nano aĞlarda dİfÜzyon İle haberleŞme Üzerİne … · 2013-02-27 · 3 nano ağlar: İnsanlar...
TRANSCRIPT
NANO AĞLARDA DİFÜZYON İLE
HABERLEŞME ÜZERİNE
GELİŞTİRİLMİŞ MODELLEMELER
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN,
H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN,
Tuna TUĞCU
Boğaziçi Üniversitesi, NetLab
1
2
Giriş – Difüzyonla Haberleşmenin tanımı
Sembol Süresi Seçimi
Modülasyon Teknikleri
Girişim Çeşitleri
Girişimin Modülasyon Teknikleri üzerindeki
etkisi
Enerji Modeli
Gelecekte Yapılabilecek Çalışmalar
İçerik
3
Nano ağlar: İnsanlar tarafından nano ölçekteki
sistemlere uygun fiziksel prensipler kullanılarak
tasarlanmış iletişim sistemleridir. (IEEE – 10.09.2012)
Bir sistemin nano ağ sayılabilmesi için bir veya
birden fazla bileşeninin nano ölçekte olması
yeterlidir.
Nano ölçek < 100 nm.
Hücreler arası iletişim nano ağlara esin kaynağı
olmaktadır.
Giriş
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
4
kodlama, iletim, ilerleme, algılama ve kod çözme
Taşıyıcı moleküllerin difüzyon yoluyla alıcı ve verici
arasında iletilmesi ile bilgi aktarılması işlemidir.
Difüzyon ile haberleşme
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
5
Uzun sembol süresi:
yüksek yüzde ile doğru
algılama, düşük
haberleşme hızı
Kısa sembol süresi:
Yüksek haberleşme
hızı, yüksek hata payı
Hedef: Optimum
sembol süresi seçimi
Sembol süresi seçimi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
6
Sembol süresi seçimi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
7
Yoğunluk Farkıyla Kodlama (YFK)
Molekül Tipiyle Kodlama (MTK)
Modülasyon Teknikleri
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Gönderilmek istenen bilgi,
birim zamanda
gönderilen molekül
yoğunluğu üzerinden
kodlanmaktadır
Gelen molekül yoğunluğu
belli bir eşik değeri ile
karşılaştırılır
Eşik değeri sayısı, sembol
tipi sayısını belirler
8
2n - 1: eşik değeri sayısı
n: sembol başına düşen bit
sayısı
n = 1 İkili YFK (iYFK)
n = 2 Dörtlü YFK (dYFK)
Yoğunluk Farkıyla Kodlama
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Gönderilmek istenen bilgi gönderilen molekülün tipine göre
kodlanır ve tek eşik değeri vardır.
Alıcı gelen bir tip molekülün yoğunluğunun belli bir eşik
değeri aşması durumunda, o moleküle karşılık gelen
sembolü algılar
9
• eşik sayısı tüm koşular için = 1
• n: sembol başına düşen bit
sayısı
• 2n : faydalanılan molekül tipi
sayısı
• n = 1 İkili MTK (iMTK)
• n = 2 Dörtlü MTK (dMTK)
Molekül Tipiyle Kodlama
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
10
Performans değerlendirmesi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
11
Semboller Arası Girişim (SAG)
Eş Kanal Girişimi (EKG)
Girişim çeşitleri
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Verici hücre tarafından bir önceki sinyal için gönderilen
moleküllerin bir kısmının ortamda kalmaya devam ederek
gerekli zaman aralığından sonra alıcı hücreye ulaşmasıyla
oluşur. 12
Semboller arası girişim
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Bir verici hücrenin
ortama bıraktığı taşıyıcı
moleküllerin, “Brown
hareketi” sonucu
kastedilen alıcı hücreye
değil, diğer bir verici
hücrenin kastettiği alıcı
hücreye ulaşmasından
dolayı oluşur.
