나노넷워크

Nanonetwork
에 대한 일련의 기사의 일부
나노기술
영향 및 애플리케이션
나노소재
분자 자가 조립
나노전자공학
나노측정학
분자 나노기술
컴퓨터 네트워크 유형
공간적 범위별로
Data Networks classification by spatial scope.svg

나노네트웍이나 나노스케일 네트워크는 상호 연결된 나노마achine의 집합체(기기는 수백 나노미터 또는 최대 몇 마이크로미터)로, 컴퓨팅, 데이터 저장, 감지, 작동과 같은 매우 간단한 작업만 수행할 수 있다.[1][2] 나노네트웍스는 단일 나노기계가 정보를 조정, 공유, 융합할 수 있도록 해 복잡성과 운영 범위 측면에서 모두 역량을 확대할 것으로 기대된다. 나노넷웍스는 바이오의학 분야, 환경 연구, 군사 기술, 산업 및 소비재 응용 분야에서 나노기술의 새로운 응용을 가능하게 한다. 나노스케일 통신은 IEEE P1906.1에 정의되어 있다.

커뮤니케이션 접근 방식

나노스케일에 대해 고전적인 의사소통 패러다임을 수정할 필요가 있다. 나노스케일 내 통신에 대한 두 가지 주요 대안은 전자기 통신이나 분자 통신에 기초한다.

전자파

이것은 새로운 나노 물질에 기초한 구성 요소로부터 전자기 방사선의 전송과 수신으로 정의된다.[3] 최근의 탄소 및 분자 전자제품의 발전은 나노미터,[4] 나노 크기의 에너지 수확 시스템,[5] 나노 메모리,[6] 나노 크기의 논리 회로 그리고 심지어 나노-안테나 같은 새로운 세대의 전자 나노스케일 구성요소에 대한 문을 열었다.[7][8] 통신의 관점에서, 나노물질에서 관찰되는 고유한 특성은 전자기 방사선의 방출에 대한 특정 대역폭, 방출의 시간 지연 또는 주어진 입력 에너지에 대한 방출 전력의 크기를 결정하게 될 것이다.

당분간 나노스케일의 전자기 통신에 대한 두 가지 주요 대안이 구상되었다. 첫째, 나노라디오, 즉 진폭이나 주파수 변조 파형을 해독할 수 있는 전자 공진 탄소 나노튜브를 통해 전자파를 수신하고 분해할 수 있다는 것이 실험적으로 입증되었다.[9] 둘째,[10] 그래핀 기반의 나노안테나는 테라헤르츠 대역에서 잠재적 전자기 방사기로 분석되었다.

분자의

분자 통신은 분자에 의한 정보의 전송과 수신으로 정의된다.[11] 서로 다른 분자 통신 기법은 워커웨이 기반, 흐름 기반 또는 확산 기반 통신에서 분자 전파 유형에 따라 분류할 수 있다.

보행로 기반 분자 통신에서 분자는 분자 모터와 같은 운반체 물질을 사용하여 미리 정의된 경로를 통해 전파된다.[12] 이러한 유형의 분자 의사소통은 대장균 박테리아를 화학적 축으로 사용함으로써도 달성될 수 있다.[13]

유동 기반 분자 통신에서 분자는 유동과 난류가 유도되고 예측 가능한 유동 매체에서 확산을 통해 전파된다. 인체 내부의 혈류를 통한 호르몬 교신은 이러한 종류의 전파의 한 예다. 유량 기반 전파는 무작위 구성요소를 표시했음에도 불구하고 특정 경로를 따라 평균적으로 이동이 제약될 수 있는 운송 회사 실체를 사용함으로써 실현될 수 있다. 이 경우의 좋은 예는 페로몬 장거리 분자 통신에 의해 제시된다.[14]

확산 기반 분자 통신에서 분자는 유동 매체에서 자발적 확산을 통해 전파된다. 이 경우 분자는 오직 확산의 법칙만을 따를 수도 있고 유체 매체에 존재하는 예측 불가능한 난류의 영향을 받을 수도 있다. 페로몬이 공기나 물과 같은 유동적인 매체로 방출될 때 페로몬 통신은 확산 기반 구조의 한 예다. 이러한 종류의 수송의 다른 예로는 박테리아 사이의 정족수 감지뿐만 아니라 세포간의 칼슘 신호 전달이 있다.[15][16]

