Наносеть
Часть серии статей о |
Нанотехнологии |
---|
Влияние и применение |
Наноматериалы |
Молекулярная самосборка |
Наноэлектроника |
Нанометрология |
Молекулярная нанотехнология |
компьютерных сетей Типы по масштабу |
---|
Наносеть нанометров или наномасштабная сеть представляет собой набор взаимосвязанных наномашин (устройств размером в несколько сотен ) , или максимум несколько микрометров которые способны выполнять только очень простые задачи, такие как вычисления , хранение данных , распознавание и приведение в действие. [1] [2] Ожидается, что наносети расширят возможности отдельных наномашин как с точки зрения сложности, так и диапазона операций, позволяя им координировать, обмениваться и объединять информацию. Наносети открывают новые возможности применения нанотехнологий в биомедицинской области, исследованиях окружающей среды , военных технологиях, а также в промышленности и производстве потребительских товаров . Наномасштабная связь определена в IEEE P1906.1 .
Коммуникационные подходы
[ редактировать ]Классические коммуникационные парадигмы должны быть пересмотрены для наномасштаба. Две основные альтернативы коммуникации в наномасштабе основаны либо на электромагнитной связи, либо на молекулярной связи.
Электромагнитный
[ редактировать ]Это определяется как передача и прием электромагнитного излучения от компонентов на основе новых наноматериалов . [3] Последние достижения в области углеродной и молекулярной электроники открыли двери новому поколению электронных наноразмерных компонентов, таких как нанобатарейки . [4] наноразмерные сбора энергии , системы [5] нанопамять, [6] логические схемы в наномасштабе и даже наноантенны. [7] [8] С точки зрения коммуникации, уникальные свойства, наблюдаемые в наноматериалах, будут определять, среди прочего, конкретную полосу пропускания излучения электромагнитного излучения, временную задержку излучения или величину излучаемой мощности для данной входной энергии.
На данный момент рассматриваются две основные альтернативы электромагнитной связи в наномасштабе. Во-первых, экспериментально было продемонстрировано, что можно принимать и демодулировать электромагнитную волну с помощью нанорадио , то есть электромеханически резонирующей углеродной нанотрубки , которая способна декодировать амплитудно- или частотно-модулированную волну. [9] Во-вторых, наноантенны на основе графена были проанализированы как потенциальные электромагнитные излучатели в терагерцовом диапазоне . [10]
Молекулярный
[ редактировать ]Молекулярная коммуникация определяется как передача и прием информации посредством молекул. [11] Различные методы молекулярной связи можно классифицировать в зависимости от типа распространения молекул при общении на основе прохода, потока или диффузии.
При молекулярной коммуникации, основанной на дорожках , молекулы распространяются по заранее определенным путям с использованием веществ-носителей, таких как молекулярные моторы . [12] Этот тип молекулярной связи также может быть достигнут с помощью E. coli бактерий в качестве хемотаксиса . [13]
При молекулярной коммуникации , основанной на потоке , молекулы распространяются посредством диффузии в жидкой среде, поток и турбулентность которой являются управляемыми и предсказуемыми. Гормональная связь через потоки крови 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 наличие случайной составляющей. Хорошим примером этого случая являются феромональные молекулярные связи дальнего действия. [14]
При молекулярной коммуникации , основанной на диффузии , молекулы распространяются посредством спонтанной диффузии в жидкой среде. В этом случае молекулы могут подчиняться исключительно законам диффузии или могут также подвергаться воздействию непредсказуемой турбулентности, присутствующей в жидкой среде. Феромональная коммуникация, когда феромоны высвобождаются в жидкую среду, такую как воздух или вода, является примером архитектуры, основанной на диффузии. Другие примеры такого транспорта включают передачу сигналов кальция между клетками, [15] а также чувство кворума среди бактерий. [16]
На основе макроскопической теории [17] об идеальной (свободной) диффузии импульсный отклик одноадресного молекулярного канала связи был описан в статье [18] Это выявило, что импульсный отклик идеального канала молекулярной связи, основанного на диффузии, испытывает временное расширение. 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: обнаружение на основе выборки (SD) и обнаружение на основе энергии (ED). [20] В то время как подход SD основан на амплитуде концентрации только одной пробы, взятой в подходящий момент времени в течение продолжительности символа, подход ED основан на общем накопленном количестве молекул, полученных за всю длительность символа. Чтобы уменьшить влияние ISI, была проанализирована схема молекулярной связи на основе управляемой ширины импульса. [21] Работа представлена в [22] показали, что можно реализовать многоуровневую амплитудную модуляцию на основе идеальной диффузии. Комплексное исследование импульсных двоичных [23] и на основе синуса, [24] [25] [26] [27] Также были исследованы системы молекулярной связи, кодируемые концентрацией.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. М. Джорне и М. Пьеробон (ноябрь 2011 г.). «Наносети: новый рубеж в коммуникациях». Коммуникации АКМ . 54 (11): 84–89. дои : 10.1145/2018396.2018417 . S2CID 240230920 .
