Una nanorred o red a nanoescala es un conjunto de nanomáquinas interconectadas (dispositivos de unos pocos cientos de nanómetros o unos pocos micrómetros de tamaño como máximo), que solo pueden realizar tareas muy simples como la computación , el almacenamiento de datos , la detección y la actuación. [1] [2] Se espera que las nanorredes amplíen las capacidades de las nanomáquinas individuales, tanto en términos de complejidad como de rango de operación, permitiéndoles coordinar, compartir y fusionar información. Las nanorredes permiten nuevas aplicaciones de la nanotecnología en el campo biomédico ,investigación ambiental , tecnología militar y aplicaciones industriales y de bienes de consumo . La comunicación a nanoescala se define en IEEE P1906.1 .
Enfoques de comunicación
Los paradigmas de la comunicación clásica deben revisarse para la nanoescala. Las dos principales alternativas de comunicación a nanoescala se basan en la comunicación electromagnética o en la comunicación molecular.
Electromagnético
Esto se define como la transmisión y recepción de radiación electromagnética de componentes basados en nuevos nanomateriales . [3] Los avances recientes en el carbono y la electrónica molecular han abierto la puerta a una nueva generación de componentes electrónicos a nanoescala tales como nanobaterías , [4] sistemas de recolección de energía a nanoescala , [5] nano-memorias, [6] circuitos lógicos en la nanoescala y incluso nano antenas. [7] [8] Desde una perspectiva de comunicación, las propiedades únicas observadas en los nanomateriales decidirán los anchos de banda específicos para la emisión de radiación electromagnética, el tiempo de retraso de la emisión o la magnitud de la potencia emitida para una determinada energía de entrada, entre otros.
Por el momento, se han previsto dos alternativas principales para la comunicación electromagnética en la nanoescala. En primer lugar, se ha demostrado experimentalmente que es posible recibir y demodular una onda electromagnética mediante una nanoradio , es decir, un nanotubo de carbono que resuena electromecánicamente y que es capaz de decodificar una onda modulada en amplitud o frecuencia. [9] En segundo lugar, las nano antenas basadas en grafeno se han analizado como posibles radiadores electromagnéticos en la banda de terahercios . [10]
Molecular
La comunicación molecular se define como la transmisión y recepción de información por medio de moléculas. [11] Las diferentes técnicas de comunicación molecular pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de propagación de moléculas en comunicación basada en el desplazamiento, basada en flujo o basada en difusión.
En la comunicación molecular basada en pasarelas , las moléculas se propagan a través de rutas predefinidas mediante el uso de sustancias portadoras, como motores moleculares . [12] Este tipo de comunicación molecular también se puede lograr mediante el uso de bacterias E. coli como quimiotaxis . [13]
En la comunicación molecular basada en el flujo , las moléculas se propagan por difusión en un medio fluídico cuyo flujo y turbulencia son guiados y predecibles. La comunicación hormonal a través del torrente sanguíneo dentro del cuerpo humano es un ejemplo de este tipo de propagación. La propagación basada en flujo también se puede realizar mediante el uso de entidades portadoras cuyo movimiento se puede restringir en promedio a lo largo de rutas específicas, a pesar de mostrar un componente aleatorio. Un buen ejemplo de este caso lo dan las comunicaciones moleculares de feromonas de largo alcance. [14]
En la comunicación molecular basada en difusión , las moléculas se propagan mediante difusión espontánea en un medio fluídico. En este caso, las moléculas pueden estar sujetas únicamente a las leyes de difusión o también pueden verse afectadas por turbulencias no predecibles presentes en el medio fluídico. La comunicación de feromonas, cuando las feromonas se liberan en un medio fluídico, como el aire o el agua, es un ejemplo de arquitectura basada en la difusión. Otros ejemplos de este tipo de transporte incluyen la señalización de calcio entre las células, [15] así como la detección de quórum entre las bacterias. [dieciséis]
Basado en la teoría macroscópica [17] de la difusión ideal (libre), la respuesta al impulso de un canal de comunicación molecular unidifusión fue reportada en un artículo [18] que identificó que la respuesta al impulso del canal de comunicación molecular basado en la difusión ideal experimenta una expansión temporal. Tal propagación temporal tiene un impacto profundo en el rendimiento del sistema, por ejemplo en la creación de la interferencia entre símbolos (ISI) en la nanomáquina receptora. [19] Para detectar la señal molecular codificada en concentración, se han propuesto dos métodos de detección denominados detección basada en muestreo (SD) y detección basada en energía (ED). [20] Mientras que el enfoque SD se basa en la amplitud de concentración de una sola muestra tomada en un instante de tiempo adecuado durante la duración del símbolo, el enfoque ED se basa en el número total acumulado de moléculas recibidas durante toda la duración del símbolo. Con el fin de reducir el impacto de ISI, se ha analizado un esquema de comunicación molecular basado en ancho de pulso controlado. [21] El trabajo presentado en [22] mostró que es posible realizar modulación de amplitud multinivel basada en la difusión ideal. También se ha investigado un estudio exhaustivo del sistema de comunicación molecular binario [23] basado en pulsos y basado en seno, [24] [25] [26] [27] codificado por concentración.
