Molecular communication (MC) engineering is inspired by the use of chemical signals as information carriers in cell biology. The biological nature of chemical signaling makes MC a promising methodology for interdisciplinary applications requiring communication between cells and other microscale devices. However, since the life sciences and communications engineering fields have distinct approaches to formulating and solving research problems, the mismatch between them can hinder the translation of research results and impede the development and implementation of interdisciplinary solutions. To bridge this gap, this survey proposes a novel communication hierarchy for MC signaling in cell biology and maps phenomena, contributions, and problems to the hierarchy. The hierarchy includes: 1) the Physical Signal Propagation level; 2) the Physical and Chemical Signal Interaction level; 3) the Signal-Data Interface level; 4) the Local Data Abstraction level; and 5) the Application level. To further demonstrate the proposed hierarchy, it is applied to case studies on quorum sensing, neuronal signaling, and communication via DNA. Finally, several open problems are identified for each level and the integration of multiple levels. The proposed hierarchy provides language for communication engineers to study and interface with biological systems, and also helps biologists to understand how communications engineering concepts can be exploited to interpret, control, and manipulate signaling in cell biology.

中文翻译：

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细胞生物学中分子通讯的调查：为跨学科应用建立新的层次结构

分子通讯 (MC) 工程的灵感来自于在细胞生物学中使用化学信号作为信息载体。化学信号的生物学性质使 MC 成为需要细胞和其他微型设备之间通信的跨学科应用的有前途的方法。然而，由于生命科学和通信工程领域有不同的方法来制定和解决研究问题，它们之间的不匹配会阻碍研究成果的转化，并阻碍跨学科解决方案的开发和实施。为了弥合这一差距，本次调查为细胞生物学中的 MC 信号传导提出了一种新的通信层次结构，并将现象、贡献和问题映射到层次结构中。层次结构包括： 1) 物理信号传播层；2) 理化信号相互作用水平；3) 信号-数据接口层；4) 本地数据抽象层；5) 应用层。为了进一步证明所提出的层次结构，它被应用于群体感应、神经元信号和通过 DNA 通信的案例研究。最后，针对每个级别和多个级别的集成确定了几个未解决的问题。提议的层次结构为通信工程师提供了研究生物系统和与生物系统交互的语言，还帮助生物学家了解如何利用通信工程概念来解释、控制和操纵细胞生物学中的信号。为了进一步证明所提出的层次结构，它被应用于群体感应、神经元信号和通过 DNA 通信的案例研究。最后，针对每个级别和多个级别的集成确定了几个未解决的问题。提议的层次结构为通信工程师提供了研究生物系统和与生物系统交互的语言，还帮助生物学家了解如何利用通信工程概念来解释、控制和操纵细胞生物学中的信号。为了进一步证明所提出的层次结构，它被应用于群体感应、神经元信号和通过 DNA 通信的案例研究。最后，针对每个级别和多个级别的集成确定了几个未解决的问题。提议的层次结构为通信工程师提供了研究生物系统和与生物系统交互的语言，还帮助生物学家了解如何利用通信工程概念来解释、控制和操纵细胞生物学中的信号。