Abstract
One form of molecular communications for short range transmission between nanomachines is Calcium Signaling. This form of signaling is commonly found in cellular tissues, which consist of tightly packed cells, whereby Ca2+ ions propagate and diffuse between the cells. However, the natural flexible structure of cells usually leads to them dynamically changing shapes under certain strains and forces. Since the interconnected cells form a tissue, changes in the shape of one cell will change the shape of neighboring cells and the tissue as a whole. This may in turn significantly impair the communication channel between the nanomachines (which we assume to be embedded within the cells). In order to counter this problem, we propose an adaptive transmission protocol for Ca2+ signaling based molecular communications in cellular tissues. The protocol operates in two phases. The first phase utilizes information metrics to infer the state of the tissue; second phase then involves the determination of the most appropriate time-slot for bit transmission. In this way, we aim to improve the information rate by using a time slot length that is appropriate for the prevailing type of tissue deformation. Through simulation studies we show that, for two types of deformation and two different topologies, our protocol can improve the information rate performance by 15%
چکیده
یک فرم ارتباطات مولکولی برای انتقال دامنه کوتاه بین نانوماشین سیگنالینگ (علامتدهی) کلسیمی وجود دارد. این شکل از سیگنالینگ معمولا در بافت های سلولی یافت میشود، که از سلول های محکم بسته بندی شده تشکیل شده اند، که به موجب آن یون های Ca2+ پخش شده و بین سلولها پراکنده میشود. با این حال، ساختار قابل انعطاف طبیعی سلولها معمولا به آنها به صورت پویا اجازه ی تغییر شکل تحت سمتهای مختلف و نیروهای خاص را میدهد. از آنجا که سلول های به هم پیوسته تشکیل بافت میدهند، تغییر در شکل یک سلول ، شکل سلول های همسایه و بافت را به عنوان یک کل تغییر خواهد داد. این ممکن است به نوبه خود به طور قابل توجهی به کانال ارتباطی بین نانوماشین (که فرض کنیم درون سلول ها جاسازی شده) آسیب برساند. به منظور مقابله با این مشکل، ما یک پروتکل انتقال تطبیقی برای سیگنالینگ ارتباطات مولکولی Ca2+ را در بافت سلولی پیشنهاد داده ایم. پروتکل در دو مرحله عمل میکند. فاز اول با بهره گیری از معیارهای اطلاعات برای پی بردن به حالت بافت. فاز دوم پس از آن شامل تعیین مناسب ترین زمان اسلات برای انتقال بیتی میشود. به این ترتیب، هدف ما بهبود نرخ اطلاعات با استفاده از یک مدت زمان اسلات است که برای نوع غالب تغییر شکل بافت مناسب است. از طریق مطالعات شبیه سازی نشان می دهیم که برای دو نوع تغییر شکل و دو توپولوژی مختلف، پروتکل ما می تواند میزان عملکرد اطلاعات را تا 15 درصد بهبود بخشد.
1-مقدمه
در سال های اخیر تلاش های تحقیقاتی مهمی در مورد بهترین راه ها برای تسهیل ارتباط بین دستگاه ها در مقیاس نانو انجام شده است. علاقه خاص در این زمینه ارتباطات مولکولی است، که با هدف استفاده از سیستم های بیولوژیکی موجود برای ایجاد شبکه های در مقیاس نانو می باشد...