성 정보 추정 단계(S220)는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화하는 분자 수명 평균 근사화 단계(S221)를 포함한다. Specifically, the connectivity information estimating step (S220) is a molecule that approximates the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ to estimate the life expectancy of the molecules. It includes a life average approximation step (S221).

또한, 상기 연결성 정보 추정 단계(S220)는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득하는 평균 진입 정보 획득 단계(S225)를 더 포함한다. 이때, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보가 추정될 수 있다.In addition, the connectivity information estimating step (S220) relates to an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under a time constraint by using the degradation parameter ζ. It further includes an average entry information acquisition step (S225) of obtaining information. In this case, based on the information on the average degree of entry, information on whether the transmitted molecules can be transferred to the receiving nano device to obtain connectivity may be estimated before being lost.

또한, 상기 분자 수명 평균 근사화 단계(S221) 이후, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정하는, 간섭 분자 도착 시간 추정 단계(S222)가 수행될 수 있다. 또한, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득하는 랜덤 거리 획득 단계(S223)가 더 수행될 수 있다. 또한, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정하는 공간 배치 랜덤성 추정 단계(S224)가 더 수행될 수 있다. In addition, after the molecular lifetime average approximation step (S221), the interfering molecule arrival time estimation step (S222) is performed to estimate the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint. Can be. In addition, a random distance obtaining step (S223) of obtaining a random distance from the receiving nanodevices may be further performed with respect to the ℓ interfering nanodevices IN in the order adjacent to the receiving nanodevices. In addition, a space for estimating anomalous diffusion characteristics for ℓ interfering nanodevices IN in the order adjacent to the receiving nanodevices, and estimating spatial arrangement randomness of interfering molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics. The arrangement randomness estimation step (S224) may be further performed.

이에 따라, 상기 평균 진입 정보 추정 단계(S225)에서, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보가 획득될 수 있다.Accordingly, in the average entry information estimating step (S225), using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, an average in-degree <n( Information about Lω)> _ζ can be obtained.

한편, 상기 연결성 정보 전달 단계(S230) 이후, 상기 전달된 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자 수신 단계(S210)가 반복될 수 있다. 이때, 상기 분자 수신 단계(S210)에서, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성이 제어된 분자들을 상기 송신 나노기기로부터 수신할 수 있다.Meanwhile, after the connectivity information transmitting step S230, the molecule receiving step S210 may be repeated based on the transmitted connectivity information. In this case, in the molecule receiving step S210, molecules whose transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled may be received from the transmitting nanodevice.

한편, 상기 전송 특성의 제어를 통해, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정된다. 또한, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)가 제어된다. 여기서, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.On the other hand, through the control of the transmission characteristic, based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined. Is determined. In addition, based on the information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the information related to the molecules is The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) are controlled. Here, the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

이상에서는 본 발명에 따른 분자 통신에서 연결성 정보 획득 및 추정 방법에 대해 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 분자 통신에서 연결성 정보를 획득 (추정)하는 나노 기기 및 연결성 정보를 제공하는 나노 기기에 대해 살펴보기로 한다.In the above, a method of obtaining and estimating connectivity information in molecular communication according to the present invention has been described. Hereinafter, a nanodevice that acquires (estimates) connectivity information and a nanodevice that provides connectivity information in molecular communication according to another aspect of the present invention will be described.

이와 관련하여, 도 1 및 도 2를 참조하면, 분자 통신에서 연결성 정보를 추정하는 나노 기기(100 내지 300)가 제공된다. 상기 나노 기기(100 내지 300)와 관련하여, 편의상 송신 나노 기기인 제1 분자통신 기기(100)의 관점에서 설명하기로 한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 나노 기기는 제2 또는 제3 분자통신 기기(200, 300)일 수 있다.In this regard, referring to FIGS. 1 and 2, nanodevices 100 to 300 for estimating connectivity information in molecular communication are provided. Regarding the nanodevices 100 to 300, for convenience, a description will be made in terms of the first molecular communication device 100 that is a transmitting nanodevice. However, the present invention is not limited thereto, and the nanodevice may be a second or third molecular communication device 200 or 300.

