Presentasi Tugas Akhir

Presentasi Tugas Akhir

R. Ayu Maulidina Iskandariya 2211105072

Pembimbing :

Dr. Ir. Wirawan, DEA.

1

Sistem Komunikasi Molekul melalui Proses

Difusi pada Jaringan Nano

Latar Belakang (1)

2

Telekomunikasi ?

Latar Belakang (2)

Adanya penggunaan dan konversi energi terus-menerus.

3

• Penghematan?

Ukuran. ✔

• Efisiensi?

Konservasi. ✔

• Ramah

lingkungan?Bioko

mpatibilitas ✔

Rumusan Masalah

Kata kunci : Thermal (Panas)

4

1. Bagaimana proses komunikasi pada Jaringan Nano?

2. Bagaimana teknik pengkodean atau modulasi pada komunikasi molekul jaringan nano melalui proses difusi?

Jaringan Komunikasi Nano  Komunikasi Molekul melalui proses Difusi

Sinyal Kimia

Batasan Masalah (1)

• Model Sistem : pemancar

tunggal dan penerima tunggal.

• Teknik modulasi : berdasarkan konsentrasi dan jenis molekul

• Jenis molekul pembawa :

isomer dari keluarga heksosa, terutama aldoheksosa.

5

Batasan Masalah (2)

• Noise bersifat ekuivalen untuk molekul pada kanal AWGN (Additive White Gaussian Noise).

• Pemodelan simulasi dan perhitungan sistem dibuat dengan MATLAB

• Metode estimasi adalah pendekatan model stokastik pada komunikasi molekul

• Model respon yang diamati adalah laju informasi yang dapat dicapai (achievable rate) untuk masing-masing teknik modulasi yang digunakan.

6

Tujuan

• Menjelaskan konsep komunikasi molekuler pada jaringan nano melalui proses difusi.

• Mensimulasikan pemodelan kanal dan transmisi energi (banyaknya molekul yang ditransmisikan) pada jaringan nano.

• Membandingkan laju informasi yang dicapai antara beberapa teknik modulasi yang dapat diterapkan dalam komunikasi molekul pada jaringan nano.

7

Pemodelan Sistem

Pembangkitan Molekul Informasi

Brownian motion

Random walks

Diffusion laws

9

Brownian motion inilah yang digerakkan oleh energi thermal atau

panas..

Pembangkitan Molekul Informasi

10

Satu partikel dengan jumlah langkah diskrit N yang

berhubungan dengan waktu t, maka fungsi perpindahannya:

x²(t) : fungsi perpindahan (m²) tau (τ) : interval waktu

δ = nilai konstanta perpindahan

Pembangkitan Molekul Informasi

Sedangkan untuk pembangkitan banyak

molekul informasi, digunakan distribusi normal :

11

Dimana D : Koefisien difusi dari partikel.

Kb : Konstanta Boltzmann (1.380658 x 10^-23), T : temperatur tubuh,

η : viskositas medium dan

r_mm : radius molekul pembawa informasi.

Parameter Simulasi

• Dimensi perpindahan = 2;

• Banyaknya matrix data (N) = 60;

• tau = 0.1;

• time = 0:tau:(N-1) * tau;

• k = sqrt(D * dimensi * tau);

Pembangkitan Informasi sebagai fungsi perpindahan.

Model Energi

13

Sistem Komunikasi Konvensional Baterai yang dibatasi dayanya.

Sistem Komunikasi Molekul ?

Memiliki kemampuan untuk memproduksi dan menyimpan energinya sendiri

E_T: Total energi untuk mengirimkan sejumlah n molekul E_S : Energi untuk mensintesis satu molekul heksosa.

E_V : Energi dalam proses sintesis vesikel dg radius r.

E_C : Energi transportasi intraselular, dan E_E : Energi dalam fusi membran,

c_v adalah kapasitas satu vesikel yang berkaitan dengan jari-jari molekul pembawa informasi r_mm.

Pemodelan Kanal dan Noise AWGN

Probabilitas molekul mencapai penerima (P_hit).