Ver también
- IEEE P1906.1 Práctica recomendada para el marco de comunicación molecular y a nanoescala
Referencias
- ^ JM Jornet y M. Pierobon (noviembre de 2011). "Nanredes: una nueva frontera en las comunicaciones" . Comunicaciones de la ACM . 54 (11): 84–89. doi : 10.1145 / 2018396.2018417 .
- ^ Redes de comunicación a nanoescala, Bush, SF, ISBN 978-1-60807-003-9 , Artech House, 2010. [1]
- ^ C. Rutherglen y PJ Burke "Nanoelectromagnetics: circuito y propiedades electromagnéticas de los nanotubos de carbono", Small, 5 (8), 884-906 (2009)
- ^ AE Curtright, PJ Bouwman, RC Wartane y KE Swider-Lyons, "Fuentes de energía para la nanotecnología", Revista internacional de nanotecnología, vol. 1, págs. 226-239, 2004.
- ^ ZL Wang, "Hacia nanosistemas autoamplificados: de nanogeneradores a nanopiezotrónicos", Materiales funcionales avanzados, vol. 18, págs. 3553–3567, 2008.
- ^ Bennewitz, R .; Crain, JN; Kirakosian, A .; Lin, J.-L .; McChesney, JL; Petrovykh, DY & Himpsel, FJ Memoria a escala atómica en una superficie de silicio Nanotecnología, vol. 13, págs. 499–502, 2002.
- ^ Peter J. Burke, Shengdong Li, Zhen Yu "Teoría cuantitativa del rendimiento de antenas de nanocables y nanotubos", transacciones IEEE sobre nanotecnología vol. 5 n. 4, págs. 314–334, 2006.
- ^ Peter J. Burke, Chris Rutherglen y Zhen Yu, "Antenas de nanotubos de carbono", en Proc. SPIE Int. Soc. Optar. Eng. 6328, 632806-1, 2006.
- ^ B. Atakan y O. Akan, "Redes ad hoc de nanoescala basadas en nanotubos de carbono", IEEE Communications Magazine, vol. 48, n. 6, págs. 129-135, junio de 2010.
- ^ JM Jornet e Ian F. Akyildiz , "Nano antenas basadas en grafeno para nanocomunicaciones electromagnéticas en la banda de terahercios", en Proc. de EUCAP 2010, Cuarta Conferencia Europea sobre Antenas y Propagación, Barcelona, España, abril de 2010.
- ^ T. Nakano, A. Eckford y T. Haraguchi (2013). Comunicación molecular . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-1107023086.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ M. Moore, A. Enomoto, T. Nakano, R. Egashira, T. Suda, A. Kayasuga, H. Kojima, H. Sakakibara y K. Oiwa, "Un diseño de un sistema de comunicación molecular para nanomáquinas usando moléculas Motores ", en Proc. Cuarta Conferencia Anual de IEEE sobre Computación Pervasiva y Comunicaciones y Talleres, marzo de 2006
- ^ M. Gregori e Ian F. Akyildiz , "Una nueva arquitectura de nanored usando bacterias flageladas y nanomotores catalíticos", IEEE JSAC (Revista de áreas seleccionadas en comunicaciones), vol. 28, núm. 4, págs. 612–619, mayo de 2010.
