Performance Evaluation of Leader–Follower-Based Mobile Molecular Communication Networks for Target Detection Applications

Tadashi Nakano; Yutaka Okaie; Shouhei Kobayashi; Takako Koujin; Chen-Hao Chan; Yu-Hsiang Hsu; Takuya Obuchi; Takahiro Hara; Yasushi Hiraoka; Tokuko Haraguchi

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Performance Evaluation of Leader–Follower-Based Mobile Molecular Communication Networks for Target Detection Applications

机译：基于领导者和跟随者的移动分子通信网络在目标检测应用中的性能评估

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This paper proposes a leader–follower-based model of mobile molecular communication networks for target detection applications. The proposed model divides the application functionalities of molecular communication networks into two types of mobile bio-nanomachine: leader and follower bio-nanomachines. Leader bio-nanomachines distribute in the environment to detect a target and create an attractant gradient around the target. Follower bio-nanomachines move according to the attractant gradient established by leader bio-nanomachines; they approach the target and perform necessary functionalities, such as releasing drug molecules. This paper develops mathematical expressions for the proposed model, describes wet laboratory experiments designed to estimate model parameters, and performs biologically realistic computer simulation experiments to evaluate the performance of the proposed model. The main contributions of this paper are to demonstrate the functional division of molecular communication networks, which will facilitate the design and development of molecular communication networks. Furthermore, insight into the application-level performance of molecular communication networks will be provided based on the proposed model.

机译：本文为目标检测应用提出了一种基于领导者-追随者的移动分子通信网络模型。该模型将分子通信网络的应用功能分为两种类型的移动生物纳米机：引导生物纳米机和跟随生物纳米机。领先的生物纳米机分布在环境中，以检测目标并在目标周围创建引诱剂梯度。跟随者生物纳米机根据领先者生物纳米机建立的引诱剂梯度移动。它们接近目标并执行必要的功能，例如释放药物分子。本文为提出的模型开发了数学表达式，描述了为评估模型参数而设计的湿实验室实验，并进行了生物学上逼真的计算机模拟实验以评估提出的模型的性能。本文的主要贡献是证明分子通信网络的功能划分，这将有助于分子通信网络的设计和开发。此外，将基于提出的模型提供对分子通信网络的应用程序级性能的见解。

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来源
《IEEE Transactions on Communications》 |2017年第2期|663-676|共14页
作者
Tadashi Nakano; Yutaka Okaie; Shouhei Kobayashi; Takako Koujin; Chen-Hao Chan; Yu-Hsiang Hsu; Takuya Obuchi; Takahiro Hara; Yasushi Hiraoka; Tokuko Haraguchi;
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作者单位

Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University, Osaka, Japan;

Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University, Osaka, Japan;

National Institute of Information and Communications Technology, Kobe, Japan;

National Institute of Information and Communications Technology, Kobe, Japan;

Institute of Applied Mechanics, National Taiwan University, Taipei, Taiwan;

Institute of Applied Mechanics, National Taiwan University, Taipei, Taiwan;

Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University, Osaka, Japan;

Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University, Osaka, Japan;

Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University, Osaka, Japan;

National Institute of Information and Communications Technology, Kobe, Japan;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Biological system modeling; Molecular communication; Mobile communication; Drugs; Mathematical model; Mobile computing;

机译：生物系统建模;分子通信;移动通信;药物;数学模型;移动计算;

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