KR102201264B1 - 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법 - Google Patents

분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법 Download PDF

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Abstract

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 나노 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.

Description

분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법{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.
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.
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.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 분자 통신 시스템을 위한 연결성 모델을 제공하는 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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, 104.5, 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.
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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
네트워크 및 시스템 모델
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.
A. 공간 나노머신 분포(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.
Figure 112019043718478-pat00001
B. 이상 확산(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.
Figure 112019043718478-pat00002
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.
C. 최초 경과 시간(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.
Figure 112019043718478-pat00003
여기서, P |·>는 스케일링 연산자를 나타내고, 파라미터 시퀀스 P x는 수학식 4로 표현된다.
Figure 112019043718478-pat00004
t * - 연결성 분석(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.
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.
Figure 112019043718478-pat00005
여기서, tx는 Lω 상에서 x ∈ P의 TN에서 방사하는 분자의 최초 도달 시간이다.
A. t*-진입 정도의 연결성(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.
Figure 112019043718478-pat00006
여기서,
Figure 112019043718478-pat00007
는 함수의 지시자이다.
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.
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* ∼
Figure 112019043718478-pat00008
이다.
Theorem 1 (Poisson Field의 TNs의 진입 정도) t* ∼
Figure 112019043718478-pat00009
이다. 이후, Poisson field Πx(λx)의 TNs의 <n(Lω)>로 표시되는, (α,β)-이상 확산으로 RN으로의 평균 진입 정도는 수학식 7로 주어진다.
Figure 112019043718478-pat00010
여기서, 파리미터 시퀀스
Figure 112019043718478-pat00011
은 수학식 8과 수학식 9로 주어진다.
Figure 112019043718478-pat00012
Figure 112019043718478-pat00013
Proof: 총 평균(total expectation)의 법칙을 이용하면, 수학식 10으로 표현된다.
Figure 112019043718478-pat00014
여기서, (a)는 Campbell 이론을 따른다; (b)는 H-함수의 누적 분포 함수(umulative distribution function)로부터 획득되고, 여기서
Figure 112019043718478-pat00015
는 수학식 11로 주어진다.
Figure 112019043718478-pat00016
또한, (c)는 H-함수의 오일러 변환을 이용하여 수학식 12로 표현된다.
Figure 112019043718478-pat00017
여기서,
Figure 112019043718478-pat00018
는 두 개의 파라미터 시퀀스에 관한 컨볼루션 연산을 나타내고,
Figure 112019043718478-pat00019
는 수학식 13으로 표현된다.
Figure 112019043718478-pat00020
t* ∼
Figure 112019043718478-pat00021
에 대하여, 진입 정도 <n (Lω)>는 수학식 14와 같은 H-변환의 측면에서 획득된다.
Figure 112019043718478-pat00022
여기서, <·, ·,
Figure 112019043718478-pat00023
,
Figure 112019043718478-pat00024
- 1는 기본(elementary) 및 인버스 연산을 각각 나타낸다. Mellin 연산을 이용하여, 원하는 결과에 도달할 수 있다.
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.
Figure 112019043718478-pat00025
이는 Lω에 관한 모든 TNs가 긴 대기 시간으로 RN에 연결될 수 있다는 보여준다. i번째 랜덤 시간 제약 t* ∼
Figure 112019043718478-pat00026
을 갖는 무한 영역 L1에서, 수학식 16으로 표현된다.
Figure 112019043718478-pat00027
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.
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.
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.
Figure 112019043718478-pat00028
Proof: 정의에 의해, 주어진 t*에 대해, 수학식 18로 표현될 수 있다.
Figure 112019043718478-pat00029
마지막 등식은 PPP의 함수를 생성하는 확률을 따른다. 이후, H-함수의 오일러 변환을 다시 사용하여, H-변환의 측면에서 원하는 결과인 수학식 17에 도달할 수 있다.
랜덤 시간 제약 t*
랜덤 시간 제약 t*는 TNs의 연결성 제약을 설명한다. 본 발명에서는, t*의 통계 선택으로 RN의 연결성에 관하여 살펴보기로 한다.
A. 분자들의 수명 평균(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
Figure 112019043718478-pat00030
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.
Figure 112019043718478-pat00031
여기서,
Figure 112019043718478-pat00032
는 수학식 20으로 표현된다. α= 2에 대해, 수학식 21이 획득된다.
Figure 112019043718478-pat00033
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.
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.
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.
Figure 112019043718478-pat00034
B. Poisson Field의 INs
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.
Figure 112019043718478-pat00035
|yℓ|은 위험 비율(hazard rate) 2λy를 갖는 ℓ번째 차수 Erlang 분포이고, FPT t*,ℓ은 수학식 23을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure 112019043718478-pat00036
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.
Figure 112019043718478-pat00037
여기서,
Figure 112019043718478-pat00038
은 수학식 25로 표현될 수 있다.
Figure 112019043718478-pat00039
도 5는 λy = 104, 104.5, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 7을 참조하면, 상기 연결성 정보 제공방법은, 분자 수신 단계(S210), 연결성 정보 추정 단계(S220) 및 연결성 정보 전달 단계(S230)를 포함한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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: 메모리

Claims (24)

  1. 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법에 있어서, 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 나노 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득하는 연결성 정보 획득 단계; 및
    상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어하는 분자 전송 특성 제어 단계를 포함하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    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 포함하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    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 획득되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    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 획득되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    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 획득되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    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 획득되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    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 기기들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하인 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 획득 방법.
  8. 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법에 있어서, 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 나노 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 포함하는, 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    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 포함하는, 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    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, 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보가 추정되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    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 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 획득되는 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    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 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 기기들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하인 것을 특징으로 하는, 분자 통신에서 연결성 정보 제공 방법.
  13. 분자 통신에서 연결성 정보를 추정하는 나노 기기에서,
    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 나노 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 획득하고,
    상기 연결성 정보에 기반하여, 상기 분자들을 전송하는 전송 특성을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는, 나노 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    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 근사화하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  15. 제14 항에 있어서,
    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 획득하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    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 획득하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  17. 제16 항에 있어서,
    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 획득하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    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 획득하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    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 기기들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  20. 분자 통신에서 연결성 정보를 제공하는 나노 기기에 있어서,
    분자 통신 채널인 매질을 통해 정보 캐리어인 분자들(molecules)을 수신하도록 구성된 인터페이스부; 및
    상기 매질 내에서 상기 분자들 중 수신 나노 기기로 도착된 분자들의 개수에 기반하여, 상기 분자들의 수명 평균(Life Expectancy)을 추정하여, 상기 분자들의 상기 수신 나노 기기로의 연결성(connectivity) 정보를 추정하고,
    상기 연결성 정보를 송신 나노 기기 또는 제어 나노 기기로 전달하도록 상기 인터페이스부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는, 나노 기기.
  21. 제20항에 있어서,
    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 근사화하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  22. 제21 항에 있어서,
    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, 전송된 분자들이 소실되기 전에 상기 수신 나노 기기로 전달되어 연결성이 획득될 수 있는지에 관한 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  23. 제22 항에 있어서,
    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 획득하는 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
  24. 제23 항에 있어서,
    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 기기들의 이용 가능한 총 수신 수단 개수 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 기기.
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