상기 나노 기기(100)는 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 전송하는 인터페이스부(110)를 구비한다. 또한, 상기 나노 기기(100)는 상기 매질 내에서 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 전송된 분자들의 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득하고, 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어하도록 구성된 제어부(120)를 포함한다.The nanodevice 100 includes an interface unit 110 that transmits molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel. In addition, the nanodevice 100 estimates the life expectancy of the molecules in the medium, obtains connectivity information to the device through the reception of the transmitted molecules, and based on the connectivity information Thus, it includes a control unit 120 configured to control a transmission characteristic for transmitting the molecules.

상기 제어부(120)는 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화할 수 있다.In order to estimate the life expectancy of the molecules, the controller 120 may approximate the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ.

또한, 상기 제어부(120)는 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보를 획득할 수 있다. In addition, the controller 120 uses the degradation parameter ζ to obtain information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints. I can. Also, based on the information on the average degree of entry, information on whether or not connectivity can be obtained by transferring the transmitted molecules to the receiving nanodevice before being lost may be obtained.

또한, 상기 제어부(120)는 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다. In addition, the control unit 120 may estimate the arrival time of interfering molecules by an interfering nano-machine (IN) under the time constraint. In addition, the control unit 120 may obtain information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ by using the estimated arrival time of the interfering molecules and the degradation parameter ζ. I can.

또한, 상기 제어부(120)는 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다. In addition, the control unit 120 may obtain a random distance from the receiving nano-devices for the ℓ interfering nano-devices IN in an order adjacent to the receiving nano-devices. In addition, the control unit 120 uses the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, with respect to an average in-degree <n(Lω)> _ζ . Information can be obtained.

또한, 상기 제어부(120)는 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다. In addition, the control unit 120 estimates anomalous diffusion characteristics for ℓ interfering nanodevices IN in the order adjacent to the receiving nanodevices, and spatial arrangement of the interference molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics. Randomness can be estimated. In addition, the control unit 120 uses the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, the spatial arrangement randomness, and the degradation parameter ζ, and the average in-degree <n( Lω)> It is possible to obtain information about _ζ .

또한, 상기 제어부(120)는 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정할 수 있다. 또한, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.In addition, the control unit 120 may determine the energy amplitude level and modulation order (M-ary) of the molecules based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ. have. In addition, based on the information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the information related to the molecules is The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) can be controlled. Here, the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분자 통신에서 연결성 정보를 제공하는 나노 기기에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 1 및 도 2를 참조하면, 분자 통신에서 연결성 정보를 제공하는 나노 기기(100 내지 300)가 제공된다. 상기 나노 기기(100 내지 300)와 관련하여, 편의상 수신 나노 기기인 제2 분자통신 기기(200)의 관점에서 설명하기로 한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 나노 기기는 제1 또는 제3 분자통신 기기(100, 300)일 수 있다.Meanwhile, a nanodevice that provides connectivity information in molecular communication according to another embodiment of the present invention will be described as follows. In this regard, referring to FIGS. 1 and 2, nanodevices 100 to 300 that provide connectivity information in molecular communication are provided. Regarding the nano-devices 100 to 300, the description will be made in terms of the second molecular communication device 200 that is a receiving nano-device for convenience. However, the present invention is not limited thereto, and the nanodevice may be a first or third molecular communication device 100 or 300.

상기 나노 기기(200)는 분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 수신하도록 구성된 인터페이스부(210)를 구비한다. 또한, 상기 나노 기기(200)는 상기 매질 내에서 상기 분자들 중 상기 수신 나노 기기로 도착된 분자들의 개수에 기반하여, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 분자들의 상기 수신 나로 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 추정하고, 상기 연결성 정보를 송신 나노 기기 또는 제어 나노 기기로 전달하도록 상기 인터페이스부(210)를 제어하도록 구성된 제어부(220)를 포함한다.The nanodevice 200 includes an interface unit 210 configured to receive molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel. In addition, the nano-device 200 estimates a life expectancy of the molecules based on the number of molecules arriving to the receiving nano-device among the molecules in the medium, and And a control unit 220 configured to control the interface unit 210 to estimate connectivity information to a device and transmit the connectivity information to a transmitting nano device or a control nano device.

상기 제어부(220)는, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하기 위해, 열화(degradation) 파라미터 ζ를 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 상기 분자들의 수명 평균을 근사화할 수 있다.In order to estimate the life expectancy of the molecules, the control unit 220 may approximate the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ.

