Molecular communication (MC) is recently featured as a novel communication tool to connect individual biological nanorobots. It is expected that a large number of nanorobots can form large multi-agent MC systems through MC to accomplish complex and large-scale tasks that cannot be achieved by a single nanorobot. However, most previous models for MC systems assume a unidirectional diffusion communication channel and cannot capture the feedback between each nanorobot, which is important for multi-agent MC systems. In this paper, we introduce a system theoretic model for large-scale multi-agent MC systems using transfer functions, and then propose a method to analyze the stability for multi-agent MC systems. The proposed method decomposes the multi-agent MC system into multiple single-input and single-output (SISO) systems, which facilitates the application of simple analysis technique for SISO systems to the large-scale multi-agent MC system. Finally, we demonstrate the proposed method by analyzing the stability of a specific large-scale multi-agent MC system and clarify a parameter region to synchronize the states of nanorobots, which is important to make cooperative behaviors at a population level.


翻译:分子通信(MC)最近被描述为一种连接个体生物纳米机器人的新型通信工具。预计大量纳米机器人可通过MC形成大规模多智能体MC系统,以完成单个纳米机器人无法实现的复杂大规模任务。然而,以往大多数MC系统模型假设单向扩散通信信道,无法捕捉各纳米机器人间的反馈关系,而这种反馈对多智能体MC系统至关重要。本文利用传递函数建立了大规模多智能体MC系统的系统理论模型,并提出了一种分析多智能体MC系统稳定性的方法。该方法将多智能体MC系统分解为多个单输入单输出(SISO)系统,从而便于将SISO系统的简单分析技术应用于大规模多智能体MC系统。最后,我们通过分析特定大规模多智能体MC系统的稳定性验证了所提方法,并明确了实现纳米机器人状态同步的参数区域——这对群体层面的合作行为至关重要。

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