Durasi simbol (Ts) dan jarak antara pemancar dan

penerima (d),

14

Koefisien Difusi

Pemodelan Kanal dan Noise AWGN

15

Nc : distribusi jumlah molekul yang dikirim dan diterima saat ini (dalam periode Ts).

Np : distribusi jumlah molekul yang dikirim sebelumnya (periode 2Ts) namun diterima dalam periode saat ini (Ts)

Nn : distribusi noise ekuivalen

Pemodelan Teknik Modulasi

Isomer sebagai molekul pembawa informasi

ISOMER ?

..senyawa yang mempunyai rumus molekul sama tapi rumus

strukturnya berbeda.

Aldoheksosa

(C₆H₁₂O₆)

Pemodelan Teknik Modulasi

Berdasarkan Konsentrasi

Concentration Shift Keying (CSK)

Binary Isomer Shift Keying (BICSK)

Pemodelan Teknik Modulasi

Berdasarkan Jenis Molekul

Molecular Shift Keying (MoSK)

Binary Isomer Molecular Shift Keying

(BIMoSK)

32-IMoSK

Perhitungan Kapasitas Kanal

Tingkat laju informasi (R) yang dicapai adalah nilai maksimal dari mutual information I (X, Y) sebagai berikut:

Dimana X dan Y masing-masing : simbol yang ditransmisikan dan simbol yang diterima.

Sedangkan Pb (Z, X, Y) : probabilitas simbol Z yang dikirim sebelumnya, simbol X saat dikirim saat ini, dan simbol Y diterima saat ini.

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (1)

Perbandingan Fungsi Perpindahan Molekul Berdasarkan Waktu

Grafik Fungsi Perpindahan dengan 1 dan 15 partikel.

20

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (2)

Perbandingan Fungsi Perpindahan Molekul Berdasarkan Waktu

Grafik fungsi perpindahan dengan 150 dan 1500 partikel

21

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (3)

Perbandingan Laju Bit Pada Teknik Modulasi

 Distribusi jumlah molekul yang sampai pada penerima

22

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (4)

Binary Isomer Concentration Shift Keying (B-ICSK)

23

150 molekul ditransmisikan Threshold : 50

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (5)

Binary Isomer Molecular Shift Keying (B-IMoSK)

24

150 molekul ditransmisikan Threshold : 50

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (6)

32-Binary Isomer Molecular Shift Keying (32 B-IMoSK)

25

150 molekul ditransmisikan Threshold : 50

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (7)

Perbandingan ketiga teknik modulasi :

26

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (8)

Perbandingan Jumlah Molekul, Varian Jarak dan Probabilitas

27

• Teknik komunikasi molekul memiliki dasar perpindahan acak berdasarkan variasi perpindahan dan waktu. Semakin banyak molekul, maka semakin presisi rata-rata dari fungsi perpindahan.

• Pada teknik modulasi berdasarkan konsentrasi, pengirim dan penerima hanya melepaskan informasi berdasarkan konsentrasi saja. Teknik ini lebih sederhana, sehingga cenderung bersifat lebih sensitif terhadap perubahan konsentrasi.

• Pada teknik modulasi berdasarkan jenis molekul, pengirim dan penerima lebih kompleks sehingga proses pengkodean

informasinya lebih rumit. Hal ini dikarenakan tingkat pengecekannya melalui dua tahap, yakni pengecekan konsentrasi dan jenis molekul.

28

Kesimpulan (1)

• Teknik modulasi berdasarkan jenis molekul juga memiliki variasi laju

informasi yang lebih beragam berdasarkan jenis molekul informasi yang digunakan. Seperti pada sistem ini, laju informasi maksimalnya mencapai 5 bit per simbol.

