Nanonätverk

Ett nanonätverk eller nätverk i nanoskala är en uppsättning sammankopplade nanomaskiner (enheter som är några hundra nanometer eller högst några mikrometer stora), som bara kan utföra mycket enkla uppgifter som datoranvändning , datalagring , avkänning och aktivering. Nanonät förväntas utöka kapaciteten hos enstaka nanomaskiner både vad gäller komplexitet och funktionsområde genom att tillåta dem att koordinera, dela och sammansmälta information. Nanonätverk möjliggör nya tillämpningar av nanoteknik inom det biomedicinska området, miljöforskning , militärteknologi och industri- och konsumentvarutillämpningar . Kommunikation i nanoskala definieras i IEEE P1906.1 .

Kommunikationsmetoder

Klassiska kommunikationsparadigm behöver revideras för nanoskalan. De två huvudalternativen för kommunikation i nanoskalan bygger antingen på elektromagnetisk kommunikation eller på molekylär kommunikation.

Elektromagnetisk

Detta definieras som överföring och mottagning av elektromagnetisk strålning från komponenter baserade på nya nanomaterial . De senaste framstegen inom kol och molekylär elektronik har öppnat dörren till en ny generation av elektroniska komponenter i nanoskala som nanobatterier , nanoskala energiinsamlingssystem , nano-minnen, logiska kretsar i nanoskala och till och med nano-antenner. Ur ett kommunikationsperspektiv kommer de unika egenskaper som observeras i nanomaterial att avgöra bland annat de specifika bandbredderna för emission av elektromagnetisk strålning, tidsfördröjningen för emissionen eller storleken på den emitterade effekten för en given ingångsenergi.

För närvarande har man tänkt sig två huvudalternativ för elektromagnetisk kommunikation i nanoskalan. För det första har det experimentellt demonstrerats att det är möjligt att ta emot och demodulera en elektromagnetisk våg med hjälp av en nanoradio , dvs ett elektromekaniskt resonerande kolnanorör som kan avkoda en amplitud- eller frekvensmodulerad våg. För det andra har grafenbaserade nanoantenner analyserats som potentiella elektromagnetiska strålare i terahertzbandet .

Molekyl

Molekylär kommunikation definieras som överföring och mottagning av information med hjälp av molekyler. De olika molekylära kommunikationsteknikerna kan klassificeras efter typen av molekylförökning i walkaway-baserad, flödesbaserad eller diffusionsbaserad kommunikation.

I gångvägsbaserad molekylär kommunikation fortplantar sig molekylerna genom fördefinierade vägar genom att använda bärarämnen, såsom molekylära motorer . Denna typ av molekylär kommunikation kan också uppnås genom att använda E. coli- bakterier som kemotaxi .

I flödesbaserad molekylär kommunikation fortplantar sig molekylerna genom diffusion i ett fluidiskt medium vars flöde och turbulens är styrda och förutsägbara. Den hormonella kommunikationen genom blodströmmar inuti människokroppen är ett exempel på denna typ av förökning. Den flödesbaserade utbredningen kan också realiseras genom att använda bärarenheter vars rörelse kan begränsas i medeltal längs specifika banor, trots att de visar en slumpmässig komponent. Ett bra exempel på detta fall ges av feromonala långdistansmolekylära kommunikationer.

I diffusionsbaserad molekylär kommunikation fortplantar sig molekylerna genom spontan diffusion i ett flytande medium. I detta fall kan molekylerna enbart vara föremål för diffusionslagarna eller kan också påverkas av oförutsägbar turbulens som finns i det flytande mediet. Feromonal kommunikation, när feromoner släpps ut i ett flytande medium, såsom luft eller vatten, är ett exempel på diffusionsbaserad arkitektur. Andra exempel på denna typ av transport inkluderar kalciumsignalering bland celler, såväl som kvorumavkänning bland bakterier.

Baserat på den makroskopiska teorin om ideal (fri) diffusion rapporterades impulssvaret för en unicast molekylär kommunikationskanal i ett dokument som identifierade att impulssvaret för den ideala diffusionsbaserade molekylära kommunikationskanalen upplever tidsmässig spridning. Sådan tidsspridning har en djup inverkan på systemets prestanda, till exempel för att skapa intersymbolinterferens (ISI) vid den mottagande nanomaskinen. För att detektera den koncentrationskodade molekylära signalen har två detektionsmetoder benämnda provtagningsbaserad detektion (SD) och energibaserad detektion (ED) föreslagits. Medan SD-tillvägagångssättet är baserat på koncentrationsamplituden för endast ett prov taget vid ett lämpligt ögonblick under symbolvaraktigheten, är ED-metoden baserad på det totala ackumulerade antalet molekyler som tagits emot under hela symbolvaraktigheten. För att minska effekten av ISI har ett kontrollerat pulsbreddsbaserat molekylär kommunikationsschema analyserats. Arbetet som presenterades i visade att det är möjligt att realisera multilevel amplitudmodulation baserat på ideal diffusion. En omfattande studie av pulsbaserade binära och sinusbaserade, koncentrationskodade molekylära kommunikationssystem har också undersökts.

Se även

• IEEE P1906.1 Rekommenderad praxis för nanoskala och molekylär kommunikationsramverk

externa länkar

• IEEE Communications Society Bästa läsningar i nanoskala kommunikationsnätverk
• Stack Exchange-sida för frågor och svar på NanoNetworking
• Nätverk i nanoskala inom industrin
• Instruktioner för att gå med i arbetsgruppen P1906.1
• MONACO Project – Broadband Wireless Networking Laboratory vid Georgia Tech , Atlanta, Georgia, USA
• GRANET Project – Broadband Wireless Networking Laboratory vid Georgia Tech , Atlanta, Georgia, USA
• NaNoNetworking Center i Catalunya vid Universitat Politècnica de Catalunya , Barcelona, ​​Catalunya, Spanien
• Molekylär kommunikationsforskning vid York University , Toronto, Kanada
• Forskning om molekylär kommunikation vid University of Ottawa , Ottawa, Kanada
• Intelligence Networking Lab. vid Yonsei University , Korea
• Wiki om molekylär kommunikation vid University of California, Irvine , Kalifornien, USA
• Hemsida för IEEE Communications Society Emerging Technical Subcommittee för nanoskala, molekylärt och kvantnätverk.
• P1906.1 – Rekommenderad praxis för ramverk för nanoskala och molekylär kommunikation
• IEEE 802.15 Terahertz intressegrupp
• Nano Communication Networks (Elsevier) Journal
• Ett simuleringsverktyg för biologiska nätverk i nanoskala – Elsevier-presentation
• NanoNetworking Research Group (NRG) vid Boğaziçi University , Istanbul, Turkiet