We present a comprehensive approach to the modeling, performance analysis, and design of clustered molecular nanonetworks in which nano-machines of different clusters release an appropriate number of molecules to transmit their sensed information to their respective fusion centers. The fusion centers decode this information by counting the number of molecules received in the given time slot. Owing to the propagation properties of the biological media, this setup suffers from both inter- and intra-cluster interference that needs to be carefully modeled. To facilitate rigorous analysis, we first develop a novel spatial model for this setup by modeling nano-machines as a Poisson cluster process with the fusion centers forming its parent point process. For this setup, we first derive a new set of distance distributions in the three-dimensional space, resulting in a remarkably simple result for the special case of the Thomas cluster process. Using this, total interference from previous symbols and different clusters is characterized and its expected value and Laplace transform are obtained. The error probability of a simple detector suitable for biological applications is analyzed, and approximate and upper-bound results are provided. The impact of different parameters on the performance is also investigated.


翻译:我们提出了一种综合性的方法,用于建模、性能分析和设计聚类分子纳米网络,在这种网络中,不同聚类的纳米机器释放适当数量的分子,将它们感知到的信息传输到各自的融合中心。融合中心通过计数所接收到的分子数量来解码这些信息。由于生物介质的传播特性,这种设置遭受了来自聚类内部和聚类之间的干扰,因此需要进行仔细的建模。为了促进严格的分析,我们首先通过将纳米机器建模为泊松聚类过程,将融合中心构成其父点过程,开发了一种新的空间模型。对于这种设置,我们首先在三维空间中导出了新的距离分布集合,从而得出了特殊情况下的Thomas聚类过程的一个非常简单的结果。利用这个结果,对先前符号和不同聚类的总干扰进行了刻画,并获得了它的期望值和拉普拉斯变换。对于生物应用而言,对一个简单的检测器的错误概率进行了分析,并提供了近似和上限结果。还研究了各种参数对性能的影响。

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