또한, 상기 제어부(220)는, 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 시간 제약하에서 상기 수신 나노 기기로의 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 평균 진입 정도에 관한 정보에 기반하여, 상기 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보를 추정할 수 있다. In addition, the control unit 220 obtains information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints by using the degradation parameter ζ can do. Also, based on the information on the average degree of entry, it is possible to estimate information on whether or not connectivity can be obtained by being transmitted to the receiving nanodevice before the transmitted molecules are lost.

또한, 상기 제어부(220)는, 상기 시간 제약 하에서 간섭 나노기기(IN: Interfering Nano-machine)에 의한 간섭 분자들의 도착 시간을 추정할 수 있다. 또한, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 상기 수신 나노 기기와의 랜덤 거리를 획득할 수 있다. 또한, 상기 수신 나노 기기에 인접한 순서대로 ℓ개의 간섭 나노기기(IN)에 대하여, 이상 확산 특성을 추정하고, 상기 랜덤 거리와 상기 이상 확산 특성에 기반하여 간섭 분자들의 공간 배치 랜덤성을 추정할 수 있다. 또한, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간, 상기 랜덤 거리 및 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ를 이용하여, 평균 진입 정도(average in-degree) <n(Lω)>_ζ에 관한 정보를 획득할 수 있다.In addition, the control unit 220 may estimate the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint. In addition, with respect to ℓ of interfering nanodevices IN in the order adjacent to the receiving nanodevices, a random distance from the receiving nanodevices may be obtained. In addition, anomalous diffusion characteristics may be estimated for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevices, and spatial arrangement randomness of interfering molecules may be estimated based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics. have. In addition, information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ may be obtained by using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ. .

또한, 상기 제어부(220)는, 상기 전달된 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성이 제어된 분자들을 상기 송신 나노기기로부터 수신할 수 있다. 이와 같이 상기 전송 특성의 제어를 통해, 상기 추정된 간섭 분자들의 도착 시간과 상기 열화(degradation) 파라미터 ζ에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들의 에너지 진폭 레벨 및 변조 차수(M-ary)를 결정될 수 있다. 또한, 상기 분자들의 궤적(trajectory)에 대한 정보 또는 확산 인자(υ)에 대한 정보 및 상기 간섭 분자들의 상기 랜덤 거리, 상기 공간 배치 랜덤성에 따른 상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들과 연관된 정보의 전송 속도, 전송 스트림 개수(N), 및 상기 변조 차수(M-ary)가 제어될 수 있다. 여기서, 상기 전송 스트림 개수(N)는 수신 나노 머신들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하로 설정될 수 있다.In addition, the controller 220 may receive, from the transmitting nanodevice, molecules whose transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled based on the transmitted connectivity information. In this way, through the control of the transmission characteristic, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ. Can be determined. In addition, based on the information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness, the information related to the molecules is The transmission rate, the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) may be controlled. Here, the number of transport streams (N) may be set to be less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nanomachines.

본 발명에서는 랜덤 연결성 그래프 모델을 도입하여 이상 확산에 따른 분자 통신에서 연결성에 관한 시간 제약의 영향에 대해 고려하였다. TNs 및 RN 간의 로컬 연결성이 진입(in-degree) 및 in-isolation 확률의 관점에서 고려되었다. 이는 TNs 및 RN 간의 신뢰성 있는 연결을 정량화하는 네트워크 성능을 제공할 수 있다. 이러한 연구는 고차원 분자 통신 시스템으로 더 확장될 수 있고, 그리고/또는 분자 통신을 이용한 나노머신들 간의 신뢰성있는 연결을 더 향상시킬 수 있다.In the present invention, a random connectivity graph model was introduced to consider the effect of time constraints on connectivity in molecular communication due to abnormal diffusion. The local connectivity between TNs and RN was considered in terms of in-degree and in-isolation probability. This can provide network performance that quantifies reliable connections between TNs and RNs. These studies can be further extended to higher-order molecular communication systems and/or further improve the reliable connection between nanomachines using molecular communication.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to the software implementation, not only the procedures and functions described in the present specification, but also each component may be implemented as a separate software module. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein. The software code can be implemented as a software application written in an appropriate programming language. The software code may be stored in a memory and executed by a controller or a processor.

