Flow Contro σε Βιολογικά Νανοδίκτυα
Creators: name: Καραγιαννάκης, Γρηγόριος Λάμπρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Έλεγχος Ροής
Βιολογικά Νανοδίκτυα
Μόρια
Flow Control
Molecular Nanonetworks
Molecules

description: Τα μοριακά νανοδίκτυα είναι ένας αναδυόμενος ερευνητικός τομέας που ενσωματώνει τη νανοτεχνολογία και τη βιολογία με τις αρχές της δικτύωσης. Το κανάλι που βασίζεται στη διάχυση έχει διερευνηθεί ευρέως ως ένα από τα πιο σημαντικά μοντέλα μοριακής επικοινωνίας. Ο τελευταίος θεωρεί ότι τα μόρια που μεταφέρουν πληροφορίες κινούνται σύμφωνα με τις αρχές της κίνησης Brown, με αποτέλεσμα την τυχαία φύση αυτής της κίνησης σε όλο το μέσο. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας για τη διασύνδεση βιολογικών νανομηχανών, το οποίο ενσωματώνει πολλαπλούς πομπούς και έναν μόνο δέκτη. Στο προτεινόμενο μοντέλο επικοινωνίας, κάθε πομπός πριν απελευθερώσει μόρια που μεταφέρουν πληροφορίες στέλνει ένα μήνυμα ελέγχου στον δέκτη για να ξεκινήσει τη σύνδεση. Κατά τη λήψη, ο δέκτης λειτουργεί ως κόμβος ελέγχου και στέλνει ένα μήνυμα ελέγχου για να επιβεβαιώσει τη σύνδεση και να αναπροσαρμόσει τον αριθμό των μορίων πληροφοριών που θα απελευθερωθούν από τους υπόλοιπους πομπούς. Το μοντέλο Ligand-Receptor χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση της δέσμευσης των μορίων και κάθε ξεχωριστός πομπός είναι ικανός να απελευθερώσει μόρια που μεταφέρουν πληροφορίες που αποτελούνται από διαφορετικούς μοριακούς τύπους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία δημιουργήθηκε μια σειρά από σενάρια προσομοίωσης για να δείξουν πώς ένα πρωτόκολλο TDMA ωφελεί τα νανοδίκτυα μοριακής επικοινωνίας που αποτελούνται από πολλαπλούς πομπούς που επικοινωνούν με Ad-hoc τρόπο, ενώ η παραδοσιακή επικοινωνία τύπου ALOHA μπορεί να υποβαθμίσει τη συνολική ποιότητα της επικοινωνίας και την απόδοση του δικτύου. Τέλος, προτείνονται διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους αυτή η εργασία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη πρωτοκόλλων επικοινωνίας υψηλότερου επιπέδου σε βιολογικά νανοδίκτυα.
description: Molecular nanonetworks is an emerging research area that integrates nanotechnology and biology with the principles of networking. The diffusion-based channel has been widely investigated as one of the most prominent models for molecular communication The latter considers that the information-carrying molecules move under the principles of Brownian motion, resulting in the random nature of this motion across the medium. This thesis presents a novel communication protocol for interconnecting biological nanomachines, which incorporates multiple transmitters and a single receiver. In the proposed communication scheme, each transmitter before releasing information-carrying molecules sends a control message to the receiver to initiate a connection path. Upon reception, the receiver functions as a control node and sends a control message to acknowledge the connection and readjust the number of information molecules to be released by the transmitters. The Ligand-Receptor model is used to model the binding of the molecules and each distinct transmitter releases information-carrying molecules consisting of different molecular types. A series of simulation scenarios were devised to demonstrate how a TDMA protocol benefits molecular communication nanonetworks consisting of multiple transmitters communicating in an Ad-hoc manner, while traditional ALOHA-like communication can downgrade the overall quality of the communication and the performance of the network. Finally, we propose different ways that this work could be utilized for the development of higher-level communication protocols in biological nanonetwork.