Nanonetwork или наноразмерная сеть представляет собой набор соединенных между собой наномашины (устройства нескольких сот нанометров или несколько микрометров самой больший по размеру), которые способны выполнять только очень простые задачи , такие как вычисления , хранение данных , зондирование и приведения в действии. [1] [2] Наносети, как ожидается, расширят возможности отдельных наномашин как с точки зрения сложности, так и диапазона операций, позволяя им координировать, совместно использовать и объединять информацию. Наносети открывают новые возможности применения нанотехнологий в биомедицине ,экологические исследования, военные технологии, промышленные и потребительские товары . Связь в наномасштабе определена в IEEE P1906.1 .
Коммуникационные подходы
Парадигмы классической коммуникации должны быть пересмотрены с учетом наномасштаба. Две основные альтернативы коммуникации в наномасштабе основаны либо на электромагнитной коммуникации, либо на молекулярной коммуникации.
Электромагнитный
Это определяется как передача и прием электромагнитного излучения от компонентов на основе новых наноматериалов . [3] Последние достижения в углеродной и молекулярной электронике открыли двери для нового поколения электронных компонентов нанометрового уровня, таких как нанобатареи , [4] наноразмерные системы сбора энергии , [5] нанопамяти, [6] логические схемы в наномасштабе и даже наноантенны. [7] [8] С точки зрения коммуникации, уникальные свойства, наблюдаемые в наноматериалах, будут определять конкретную ширину полосы для излучения электромагнитного излучения, временную задержку излучения или величину излучаемой мощности для данной входной энергии, среди прочего другие.
В настоящее время предусмотрены две основные альтернативы электромагнитной связи в наномасштабе. Во-первых, было экспериментально продемонстрировано, что можно принимать и демодулировать электромагнитную волну с помощью нанорадио , то есть с помощью электромеханически резонирующей углеродной нанотрубки, которая способна декодировать модулированную по амплитуде или частоте волну. [9] Во-вторых, наноантенны на основе графена были проанализированы как потенциальные электромагнитные излучатели в терагерцовом диапазоне . [10]
Молекулярный
Молекулярная коммуникация определяется как передача и получение информации с помощью молекул. [11] Различные методы молекулярной коммуникации могут быть классифицированы в соответствии с типом распространения молекул в коммуникации на основе обхода, потока или диффузии.
В молекулярной коммуникации на основе пешеходных переходов молекулы распространяются заранее определенными путями с использованием веществ-носителей, таких как молекулярные двигатели . [12] Этот тип молекулярной коммуникации также может быть достигнут при использовании бактерий E. coli в качестве хемотаксиса . [13]
В молекулярной коммуникации на основе потоков молекулы распространяются посредством диффузии в текучей среде, поток и турбулентность которой управляемы и предсказуемы. Гормональные связи через кровь потоки внутри человеческого тела является примером такого типа распространения. Распространение на основе потока также может быть реализовано с использованием объектов-носителей, движение которых может быть ограничено в среднем по определенным путям, несмотря на отображение случайной составляющей. Хороший пример этого случая - молекулярные коммуникации дальнего действия феромонов . [14]
В молекулярной коммуникации, основанной на диффузии , молекулы распространяются посредством спонтанной диффузии в текучей среде. В этом случае молекулы могут подчиняться только законам диффузии или могут также подвергаться воздействию непредсказуемой турбулентности, присутствующей в текучей среде. Феромонная коммуникация, когда феромоны высвобождаются в текучую среду, такую как воздух или вода, является примером архитектуры, основанной на диффузии. Другие примеры этого вида транспорта включают передачу сигналов кальция между клетками [15], а также определение кворума среди бактерий. [16]
На основе макроскопической теории [17] идеальной (свободной) диффузии импульсный отклик одноадресного молекулярного канала связи был описан в статье [18], в которой было указано, что импульсный отклик идеального молекулярного канала связи, основанного на диффузии, распространяется во времени. Такое временное расширение оказывает глубокое влияние на производительность системы, например, на создание межсимвольной интерференции (ISI) на принимающей наномашине. [19] Для обнаружения молекулярного сигнала, закодированного по концентрации, были предложены два метода обнаружения, названные обнаружением на основе выборки (SD) и обнаружением на основе энергии (ED). [20] В то время как подход SD основан на амплитуде концентрации только одного образца, взятого в подходящий момент времени в течение продолжительности символа, подход ED основан на общем накопленном количестве молекул, полученных в течение всей продолжительности символа. Чтобы уменьшить влияние ISI, была проанализирована управляемая схема молекулярной коммуникации на основе ширины импульса. [21] Работа, представленная в [22], показала, что можно реализовать многоуровневую амплитудную модуляцию на основе идеальной диффузии. Также было проведено всестороннее исследование основанной на импульсах бинарной [23] и синусовой, [24] [25] [26] [27] системы молекулярной коммуникации с кодировкой концентрации.