100: 제1 서브 시스템, 제1 분자 통신 기기
200: 제2 서브 시스템, 제2 분자 통신 기기
300: 제3 서브 시스템, 제3 분자 통신 기기
110, 210, 310: 인터페이스부
120, 220, 320: 제어부
130, 230, 330: 메모리100: first subsystem, first molecular communication device
200: second subsystem, second molecular communication device
300: third subsystem, third molecular communication device
110, 210, 310: interface unit
120, 220, 320: control unit
130, 230, 330: memory

Claims

In the method for obtaining connectivity information in molecular communication, the method is performed by a nano device constituting a molecular communication system,
A molecular transmission step of transmitting molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel;
A connectivity information acquisition step of estimating a Life Expectancy of the molecules in the medium to obtain connectivity information of the transmitted molecules to a device; And
And a molecular transmission characteristic control step of controlling a transmission characteristic of transmitting the molecules based on the connectivity information.

The method of claim 1,
The step of obtaining the connectivity information,
Connectivity in molecular communication, comprising the step of approximating the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ to estimate the life expectancy of the molecules. How to get information.

The method of claim 2,
The step of obtaining the connectivity information,
Using the degradation parameter ζ, the step of obtaining average entry information obtaining information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints. and,
A method for obtaining connectivity information in molecular communication, characterized in that information on whether connectivity can be obtained by transferring the transmitted molecules to the receiving nano device before being lost, based on the information on the average degree of entry, is obtained. .

The method of claim 3,
After the molecular lifetime average approximation step,
The interfering molecule arrival time estimation step of estimating the arrival time of the interfering molecules by the interfering nano-machine (IN) under the time constraint, and
In the step of obtaining the average entry information,
In molecular communication, characterized in that information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules and the degradation parameter ζ How to obtain connectivity information.

The method of claim 4,
After the molecular lifetime average approximation step,
Further comprising a random distance obtaining step of obtaining a random distance from the receiving nano-devices for ℓ interfering nano-devices IN in an order adjacent to the receiving nano-devices,
In the step of obtaining the average entry information,
Information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ. , A method of obtaining connectivity information in molecular communication.

The method of claim 5,
After the step of obtaining the random distance,
Spatial arrangement random for estimating anomalous diffusion characteristics for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevices, and estimating spatial arrangement randomness of interfering molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics Further comprising a gender estimation step,
In the step of obtaining the average entry information,
Information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, the spatial arrangement randomness, and the degradation parameter ζ A method of obtaining connectivity information in molecular communication, characterized in that obtained.

The method of claim 6,
In the step of controlling the molecular transmission characteristics,
Based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined,
The transmission rate of information related to the molecules based on information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness , Control the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary),
The number of transport streams (N) is a method of obtaining connectivity information in molecular communication, characterized in that less than or equal to the total number of available receiving means of receiving nanomachines.

In the method of providing connectivity information in molecular communication, the method is performed by a receiving nano device constituting a molecular communication system,
A molecule receiving step of receiving molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel;
Based on the number of molecules that arrive to the receiving nanodevice among the molecules in the medium, the life expectancy of the molecules is estimated, and connectivity information of the molecules to the receiving device is obtained. Estimating connectivity information to estimate; And
A method of providing connectivity information in molecular communication, comprising the step of transmitting connectivity information of transmitting the connectivity information to a transmitting nano device or a controlling nano device.

The method of claim 8,
Estimating the connectivity information,
Connectivity in molecular communication, comprising the step of approximating the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ to estimate the life expectancy of the molecules. How to provide information.

The method of claim 9,
Estimating the connectivity information,
Using the degradation parameter ζ, the step of obtaining average entry information obtaining information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints. and,
A method for providing connectivity information in molecular communication, characterized in that information on whether connectivity can be obtained by being transferred to the receiving nanodevice before the transmitted molecules are lost, based on the information on the average degree of entry .

The method of claim 10,
After the molecular lifetime average approximation step,
An interfering molecule arrival time estimation step of estimating an arrival time of the interfering molecules by an interfering nano-machine (IN) under the time constraint;
A random distance obtaining step of obtaining a random distance from the receiving nano-devices for ℓ interfering nano-devices (IN) in order adjacent to the receiving nano-devices; And
Spatial arrangement random for estimating anomalous diffusion characteristics for ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevices, and estimating spatial arrangement randomness of interfering molecules based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics Further comprising a gender estimation step,
In the step of estimating the average entry information,
Information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ. , A method of providing connectivity information in molecular communication.

