식물‑곤충 VOC 기반 분자통신의 정보이론적 모델링

초록

본 논문은 식물과 곤충 사이의 휘발성 유기 화합물(VOC) 전달을 정보 이론적 관점에서 모델링한다. 송신 식물은 두 개의 이진 심볼을 서로 다른 VOC 블렌드로 인코딩하고, 바람에 의해 이동·확산되는 VOC는 수식(2)의 충격 응답으로 수신 곤충에 도달한다. 수신 측에서는 교차 결합성 후각 수용체가 VOC와 결합·해리하는 시간을 이산화된 시간 구간으로 기록하고, 구간별 결합 횟수를 다항분포(Multinomial)로 모델링한다. 이 확률 매핑을 기반으로 피셔 정보(Fisher Information)를 이용해 채널의 점근적 용량을 도출하고, 풍속·거리·방출 분자 수 등 환경 변수가 용량에 미치는 영향을 수치적으로 분석한다.

상세 분석

이 연구는 기존 분자통신(MC) 연구가 가정해 온 단일 분자·비간섭 수용체 모델을 탈피하여, 실제 식물‑곤충 시스템에서 관찰되는 다중 VOC 혼합물과 교차 결합성을 정량화한다. 송신 모델에서는 심볼 0과 1을 각각 서로 다른 VOC 비율(ρ₀, ρ₁)로 정의하고, 각 심볼당 총 방출 분자 수 N을 고정한다. 연속적인 블렌드 파라미터 s∈