- ^ Буш, Сан-Франциско (2010). Наномасштабные сети связи . Артех Хаус. ISBN 9781608070039 .
- ^ Резерглен, К.; Берк, Пи Джей (2009). «Наноэлектромагнетизм: схема и электромагнитные свойства углеродных нанотрубок». Маленький . 5 (8): 884–906. дои : 10.1002/smll.200800527 . ПМИД 19358165 .
- ^ Куртрайт, А.Е.; Бауман, П.Дж.; Вартане, RC; Свидер-Лайонс, Кентукки (2004). «Источники энергии для нанотехнологий». Международный журнал нанотехнологий . 1 : 226–239. Бибкод : 2004IJNT....1..226C . дои : 10.1504/IJNT.2004.003726 .
- ^ Ван, ЗЛ (2008). «На пути к автономным наносистемам: от наногенераторов к нанопьезотронике». Передовые функциональные материалы . 18 (22): 3553–3567. дои : 10.1002/adfm.200800541 . S2CID 43937604 .
- ^ Бенневиц, Р.; Крейн, Дж. Н.; Киракосян А.; Лин, Дж.Л.; Макчесни, Дж.Л.; Петровых, Д.Ю.; Химпсель, Ф.Дж. (2002). «Память атомного масштаба на поверхности кремния». Нанотехнологии . 13 (4): 499–502. arXiv : cond-mat/0204251 . Бибкод : 2002Nanot..13..499B . дои : 10.1088/0957-4484/13/4/312 . S2CID 15150349 .
- ^ Берк, Питер Дж.; Ли, Шэндун; Ю, Чжэнь (2006). «Количественная теория характеристик антенн из нанопроволок и нанотрубок». Транзакции IEEE по нанотехнологиям . 5 (4): 314–334. arXiv : cond-mat/0408418 . Бибкод : 2006ITNan...5..314B . дои : 10.1109/TNANO.2006.877430 . S2CID 2764025 .
- ^ Берк, Питер Дж.; Резерглен, Крис; Ю, Чжэнь (2006). «Антенны из углеродных нанотрубок» (PDF) . В Лахтакии Ахлеш; Максименко, Сергей А (ред.). Наномоделирование II . Том. 6328. с. 632806. дои : 10.1117/12.678970 . S2CID 59322398 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 июня 2021 года . Проверено 10 июня 2021 г.
- ^ Атакан, Б.; Акан, О. (июнь 2010 г.). «Специальные наноразмерные сети на основе углеродных нанотрубок». Журнал коммуникаций IEEE . 48 (6): 129–135. дои : 10.1109/MCOM.2010.5473874 . S2CID 20768350 .
- ^ Джорнет, Дж. М.; Акилдиз, Ян Ф. (апрель 2010 г.). «Наноантенны на основе графена для электромагнитной наносвязи в терагерцовом диапазоне» . Учеб. EUCAP 2010, Четвертая Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн, Барселона, Испания : 1–5. ISSN 2164-3342 . Архивировано из оригинала 19 января 2018 года . Проверено 10 июня 2021 г.
- ^ Т. Накано; А. Экфорд; Т. Харагути (2013). Молекулярная связь . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1107023086 .
- ^ Мур, М.; Эномото, А.; Накано, Т.; Эгашира, Р.; Суда, Т.; Каясуга, А.; Кодзима, Х.; Сакакибара, Х.; Оива, К. (март 2006 г.). «Проект системы молекулярной связи для наномашин с использованием молекулярных двигателей». Учеб. Четвертая ежегодная конференция IEEE по всеобъемлющим вычислениям и коммуникациям и семинары .
- ^ Грегори, М.; Акилдиз, Ян Ф. (май 2010 г.). «Новая архитектура наносети с использованием жгутиковых бактерий и каталитических наномоторов». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 28 (4): 612–619. дои : 10.1109/JSAC.2010.100510 . S2CID 15166214 .
- ^ Парсериса, Л.; Акилдиз, Ян Ф. (ноябрь 2009 г.). «Варианты молекулярной связи для наносетей большого радиуса действия». Компьютерные сети . 53 (16): 2753–2766. дои : 10.1016/j.comnet.2009.08.001 . hdl : 2099.1/8361 .
- ^ Баррос, Монтана (2017). «Системы молекулярной связи на основе Ca2+-сигнализации: проектирование и будущие направления исследований» . Нанокоммуникационные сети . 11 : 103–113. дои : 10.1016/j.nancom.2017.02.001 . Архивировано из оригинала 23 апреля 2024 года . Проверено 16 августа 2017 г.
- ^ «Проблема молекулярной коммуникации» . Обзор технологий (блог Physics ArXiv) . 28 июня 2010 г. Архивировано из оригинала 20 января 2021 г. Проверено 10 июня 2021 г.
- ^ Берг, ХК (1993). Случайные блуждания по биологии . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691000640 .
- ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, Х. (20–23 января 2010 г.). «Характеристика молекулярного канала связи для наномасштабных сетей» (PDF) . Учеб. 3-я Международная конференция по биотехнологическим системам и обработке сигналов (БИОСИГНАЛЫ-2010) . Валенсия, Испания: 327–332. Архивировано из оригинала (PDF) 20 сентября 2015 года . Проверено 10 июня 2021 г.
- ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (2010). «О характеристике молекулярной связи, кодируемой бинарной концентрацией, в наносетях» . Нанокоммуникационные сети . 1 (4): 289–300. дои : 10.1016/j.nancom.2011.01.001 . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 6 мая 2012 г.
- ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (26–29 января 2011 г.). «Об обнаружении одноадресной молекулярной связи, закодированной двоичной концентрацией, в наносетях» (PDF) . Учеб. 4-я Международная конференция по биотехнологическим системам и обработке сигналов (БИОСИГНАЛЫ-2011) . Рим, Италия: 446–449. Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2021 года . Проверено 10 июня 2021 г.
- ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (8–11 мая 2011 г.). «Характеристика межсимвольной интерференции в одноадресной молекулярной связи с концентрационным кодированием». 2011 24-я Канадская конференция по электротехнике и вычислительной технике (CCECE) . Ниагарский водопад, Онтарио. стр. 000164–000168. дои : 10.1109/CCECE.2011.6030431 . ISBN 978-1-4244-9788-1 . S2CID 18387617 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (8–11 мая 2011 г.). «О характеристиках концентрационно-кодированной многоуровневой амплитудно-модулированной одноадресной молекулярной связи». 2011 24-я Канадская конференция по электротехнике и вычислительной технике (CCECE) . Ниагарский водопад, Онтарио. стр. 000312–000316. дои : 10.1109/CCECE.2011.6030462 . ISBN 978-1-4244-9788-1 . S2CID 1646397 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Махфуз, Мьюзик; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (15–18 августа 2011 г.). «Комплексное исследование одноадресной молекулярной связи с концентрационным кодированием и передачей двоичных импульсов». 2011 11-я Международная конференция IEEE по нанотехнологиям . Портленд, Орегон, США. стр. 227–232. дои : 10.1109/NANO.2011.6144554 . ISBN 978-1-4577-1516-7 . S2CID 23577179 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Махфуз, Мьюзикл; Макракис, Д.; Муфта, ХТ (26–29 октября 2011 г.). «Переходная характеристика молекулярной связи, кодируемой концентрацией, с синусоидальной стимуляцией». Материалы 4-го Международного симпозиума по прикладным наукам в области биомедицинских и коммуникационных технологий . Барселона, Испания. стр. 1–6. дои : 10.1145/2093698.2093712 . ISBN 9781450309134 . S2CID 3490172 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Акилдиз, Ян Ф.; Брунетти, Ф.; Бласкес, К. (июнь 2008 г.). «Наносети: новая коммуникационная парадигма». Компьютерные сети . 52 (12): 2260–2279. дои : 10.1016/j.comnet.2008.04.001 .
- ^ Акилдиз, Ян Ф.; Хорнет, JM (июнь 2010 г.). «Электромагнитные беспроводные наносенсорные сети». Нанокоммуникационные сети . 1 (1): 3–19. дои : 10.1016/j.nancom.2010.04.001 .
- ^ Акилдиз, Ян Ф.; Джорнет, JM (декабрь 2010 г.). «Интернет нановещей». Беспроводная связь IEEE . 17 (6): 58–63. дои : 10.1109/MWC.2010.5675779 . S2CID 6919416 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Лучшие материалы Общества связи IEEE по наномасштабным коммуникационным сетям
- Страница обмена стеками для вопросов и ответов по NanoNetworking
- Наномасштабные сети в промышленности
- Инструкции по присоединению к рабочей группе P1906.1
- широкополосных беспроводных сетей Проект МОНАКО – Лаборатория Технологического института Джорджии , Атланта, Джорджия, США
- Проект GRANET – Лаборатория широкополосных беспроводных сетей в Технологическом институте Джорджии , Атланта, Джорджия, США
- Центр NaNoNetworking в Каталонии при Политехническом университете Каталонии , Барселона, Каталония, Испания
- Исследования молекулярной связи в Йоркском университете , Торонто, Канада.
- Исследования в области молекулярной связи в Оттавском университете , Оттава, Канада
- Лаборатория разведывательных сетей. в Университете Ёнсей , Корея
- Wiki по молекулярной связи в Калифорнийском университете, Ирвайн , Калифорния, США
- Домашняя страница нового технического подкомитета Общества связи IEEE по наномасштабным, молекулярным и квантовым сетям.
- P1906.1 – Рекомендуемая практика для наномасштабной и молекулярной структуры связи
- Группа по интересам IEEE 802.15 Терагерцового диапазона
- Журнал «Нанокоммуникационные сети» (Elsevier)
- Инструмент моделирования наноразмерных биологических сетей – презентация Elsevier
- Группа исследований наносетей (NRG) в Университете Богазичи , Стамбул, Турция