13
Eş kanal girişimi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
14
Girişimin iYFK üzerindeki etkisi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Girişimin iMTK üzerindeki etkisi
15
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Enerji Modeli 16
•Egzositoz
•Enerji Modeli – Elementler
•Enerji Hesaplaması
•Hücreler arası mesafenin veri sıklığına etkisi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
17
Egzositoz
Taşıyıcı moleküllerin yapı
taşlarından sentezlenmesi
Taşıyıcı bir
kesecik üretilmesi
Keseciklerin
hücre zarına
taşınması
Kesecik ile
zarın
birleşmesi ile
moleküllerin
hücre dışına
iletimi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Enerji Modeli - Elementler 18
Hammaddeyi enerjiye dönüştürecek “mitokondri”
benzeri bir güç kaynağı
Aminoasitlerden hücre zarı proteinleri sentezleyecek
“endoplazmik retikulum” benzeri bir fabrika
Protein ve molekülleri koruyucu kılıfla saracak “golgi
cisimciği” benzeri bir paketleyici
Hücrenin bir arada durup çözülmemesini sağlayacak
hücre zarı benzeri bir koruyucu kalkan
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Enerji Hesaplaması
Var olan enerji modelleri
pil enerjisine
dayandırıldığı için nano
ve mikro ölçeklerde
kullanım problemleri
doğuracaktır.
Sistem ürettiğinden fazla
enerji tüketmemelidir.
Sistem izin verilenden
daha fazla enerjiyi
iletişim için
harcamamalıdır.
19
Et = n. Es + n (Ev + Ec + Ee) cv Et : haberleşmeye harcanan toplam enerji Es : molekül sentezinde harcanan enerji Ev : kesecik sentezinde harcanan enerji Ec : keseciğin taşınmasında harcanan enerji Ee : keseciğin dış çevreye salınmasında harcanan enerji cv : bir keseciğin içerisindeki molekül sayısı n : toplam gönderilen molekül sayısı
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
20
PwT = PwC + PwB
PwT : toplam güç
PwC : hücreler arası iletişimde kullanılan güç
PwB : hücrenin diğer aktivitelerinde kullandığı güç
Mesafenin veri sıklığına etkisi
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
21
Difüzyon dinamiklerinin araştırılması ve
analitik modeller üzerine odaklanılması
Kalsiyum sinyalleşmesi için bir enerji modeli
tanımlanması ve test edilerek literatüre
kazandırılması
Gelecekte yapılabilecek çalışmalar
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
Sorularınız? 22
F. Nur KILIÇLI, M. Tuğrul ÖZŞAHİN, H. Birkan YILMAZ, M. Şükrü KURAN, Tuna TUĞCU Boğaziçi Üniversitesi, NetLab ‘13
23
- I.F. Akyildiz, F. Brunetti, C. Blazquez, “Nanonetworks: a new communication paradigm”, Computer Networks (Elsevier) Journal 52 (12) (2008) 2260–2279.
- M. Pierobon, I.F. Akyildiz, “A physical channel model for molecular communication in nanonetworks”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications 28 (4) (2010) 602-611.
- B. Atakan and O. Akan. “On Channel Capacity and Error Compensation in Molecular Communication”. Transactions on Computational Systems Biology X, pages 59-80, 2008.
- M. S. Kuran, H. B. Yilmaz, T. Tugcu, I. F. Akyildiz, “Modulation techniques for communication via diffusion in nanonetworks” Communications (ICC), 2011 IEEE International
- T. Suda, M. Moore, T. Nakano, R. Egashira, and A. Enomoto. “Exploratory Research on Molecular Communication between Nanomachines”. In Genetic and Evolutionary Computaion Conference, (GECCO '05). ACM, June 2005.
- M. S. Kuran, H. B. Yilmaz, T. Tugcu, I. F. Akyildiz, “Interference effects on modulation techniques in diffusion based nanonetworks” Nano Communication Networks 3 (2012) 65–73
- M. S. Kuran, H. B. Yilmaz, T. Tugcu, B. Özerman “Energy model for communication via diffusion in nanonetworks” Nano Communication Networks 1 (2010) 86–95 Conference on, IEEE
- B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Molecular Biology of the Cell, 5th edition, Garland Science, 2007.
Kaynaklar