• Pada sistem binary :

o Binary Isomer Concentration Shift Keying (BICSK) baru akan mencapai maksimum setelah jumlah molekul yang sampai pada penerima rata-rata

melewati 100 molekul. Maka sistem ini membutuhkan energi (banyaknya molekul sampai pada penerima) yang lebih besar untuk mencapai laju maksimumnya yakni 1 bit/simbol.

o Sedangkan Binary Isomer Molecular Shift Keying (BIMoSK) dapat mencapai laju informasi maksimum 1 bit/simbol bahkan sebelum jumlah molekul rata-rata yang sampai pada penerima mencapai 100 molekul. Hal inilah yang menyebabkan sistem ini memiliki kinerja yang lebih baik daripada BICSK.

• Inter Symbol Interference (ISI) disebabkan oleh adanya kedinamisan

simbol-simbol yang berlebih pada durasi sebelumnya, pengaruhnya lebih

signifikan pada akhir durasi pengiriman simbol. ²⁹

Kesimpulan (2)

Daftar Pustaka

[1] Na-Rae Kim, Chan-Byoung Chae, “Novel modulation techniques using isomers as messenger molecules for molecular communication via diffusion” School of Integrated Technology Yonsei University, Korea. 2012 .

[2] I. F. Akyildiz, F. Brunetti, and C. Blzquez, “Nanonetworks: A new communication paradigm”.

Computer Networks, vol. 52, pp. 2260 – 2279, Apr. 2008.

[3] L.P.Ginand I.F.Akyildiz, “Molecular Communication Options for Long Range Nanonetworks”.

Computer Networks, 2009

[4] M.S.Kuran, H.B.Yilmaz, T.Tugcu, B.zerman, “Energy Model for communication via diffusion in nanonetworks”. Nano Communication Networks, vol. 1, pp. 86 – 95, July. 2010

[5] M. S. Kuran, H. B. Yilmaz, T. Tugcu, and I. F. Akyildiz, “Modulation techniques for communication via diffusion in nanonetworks”. Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., 2011

[6] Lacasa Neus Roca, “Modeling the Molecular Communication Nanonetworks”. Thesis of Georgia Institute of Technology, 2009

[7] Ertan Gul, Baris Atakan, Ozgur B. Akan, “NanoNS: A nanoscale network simulator framework for molecular communications”. Nano Communication Networks 1 138-156, 2010

[8] M.Yuki, H.Satoshi and S. Tatsuya, “Molecular Communication for Health Care Applications”.

Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc

[9] P. Iñaki, “N3Sim : Simulator for diffusion-based molecular communications in Nanonetworks”, Universitat Politècnica de Catalunya, 2011

30

Terima kasih

Lampiran (1)

BICSK

Lampiran (2)

BICSK

Lampiran (3)

BIMoSK

Lampiran (4)

BIMoSK

Lampiran (5)

32-BIMoSK

Lampiran (6)

32-BIMoSK

Lampiran (7)

Grafik Jumlah molekul yang sampai di penerima

ANALISIS DAN PEMBAHASAN (3)

Perbandingan Fungsi Perpindahan Molekul Berdasarkan Waktu

• Dalam dunia nano, pergerakan tiap molekul tidak dapat diprediksikan.

• Namun pergerakan sekumpulan molekul, dapat kita prediksikan berdasarkan hasil simulasi dan

perhitungan yang telah kita lakukan.

• Perpindahan sekumpulan molekul akan cenderung linier.

• Semakin banyak partikel yang dilepaskan maka akan semakin banyak pula varian dari fungsi perpindahan

yang dihasilkan. ³⁹

Dimana : r (t) = posisi d = dimensi.

D = koefisien difusi.

tau = interval waktu.

Q-function

• Dalam statistik, Q-function adalah probabilitas ekor dari standar distribusi normal. Dengan kata lain, Q (x) adalah probabilitas bahwa variabel acak normal (Gaussian) yang akan memiliki nilai yang lebih besar dari standar deviasi x di atas nilai rata- rata.

• Definisi lain dari Q-function , adalah semua yang mengalami transformasi sederhana dari fungsi distribusi normal kumulatif, juga digunakan sesekali.

Q-function

Perbedaan Komunikasi Konvensional &

Molekul