Смотрите также
- IEEE P1906.1 Рекомендуемая практика для структуры наномасштабной и молекулярной коммуникации
Рекомендации
- ^ JM Jornet и М. Pierobon (ноябрь 2011). «Наносети: новый рубеж в коммуникациях» . Коммуникации ACM . 54 (11): 84–89. DOI : 10.1145 / 2018396.2018417 .
- ^ Буш, СФ (2010). Наноразмерные сети связи . Артек Хаус. ISBN 9781608070039.
- ^ Rutherglen, C .; Берк, П.Дж. (2009). «Наноэлектромагнетизм: схема и электромагнитные свойства углеродных нанотрубок». Маленький . 5 (8): 884–906. DOI : 10.1002 / smll.200800527 . PMID 19358165 .
- ^ Кертрайт, AE; Bouwman, PJ; Wartane, RC; Swider-Lyons, KE (2004). «Источники энергии для нанотехнологий». Международный журнал нанотехнологий . 1 : 226–239. Bibcode : 2004IJNT .... 1..226C . DOI : 10.1504 / IJNT.2004.003726 .
- ^ Ван, З.Л. (2008). «К автономным наносистемам: от наногенераторов до нанопьезотроники». Современные функциональные материалы . 18 (22): 3553–3567. DOI : 10.1002 / adfm.200800541 .
- ^ Bennewitz, R .; Crain, JN; Киракосян, А .; Lin, JL; McChesney, JL; Петровых Д.Ю .; Himpsel, FJ (2002). «Память атомного масштаба на поверхности кремния» (PDF) . Нанотехнологии . 13 (4): 499–502. arXiv : cond-mat / 0204251 . Bibcode : 2002Nanot..13..499B . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 13/4/312 . S2CID 15150349 .
- ^ Берк, Питер Дж .; Ли, Шэндун; Ю, Чжэнь (2006). «Количественная теория характеристик нанопроволок и антенн из нанотрубок». IEEE Transactions по нанотехнологиям . 5 (4): 314–334. arXiv : cond-mat / 0408418 . Bibcode : 2006ITNan ... 5..314B . DOI : 10.1109 / TNANO.2006.877430 . S2CID 2764025 .
- ^ Берк, Питер Дж .; Рутерглен, Крис; Ю, Чжэнь (2006). "Антенны на углеродных нанотрубках" (PDF) . В Лахтакии, Ахлеше; Максименко, Сергей А (ред.). Наномоделирование II . 6328 . п. 632806. дои : 10,1117 / 12,678970 . S2CID 59322398 .
- ^ Атакан, Б .; Акан, О. (июнь 2010 г.). «Специальные наноразмерные сети на основе углеродных нанотрубок». Журнал IEEE Communications . 48 (6): 129–135. DOI : 10,1109 / MCOM.2010.5473874 . S2CID 20768350 .
- ^ Jornet, JM; Акылдыз, Ян Ф. (апрель 2010 г.). «Наноантенны на основе графена для электромагнитной наносвязи в терагерцовом диапазоне» . Proc. Of EUCAP 2010, Четвертая Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн, Барселона, Испания : 1–5. ISSN 2164-3342 .
- ^ Т. Накано, А. Экфорд и Т. Харагути (2013). Молекулярная коммуникация . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1107023086.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Мур, М .; Enomoto, A .; Накано, Т .; Egashira, R .; Суда, Т .; Каясуга, А .; Kojima, H .; Sakakibara, H .; Оива, К. (март 2006 г.). «Дизайн системы молекулярной связи для наномашин с использованием молекулярных двигателей». Proc. Четвертая ежегодная конференция IEEE по повсеместным вычислениям и коммуникациям и семинары .
- ^ Грегори, М .; Акылдыз, Ян Ф. (май 2010 г.). «Новая архитектура наносети с использованием флагеллированных бактерий и каталитических наномоторов». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 28 (4): 612–619. DOI : 10.1109 / JSAC.2010.100510 . S2CID 15166214 .
- ^ Parcerisa, L .; Акылдыз, Ян Ф. (ноябрь 2009 г.). «Варианты молекулярной связи для наносетей большого радиуса действия». Компьютерные сети . 53 (16): 2753–2766. DOI : 10.1016 / j.comnet.2009.08.001 . ЛВП : 2099,1 / 8361 .
- ^ Баррос, MT (2017). «Молекулярные коммуникационные системы на основе Ca2 + -сигналов: разработка и направления будущих исследований» . Нано-коммуникационные сети . 11 : 103–113. DOI : 10.1016 / j.nancom.2017.02.001 .
- ^ «Проблема молекулярной коммуникации» . Обзор технологий (блог Physics ArXiv) . 28 июня 2010 г.
- ^ Берг, ХК (1993). Случайные блуждания в биологии . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691000640.
