Minimum energy channel and network coding with applications in nanoscale communications

Kanal kodlaması, bilgi kuramının kurucusu olan Claude E. Shannon'ın işaret ettiği şekilde, kanal kapasitesine erişmek ve güvenilir haberleşme sağlamak için, gönderilen bilgide yedeklilik kullanılmasına verilen isimdir. Bu tezde, literatürde ilk defa, öncelikli amacı harcanan enerjiyi en aza indirmek olan güvenilir bir kanal kodlaması (MEC) geliştirilmiştir. MEC, modülasyon yöntemi olarak dur-başla anahtarlamanın kullanıldığı varsayılarak, en az enerjiyi sağlamak için, kod ağırlığını en aza indirmektedir. Araştırmadaki temel motivasyon, nano boyutlardaki cihazlar arasındaki haberleşmeyi sağlayacak, enerjiyi verimli kullanan haberleşme teknikleri geliştirilmesi ihtiyacı olmuştur. Boyutlarından dolayı, haberleşebilen nanocihazlar çok küçük miktarlarda enerji bütçesine sahiptir. Bu da kullanılan tekniklerin enerjiyi en aza indirecek şekilde tasarlanmasını gerektirmektedir. Önerilen kanal kodunun,verici düğümdeki kaynak küme büyüklüğünün, kanalın sembol hata olasılığından küçük olması şartıyla, gecikmesi ayarlanarak istenen güvenilirliği sağladığı gösterilmiştir. Önerilen kanal kodunun en az enerji harcanmasını sağladığı ve güvenilir olduğu ispatlanarak, nano algılayıcı ağlarında etkin bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Ayrıca bu kanal kodunun dağınık nano ağlarda, koordinesiz düğümlerden kaynaklanan girişime karşı güvenilirliği incelenmiş, kanal kodunun desteklediği en fazla nano düğüm yoğunluğu bulunmuş, ve düzensizağlardaki veri hızı, gecikme ve enerji ödünleşmesi incelenmiştir. Son olarak, literatürde ilk defa, en az enerjiyi sağlayan ağ kodlaması (MENC) geliştirilmiştir. Her kanaldaki enerjiyi en aza indirmek amacıyla düğümlerin MEC uyguladığı kabul edilmiştir. Buna göre MENC, ağ kodlaması yapan iki gelen ve bir giden bağlantıya sahip düğümlerde, bütün işlevler, yani ağ kodları, arasında en az enerjiyi sağlayan olarak seçilmiştir. MEC'te olduğu gibi, MENC de ağ kodlaması yapan düğümlerde en az kod ağırlığını sağlayarak enerjiyi en aza indirmektedir.