Data compression and run-length-limited ISI-mitigation (RLIM) coding for molecular communication
Moleküler haberleşme için veri sıkıştırma ve koşu uzunluğu sınırlı ISI azaltım (RLIM) kodlaması
- Tez No: 976003
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR BARIŞ AKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Moleküler Haberleşme (MH), bilgi mesajlarını salınan molekül dizilerine kodlayarak nano ölçekte bilgi aktarımını mümkün kılar; ancak gerçek hayatta uygulanabilirliği, molekül salınımının yüksek maliyeti ve difüzyon kanalındaki zamanla biriken moleküllerden kaynaklanan şiddetli semboller arası girişim (ISI) olmak üzere iki temel kısıtlamayla engellenmektedir. Bu tez, her bir zorluğu ele alan kodlama teknikleri geliştirmektedir. Öncelikle ortalama kod uzunluğunu ve molekül tüketimini düşüren kaynak-kodlama şemaları tanıtıyoruz. MH'ye uyarlanmış Huffman temelli bir yöntem (MoHuffman) üzerinden, beklenen kod uzunluğunu en aza indiren ve“1”sembolü sayısını mümkün olduğunca azaltan Optimize Moleküler Önek Kodlama'yı (MoPC) öneriyoruz. Sıkıştırmayı bir adım daha ileri taşımak için, var olan bir kısıtlı aritmetik kodlama inşa yapısından yararlanarak Moleküler Aritmetik Kodlama'yı (MoAC) geliştiriyor ve bunun, aritmetik kaynak kodlamanın MH'ye farklı bir uyarlamamız olan Yerine Koymalı Aritmetik Kodlama'ya (SAC) göre üstün verim sunduğunu gösteriyoruz. Ayrıca, sonlu hassasiyetli aritmetikte benzersiz çözülebilirliği garanti altına almak amacıyla Önek Kodlamalı Moleküler Aritmetik Kodlama'yı (MoAPC) tasarlıyoruz. İki adet nükleotit alfabesi kullanarak MoAPC'nin MoPC'den daha yüksek sıkıştırma oranı sağladığını gösteriyoruz. Yaptığımız MH simülasyon sonuçları da önerdiğimiz yöntemlerin yararlılığını doğrulamaktadır. ISI'yı kanal kodlama katmanında hafifletmek için, Koşu Uzunluğu Sınırlı ISI-Azaltım (RLIM) sonsuz kod ailesini gömülü hata düzeltme algoritması ile birlikte geliştiriyoruz. Binom ve difüzyon kanalı simülasyonları, RLIM kodlarının öne çıkan diğer kodlama yöntemlerine kıyasla bit-hata oranını düşürdüğünü göstermektedir. Bütün bu katkılar, difüzyona dayalı Moleküler İletişim için güvenilir ve verimli bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Molecular Communication (MC) enables information transfer at the nanoscale by encoding messages into sequences of released molecules, but its practical deployment is hindered by two fundamental constraints: the high cost of molecule releases and severe inter-symbol interference (ISI) arising from residual molecules in the diffusion channel. This thesis develops coding techniques to tackle each challenge. We first introduce source‐coding schemes that reduce both average code length and molecule usage. Building on an MC-adapted Huffman baseline (MoHuffman), we propose Optimized Molecular Prefix Coding (MoPC) to select a prefix codebook with minimal expected length and fewest number of 1-symbols. To push compression further, we derive Molecular Arithmetic Coding (MoAC) using an existing constrained arithmetic coding construction scheme and show its superior efficiency over substitution arithmetic coding (SAC), our different adaptation of arithmetic source coding to MC. Finally, we design Molecular Arithmetic with Prefix Coding (MoAPC) to ensure unique decodability under finite-precision arithmetic. Using two nucleotide alphabets, we then demonstrate that MoAPC has a better compression ratio than MoPC. Through MC simulations, the effectiveness of the proposed methods is also shown. To mitigate ISI at the channel coding level, we develop an infinite family of Run-Length-Limited ISI-Mitigation (RLIM) codes with a corresponding built-in error correction algorithm. We then demonstrate, via binomial and diffusion channel simulations, that RLIM codes reduce bit-error rate compared to prominent coding schemes. Together, these contributions lay a comprehensive foundation for reliable and efficient diffusion-based Molecular Communication.
Benzer Tezler
- Ev tipi bir buzdolabının dinamik çevrim davranışının modellenmesi ve farklı parametrelerin sistem üzerindeki etkilerinin deneysel validasyonu
Modeling the dynamic cycle behavior of a domestic refrigerator and experimental validation of the effects of different parameters on the system
AKIN ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Düşük GWP'li soğutucu akışkanların ısı pompalı kurutucularda deneysel analizi
Experimental analysis of low-GWP refrigerant for heat pump tumble dryer application
BARLAS BAŞARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- V.42 bis sıkıştırma yönteminin gerçekleşme ve başarım incelenmesi
Implementation of V.42 bis compression procedure and performance results
OSMAN ALİEFENDİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. A. EMRE HARMANCI
- MPEG hareketli görüntü sıkıştırma standardı
Başlık çevirisi yok
ERHAN TELLİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MELİH PAZARCI
- Hermetik pistonlu kompresörlerde egzoz hattı kayıplarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of exhaust line losses in hermetic reciprocating compressors
AYKUT BACAK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ PINARBAŞI