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, Х. (20–23 января 2010 г.). «Характеристика молекулярного канала связи для наноразмерных сетей» (PDF) . Proc. 3-я Международная конференция по биотехнологическим системам и обработке сигналов (BIOSIGNALS-2010) . Валенсия, Испания: 327–332.
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, HT (2010). «О характеристике бинарной молекулярной связи, кодируемой концентрацией, в наносетях» . Нано-коммуникационные сети . 1 (4): 289–300. DOI : 10.1016 / j.nancom.2011.01.001 .
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, ХТ (26–29 января 2011 г.). «Об обнаружении бинарной одноадресной молекулярной связи, закодированной по концентрации в наносетях» (PDF) . Proc. 4-я Международная конференция по биотехнологическим системам и обработке сигналов (BIOSIGNALS-2011) . Рим, Италия: 446–449.
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, ХТ (8–11 мая 2011 г.). "Характеристика межсимвольной интерференции в одноадресной молекулярной коммуникации, кодируемой концентрацией". Proc. 24-я канадская конференция IEEE по электротехнике и вычислительной технике (IEEE CCECE-2011) . Ниагарский водопад, Онтарио: 000164–000168. DOI : 10,1109 / CCECE.2011.6030431 . ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 18387617 .
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, ХТ (8–11 мая 2011 г.). "О характеристиках многоуровневой модулированной по амплитуде молекулярной коммуникации с кодированием концентрации". Proc. 24-я канадская конференция IEEE по электротехнике и вычислительной технике (IEEE CCECE-2011) . Ниагарский водопад, Онтарио: 000312–000316. DOI : 10,1109 / CCECE.2011.6030462 . ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 1646397 .
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, ХТ (15–18 августа 2011 г.). «Комплексное исследование одноадресной молекулярной связи с кодировкой концентрации с передачей двоичных импульсов». Proc. 11-я Международная конференция IEEE по нанотехнологиям (IEEE NANO-2011) . Портленд, Орегон, США: 227–232. DOI : 10.1109 / NANO.2011.6144554 . ISBN 978-1-4577-1516-7. S2CID 23577179 .
- ^ Mahfuz, MU; Makrakis, D .; Муфта, ХТ (26–29 октября 2011 г.). «Переходная характеристика закодированной концентрации молекулярной коммуникации с синусоидальной стимуляцией». Proc. 4-й Международный симпозиум IEEE по прикладным наукам в биомедицинских и коммуникационных технологиях (ISABEL-2011) . Барселона, Испания: 1–6. DOI : 10.1145 / 2093698.2093712 . ISBN 9781450309134. S2CID 3490172 .
- ^ Акылдыз, Ян Ф .; Brunetti, F .; Бласкес, К. (июнь 2008 г.). «Наносети: новая коммуникационная парадигма». Компьютерные сети . 52 (12): 2260–2279. DOI : 10.1016 / j.comnet.2008.04.001 .
- ^ Акылдыз, Ян Ф .; Джорнет, Дж. М. (июнь 2010 г.). «Беспроводные электромагнитные наносенсорные сети». Нано-коммуникационные сети . 1 (1): 3–19. DOI : 10.1016 / j.nancom.2010.04.001 .
- ^ Акылдыз, Ян Ф .; Джорнет, Дж. М. (декабрь 2010 г.). «Интернет нано-вещей». Беспроводная связь IEEE . 17 (6): 58–63. DOI : 10.1109 / MWC.2010.5675779 . S2CID 6919416 .
Внешние ссылки
- Лучшие чтения IEEE Communications Society по наноразмерным коммуникационным сетям
- Страница Stack Exchange для вопросов и ответов по NanoNetworking
- Наноразмерные сети в промышленности
- Инструкции по присоединению к Рабочей группе P1906.1
- Проект МОНАКО - Лаборатория широкополосных беспроводных сетей в Технологическом институте Джорджии , Атланта, Джорджия, США
- Проект ГРАНЕТ - Лаборатория широкополосных беспроводных сетей в Технологическом институте Джорджии , Атланта, Джорджия, США
- NaNoNetworking Center в Каталонии при Политехническом университете Каталонии , Барселона, Каталония, Испания
- Исследование молекулярной коммуникации в Йоркском университете , Торонто, Канада
- Исследование молекулярной коммуникации в Оттавском университете , Оттава, Канада
- Лаборатория разведки сетей. в Университете Йонсей , Корея
- Wiki по молекулярной коммуникации в Калифорнийском университете, Ирвин , Калифорния, США
- Главная страница в IEEE Communications Society Emerging технического подкомитета по наноуровне, молекулярной и квантовой Networking.
- P1906.1 - Рекомендуемая практика для структуры наномасштабной и молекулярной коммуникации
- Группа интересов IEEE 802.15 Terahertz
- Журнал Nano Communication Networks (Elsevier)
- Инструмент моделирования наноразмерных биологических сетей - презентация Elsevier
- NanoNetworking Research Group (NRG) в Университете Богазичи , Стамбул, Турция