Discrete mathematical approach for suitable coding scheme on DNA strorage

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K11833
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60010:Theory of informatics-related
• Research Institution: Nagaoka University of Technology (2021-2022); Shonan Institute of Technology (2019-2020)
• Principal Investigator: Manada Akiko 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20631138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 太田 隆博 専修大学, ネットワーク情報学部, 教授 (60579001)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: DNAストレージ / グラフ理論 / データ系列制約 / キャパシティ / データ圧縮

Outline of Final Research Achievements

DNA storage media, storage media consisting of DNA strands, are promising data storage media in the next generation from the perspective of ultra long lifespan and high density. On the other hand, “the low cost in reading/writing data” and “error robustness performances” are important issues, and suitable methods to approach these issues are highly demanded for the practical use of the media.
In this study, we proposed suitable coding schemes by concerning constraints on data sequences and data compression schemes. More precisely, we utilized the concepts of constrained coding and data compression based on circular strings, and evaluated their effectiveness.

Free Research Field

情報理論基礎

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DNAストレージの実用化に向けての「低コスト」かつ「信頼性」の観点から，主としてDNAの系列に関した研究成果をあげている．具体的には，DNAに適したデータ系列を考慮し，その系列にどのように符号化するか着目した成果である．つまり，系列の観点から「効率的に誤り耐性を持たせる」ことを論じているため，単体として使用した場合はもちろんのこと，ランダムに起きた誤りを修正する「誤り訂正」と融合させることで更なる有効性が期待できる．このような基礎的研究を基盤としてDNAストレージが実用化されれば，ビッグデータをコンパクトに保存することが現実的となり，社会的貢献は非常に高いと言える．