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计算机科学 > 新兴技术

arXiv:2505.03629 (cs)
[提交于 2025年5月6日 ]

标题: DNA尾用于分子闪存

标题: DNA Tails for Molecular Flash Memory

Authors:Jin Sima, Chao Pan, S. Kasra Tabatabaei, Alvaro G. Hernandez, Charles M. Schroeder, Olgica Milenkovic
摘要: 基于DNA的数据存储系统由于DNA合成的高成本而面临实际挑战。 解决该问题的一种策略涉及通过DNA糖-磷酸主链的拓扑修改来编码数据。 DNA打孔卡系统在DNA主链上引入缺口(切割),每个缺口位点仅编码一位,限制了密度。 我们提出了一种存储范式\emph{DNA尾巴,},通过生长酶合成的不同长度的单链DNA,在缺口位点编码非二进制符号。 平均尾部长度编码多个信息位,并通过交错缺口-尾部延伸过程进行控制。 我们通过实验演示了这种编码方法的可行性,并确定了常见的错误来源,如校准错误和尾部生长受阻错误。 为了减轻校准错误,我们使用了为闪存提出的排名调制。 为了纠正尾部生长受阻错误,我们引入了一类新的排名调制码,可以纠正“卡住”错误。 我们的分析结果包括构造次优冗余排列码及其相应的编码和解码算法。
摘要: DNA-based data storage systems face practical challenges due to the high cost of DNA synthesis. A strategy to address the problem entails encoding data via topological modifications of the DNA sugar-phosphate backbone. The DNA Punchcards system, which introduces nicks (cuts) in the DNA backbone, encodes only one bit per nicking site, limiting density. We propose \emph{DNA Tails,} a storage paradigm that encodes nonbinary symbols at nicking sites by growing enzymatically synthesized single-stranded DNA of varied lengths. The average tail lengths encode multiple information bits and are controlled via a staggered nicking-tail extension process. We demonstrate the feasibility of this encoding approach experimentally and identify common sources of errors, such as calibration errors and stumped tail growth errors. To mitigate calibration errors, we use rank modulation proposed for flash memory. To correct stumped tail growth errors, we introduce a new family of rank modulation codes that can correct ``stuck-at'' errors. Our analytical results include constructions for order-optimal-redundancy permutation codes and accompanying encoding and decoding algorithms.
主题: 新兴技术 (cs.ET) ; 信息论 (cs.IT)
引用方式: arXiv:2505.03629 [cs.ET]
  (或者 arXiv:2505.03629v1 [cs.ET] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.03629
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jin Sima [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 5 月 6 日 15:28:23 UTC (2,920 KB)
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