Title: | Análisis e implementación en NS3 de un modelo de propagación difusivo para comunicaciones moleculares |
Authors: | Calderón Calderón, José Paúl Zúñiga Gómez, Eddy Andrés |
metadata.dc.contributor.advisor: | Astudillo Salinas, Darwin Fabián |
metadata.dc.contributor.tutor: | Tello Oquendo, Luis Patricio |
metadata.dc.ucuenca.correspondencia: | pj.cd93@hotmail.com eddyazg@gmail.com |
metadata.dc.subject.other: | Telecomunicaciones |
Keywords: | Electrónica Modulación Comunicaciones |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoamplio: | 33 Ciencias Tecnológicas |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescodetallado: | 3325.05 Radiocomunicaciones |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoespecifico: | 2203 Electrónica |
Issue Date: | 27-Apr-2021 |
metadata.dc.format.extent: | 116 páginas |
Publisher: | Universidad de Cuenca |
metadata.dc.description.city: | Cuenca |
Series/Report no.: | TET;109 |
metadata.dc.type: | bachelorThesis |
Abstract: | In this research, analysis and implementation of a MPD for MCs are performed in NS-3. The work is based
on the IEEE 1906.1-2015 standard recommendation, which seeks to create a reference framework for MCs. The
standard provides a simulation module in NS-3, which contains only the general structure components of MC
and their interaction. The components mentioned are Message Carrier, Motion, Field, Perturbation and Specifity.
The research is focused on four aspects: Modulation, Molecules movement, Inter Symbol Interference,
and Demodulation. For modulation, the Perturbation component is modified, and the CSK modulation is
implemented, which releases a certain number of molecules depending on the transmitted bit. Concerning
the molecules movement, the Brownian mathematical model is implemented within the motion component.
Also, two types of BM are considered: simple and drifting. The former refers to a free molecular motion, and
the latter refers to a motion influenced by the direction of the fluid in which it moves. On the other hand, the
fundamental element in the simulation is the medium, which manages the components motion and field. Within
the medium the ISI is implemented. This interference considers molecules that remain moving in the medium
and arrive at the receiver out of time. Finally, for the demodulation, the receiver has been modified to use the
amplitude-based molecule detection technique. This technique demodulates the information depending on the
number of molecules that have arrived at a determined time. Free BM, BM with drift, free BM bounded by the
medium, and BM with drift bounded by the medium are considered.
In addition to the modifications made, a data collection model was implemented to analyze the results, where
the movement of the molecules is captured and, if they reach the receptor, the time is recorded.
As a result, the pulse train of the concentration of molecules as a function of time at the receiver is obtained.
Also, the delay time, the amplitude of the number of molecules, the pulse width, and the channel capacity as a
function of distance at the receiver are evaluated. Besides, the obtained results are validated with an investigation
performed in N3Sim. Finally, it is corroborated that the receiver’s concentration using the MPD implemented
complies with the mathematical model established by Fick’s second law |
Description: | En esta investigación se realiza el análisis e implementación en Network Simulator-3 (NS-3) de un Modelo
de Propagación Difusivo (MPD) para Molecular Communications (MCs). El trabajo se realiza a partir de la
recomendación dada en el estándar Isitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1906.1-2015, en donde
se busca crear un marco de referencia para MCs. El estándar provee un módulo de simulación en NS-3, el cual
contiene únicamente los componentes de la estructura general de una MC y su interacción entre ellos. Los
componentes mencionados son Message Carrier, Motion, Field, Perturbation y Specifity.
La investigación realizada se centra en cuatro aspectos: modulación, movimiento de las moléculas, Interferencia Inter Símbolos (ISI) y demodulación. Para la modulación se modifica el componente Perturbation, en
donde se implementa la modulación por desplazamiento de concentración (Modulación por Desplazamiento de
Concentración (CSK)), el cual libera un número determinado de moléculas dependiendo del bit transmitido.
Con respecto al movimiento de las moléculas, se implementa el modelo matemático Browniano dentro de la
componente Motion. Se considera dos tipos de Brownian Motion (BM), el simple y con deriva. El primero hace
referencia a un movimiento molecular libre; y el segundo hace referencia a un movimiento influenciado por la
dirección del fluido en el que se mueve. Por otro lado, el elemento fundamental en la simulación es el medium, el
cual gestiona los componentes Motion y Field. En el medium se implementa la ISI. Esta interferencia considera
las moléculas que se quedan moviendo en el medio y que llegan al receptor fuera de tiempo. Por último, para la
demodulación se ha modificado el receptor, de tal forma que utilice la técnica de detección de moléculas por
amplitud. Esta técnica demodula la información dependiendo del número de moléculas que hayan llegado en un
tiempo determinado. Todo el proceso mencionado, es aplicado en cuatro escenarios. Se considera un BM libre,
un BM con deriva, un BM libre delimitado por el medio y un BM con deriva delimitado por el medio.
Adicional a las modificaciones realizadas, se implementó un modelo de obtención de datos para el análisis
de los resultados, dónde se captura el movimiento de las moléculas y en caso de que lleguen al receptor se
registra el tiempo.
Como resultado, se obtiene el tren de pulsos de la concentración de moléculas en función del tiempo en
el receptor. También, se obtiene el tiempo delay, la amplitud del número de moléculas, el ancho de pulso y la
capacidad de canal en función de la distancia en el receptor. Además, se comparan los resultados obtenidos con
una investigación realizada en N3Sim para validar los resultados. Finalmente, se valida que la concentración en
el receptor utilizando el MPD implementado cumple con el modelo matemático establecido por segunda Ley de
Fick |
metadata.dc.description.degree: | Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones |
URI: | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/36091 |
Appears in Collections: | Tesis de Pregrado
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