The method of claim 11,
After the step of delivering the connectivity information,
Based on the transmitted connectivity information, the molecule receiving step is repeated,
In the molecule receiving step, characterized in that the molecules for which the transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled are received from the transmitting nanodevice,
Through the control of the transmission characteristics
Based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined,
The transmission rate of information related to the molecules based on information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness , The number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) are controlled,
The number of transport streams (N) is a method of providing connectivity information in molecular communication, characterized in that less than or equal to the total number of available receiving means of receiving nanomachines.

In a nanodevice that estimates connectivity information in molecular communication,
An interface unit for transmitting molecules, which are information carriers, through a medium which is a molecular communication channel; And
By estimating the Life Expectancy of the molecules in the medium, the reception of the transmitted molecules to obtain connectivity information to the device,
And a control unit configured to control a transmission characteristic for transmitting the molecules based on the connectivity information.

The method of claim 13,
The control unit,
In order to estimate the life expectancy of the molecules, a nanodevice, characterized in that approximation of the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ.

The method of claim 14,
The control unit,
Using the degradation parameter ζ, information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints is obtained, and
The nano-device, characterized in that, based on the information on the average degree of entry, obtains information on whether connectivity can be obtained by being transferred to the receiving nano-device before the transmitted molecules are lost.

The method of claim 15,
The control unit,
Estimating the arrival time of interfering molecules by an interfering nano-machine (IN) under the time constraint,
Using the estimated arrival time of the interfering molecules and the degradation parameter ζ, information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained.

The method of claim 16,
The control unit,
For ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevice, obtaining a random distance from the receiving nanodevice,
Using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained. , Nano devices.

The method of claim 17,
The control unit,
For ℓ interfering nanodevices (IN) in order adjacent to the receiving nanodevices, anomalous diffusion characteristics are estimated, and spatial arrangement randomness of interference molecules is estimated based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics,
Information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained by using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, the spatial arrangement randomness, and the degradation parameter ζ. It characterized in that to obtain, nano-device.

The method of claim 18,
The control unit,
Based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined,
The transmission rate of information related to the molecules based on information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness , Control the number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary),
The number of transport streams (N) is characterized in that less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nano-machines.

In a nanodevice that provides connectivity information in molecular communication,
An interface unit configured to receive molecules as information carriers through a medium as a molecular communication channel; And
Based on the number of molecules that arrive to the receiving nanodevice among the molecules in the medium, the life expectancy of the molecules is estimated, and connectivity information of the molecules to the receiving device is obtained. Estimate,
And a control unit configured to control the interface unit to transmit the connectivity information to a transmitting nano device or a control nano device.

The method of claim 20,
The control unit,
In order to estimate the life expectancy of the molecules, a nanodevice, characterized in that approximation of the lifetime average of the molecules by an exponential distribution having a degradation parameter ζ.

The method of claim 21,
The control unit,
Using the degradation parameter ζ, information about an average in-degree <n(Lω)> _ζ to the receiving nanodevice under time constraints is obtained, and
Based on the information on the average degree of entry, before the transmitted molecules are lost, information on whether connectivity can be obtained by being transferred to the receiving nanodevice is estimated.

The method of claim 22,
The control unit,
Estimating the arrival time of interfering molecules by an interfering nano-machine (IN) under the time constraint,
For ℓ interfering nanodevices (IN) in the order adjacent to the receiving nanodevice, obtaining a random distance from the receiving nanodevice,
For ℓ interfering nanodevices (IN) in order adjacent to the receiving nanodevices, anomalous diffusion characteristics are estimated, and spatial arrangement randomness of interference molecules is estimated based on the random distance and the abnormal diffusion characteristics,
Using the estimated arrival time of the interfering molecules, the random distance, and the degradation parameter ζ, information on an average in-degree <n(Lω)> _ζ is obtained. , Nano devices.

The method of claim 23,
The control unit,
Based on the transmitted connectivity information, it is characterized in that to receive, from the transmitting nanodevice, molecules whose transmission characteristics for transmitting the molecules are controlled,
Through the control of the transmission characteristics,
Based on the estimated arrival time of the interfering molecules and the connectivity information according to the degradation parameter ζ, the energy amplitude level and the modulation order (M-ary) of the molecules are determined,
Transmission rate of information related to the molecules based on information on the trajectory of the molecules or information on the diffusion factor (υ), the random distance of the interfering molecules, and the connectivity information according to the spatial arrangement randomness , The number of transport streams (N), and the modulation order (M-ary) are controlled,
The number of transport streams (N) is characterized in that less than or equal to the total number of available receiving means of the receiving nano-machines.