이상(자유) 확산의 거시적 이론에[17] 근거하여 유니캐스트 분자 통신 채널의 충동 반응이 이상 확산 기반 분자 통신 채널의 충동 반응이 시간적 확산을 경험한다는 것을 확인한 논문에서[18] 보고되었다. 이러한 시간적 확산은 예를 들어 수신 나노마친에서 심볼간 간섭(ISI)을 발생시키는 등 시스템의 성능에 깊은 영향을 미친다.[19] 농도에 인코딩된 분자신호를 검출하기 위해 샘플링 기반 검출(SD)과 에너지 기반 검출(ED)이라는 두 가지 검출 방법이 제안됐다.[20] SD 접근방식은 기호 지속시간 동안 적절한 순간에 채취한 샘플 1개의 농도 진폭에 기초하는 반면, ED 접근방식은 전체 기호 지속시간 동안 수신한 총 누적 분자 수에 기초한다. ISI의 영향을 줄이기 위해 제어된 펄스 폭 기반 분자 통신 체계가 분석되었다.[21] 에 제시된 연구는 이상적인 확산에 기반한 다층 진폭 변조가 실현 가능하다는 것을 보여주었다. 맥박 기반 이항[23] 및 부비동 기반,[24][25][26][27] 농도 인코딩 분자 통신 시스템에 대한 종합적인 연구도 연구되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ J. M. Jornet and M. Pierobon (November 2011). "Nanonetworks: A New Frontier in Communications". Communications of the ACM. 54 (11): 84–89. doi:10.1145/2018396.2018417.
  2. ^ Bush, S. F. (2010). Nanoscale Communication Networks. Artech House. ISBN 9781608070039.
  3. ^ Rutherglen, C.; Burke, P. J. (2009). "Nano-Electromagnetics: Circuit and Electromagnetic Properties of Carbon Nanotubes". Small. 5 (8): 884–906. doi:10.1002/smll.200800527. PMID 19358165.
  4. ^ Curtright, A. E.; Bouwman, P. J.; Wartane, R. C.; Swider-Lyons, K. E. (2004). "Power Sources for Nanotechnology". International Journal of Nanotechnology. 1: 226–239. Bibcode:2004IJNT....1..226C. doi:10.1504/IJNT.2004.003726.
  5. ^ Wang, Z. L. (2008). "Towards Self-Powered Nanosystems: From Nanogenerators to Nanopiezotronics". Advanced Functional Materials. 18 (22): 3553–3567. doi:10.1002/adfm.200800541.
  6. ^ Bennewitz, R.; Crain, J. N.; Kirakosian, A.; Lin, J.L.; McChesney, J. L.; Petrovykh, D. Y.; Himpsel, F. J. (2002). "Atomic scale memory at a silicon surface" (PDF). Nanotechnology. 13 (4): 499–502. arXiv:cond-mat/0204251. Bibcode:2002Nanot..13..499B. doi:10.1088/0957-4484/13/4/312. S2CID 15150349.
  7. ^ Burke, Peter J.; Li, Shengdong; Yu, Zhen (2006). "Quantitative theory of nanowire and nanotube antenna performance". IEEE Transactions on Nanotechnology. 5 (4): 314–334. arXiv:cond-mat/0408418. Bibcode:2006ITNan...5..314B. doi:10.1109/TNANO.2006.877430. S2CID 2764025.
  8. ^ Burke, Peter J.; Rutherglen, Chris; Yu, Zhen (2006). "Carbon Nanotube Antennas" (PDF). In Lakhtakia, Akhlesh; Maksimenko, Sergey A (eds.). Nanomodeling II. 6328. p. 632806. doi:10.1117/12.678970. S2CID 59322398.
  9. ^ Atakan, B.; Akan, O. (June 2010). "Carbon nanotube-based nanoscale ad hoc networks". IEEE Communications Magazine. 48 (6): 129–135. doi:10.1109/MCOM.2010.5473874. S2CID 20768350.
  10. ^ Jornet, J. M.; Akyildiz, Ian F. (April 2010). "Graphene-based Nano-antennas for Electromagnetic Nanocommunications in the Terahertz Band". Proc. Of EUCAP 2010, Fourth European Conference on Antennas and Propagation, Barcelona, Spain: 1–5. ISSN 2164-3342.
  11. ^ T. Nakano, A. Eckford, and T. Haraguchi (2013). Molecular Communication. Cambridge University Press. ISBN 978-1107023086.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  12. ^ Moore, M.; Enomoto, A.; Nakano, T.; Egashira, R.; Suda, T.; Kayasuga, A.; Kojima, H.; Sakakibara, H.; Oiwa, K. (March 2006). "A Design of a Molecular Communication System for Nanomachines Using Molecular Motors". Proc. Fourth Annual IEEE Conference on Pervasive Computing and Communications and Workshops.
  13. ^ Gregori, M.; Akyildiz, Ian F. (May 2010). "A New NanoNetwork Architecture using Flagellated Bacteria and Catalytic Nanomotors". IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 28 (4): 612–619. doi:10.1109/JSAC.2010.100510. S2CID 15166214.
  14. ^ Parcerisa, L.; Akyildiz, Ian F. (November 2009). "Molecular Communication Options for Long Range Nanonetworks". Computer Networks. 53 (16): 2753–2766. doi:10.1016/j.comnet.2009.08.001. hdl:2099.1/8361.
  15. ^ Barros, M. T. (2017). "Ca2+-signaling-based molecular communication systems: design and future research directions". Nano Communication Networks. 11: 103–113. doi:10.1016/j.nancom.2017.02.001.
  16. ^ "The challenge of molecular communication". Technology Review (Physics ArXiv Blog). 28 June 2010.
  17. ^ Berg, H.C. (1993). Random Walks in Biology. Princeton University Press. ISBN 9780691000640.
  18. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H. (20–23 January 2010). "Characterization of Molecular Communication Channel for Nanoscale Networks" (PDF). Proc. 3rd International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing (BIOSIGNALS-2010). Valencia, Spain: 327–332.
  19. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (2010). "On the characterization of binary concentration-encoded molecular communication in nanonetworks". Nano Communication Networks. 1 (4): 289–300. doi:10.1016/j.nancom.2011.01.001.
  20. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (26–29 January 2011). "On the Detection of Binary Concentration-Encoded Unicast Molecular Communication in Nanonetworks" (PDF). Proc. 4th International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing (BIOSIGNALS-2011). Rome, Italy: 446–449.
  21. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (8–11 May 2011). "Characterization of Intersymbol Interference in Concentration-Encoded Unicast Molecular Communication". Proc. 24th IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (IEEE CCECE-2011). Niagara Falls, ON: 000164–000168. doi:10.1109/CCECE.2011.6030431. ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 18387617.
  22. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (8–11 May 2011). "On the Characteristics of Concentration-Encoded Multi-Level Amplitude Modulated Unicast Molecular Communication". Proc. 24th IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (IEEE CCECE-2011). Niagara Falls, ON: 000312–000316. doi:10.1109/CCECE.2011.6030462. ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 1646397.
  23. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (15–18 August 2011). "A Comprehensive Study of Concentration-Encoded Unicast Molecular Communication with Binary Pulse Transmission". Proc. 11th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE NANO-2011). Portland, Oregon, USA: 227–232. doi:10.1109/NANO.2011.6144554. ISBN 978-1-4577-1516-7. S2CID 23577179.
  24. ^ Mahfuz, M.U.; Makrakis, D.; Mouftah, H.T. (26–29 October 2011). "Transient Characterization of Concentration-Encoded Molecular Communication with Sinusoidal Stimulation". Proc. 4th IEEE International Symposium on Applied Sciences in Biomedical and Communication Technologies (ISABEL-2011). Barcelona, Spain: 1–6. doi:10.1145/2093698.2093712. ISBN 9781450309134. S2CID 3490172.
  25. ^ Akyildiz, Ian F.; Brunetti, F.; Blazquez, C. (June 2008). "Nanonetworks: A New Communication Paradigm". Computer Networks. 52 (12): 2260–2279. doi:10.1016/j.comnet.2008.04.001.
  26. ^ Akyildiz, Ian F.; Jornet, J. M. (June 2010). "Electromagnetic Wireless Nanosensor Networks". Nano Communication Networks. 1 (1): 3–19. doi:10.1016/j.nancom.2010.04.001.
  27. ^ Akyildiz, Ian F.; Jornet, J. M. (December 2010). "The Internet of Nano-Things". IEEE Wireless Communications. 17 (6): 58–63. doi:10.1109/MWC.2010.5675779. S2CID 6919416.


외부 링크