- ^ L. Parcerisa y Ian F. Akyildiz , "Opciones de comunicación molecular para nanorredes de largo alcance", Revista de redes de computadoras (Elsevier), vol. 53, núm. 16, págs. 2753–2766, noviembre de 2009.
- ^ MT Barros. "Sistemas de comunicación molecular basados en señalización de Ca2 +: diseño y direcciones de investigación futuras". Redes de comunicación nano de Elsevier. vol 11, págs. 103-113. 2017. [2]
- ^ "El desafío de la comunicación molecular", Technology Review (blog Physics arXiv), 28 de junio de 2010. [3]
- ^ HC Berg (1993). Paseos aleatorios en biología, Princeton University Press, Nueva Jersey, EE. UU.
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y H. Mouftah, "Caracterización del canal de comunicación molecular para redes a nanoescala", en Proc. Tercera Conferencia Internacional sobre Sistemas Bioinspirados y Procesamiento de Señales (BIOSIGNALS-2010), Valencia, España, 20–23 de enero de 2010, págs. 327–332. [4]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y HT Mouftah "Sobre la caracterización de la comunicación molecular codificada por concentración binaria en nanorredes", Nano Communication Networks Journal, Elsevier Science, Vol.1 (2010), págs. 289-300. [5]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y H. Mouftah, "Sobre la detección de comunicación molecular unidifusión codificada por concentración binaria en nanorredes", en Proc. 4ª Conferencia Internacional sobre Sistemas Bioinspirados y Procesamiento de Señales (BIOSIGNALS-2011), Roma, Italia, 26–29 de enero de 2011, págs. 446–449. [Resumen] [. Pdf] (Documento n. ° 74) [6]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y H. Mouftah, "Caracterización de la interferencia entre símbolos en la comunicación molecular unidifusión codificada por concentración", en Proc. 24ª Conferencia Canadiense de IEEE sobre Ingeniería Eléctrica e Informática (IEEE CCECE-2011), Niagara Falls, ON, 8-11 de mayo de 2011. [7]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y H. Mouftah, "Sobre las características de la comunicación molecular unicast modulada en amplitud multinivel codificada por concentración", en Proc. 24ª Conferencia Canadiense de IEEE sobre Ingeniería Eléctrica e Informática (IEEE CCECE-2011), Niagara Falls, ON, 8-11 de mayo de 2011. [8]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y HT Mouftah, "Un estudio completo de la comunicación molecular unidifusión codificada por concentración con transmisión de pulso binario", en Proc. XI Conferencia Internacional IEEE sobre Nanotecnología (IEEE NANO-2011), Oregón, EE. UU., 15-18 de agosto de 2011. [9]
- ^ MU Mahfuz, D. Makrakis y HT Mouftah, "Caracterización transitoria de la comunicación molecular codificada por concentración con estimulación sinusoidal", en Proc. IV Simposio Internacional IEEE sobre Ciencias Aplicadas en Tecnologías Biomédicas y de la Comunicación (ISABEL-2011), Barcelona, España, 26-29 de octubre de 2011. [10]
- ^ Ian F. Akyildiz , F. Brunetti y C. Blazquez, "Nanonetworks: Un nuevo paradigma de la comunicación", Computer Networks Elsevier Journal, vol. 52, n. 12, págs. 2260–2279, junio de 2008.
- ^ Ian F. Akyildiz y JM Jornet, "Redes de nanosensores inalámbricos electromagnéticos", Nano Communication Networks Elsevier Journal, vol. 1, n. 1, págs. 3 a 19, junio de 2010.
- ^ Ian F. Akyildiz y JM Jornet, "La Internet de las nano-cosas", Revista de comunicaciones inalámbricas IEEE, vol. 17, n. 6, págs. 58–63, diciembre de 2010.
enlaces externos
https://techieraza.com/
- IEEE Communications Society Mejores lecturas en redes de comunicación a nanoescala
- Página de intercambio de pila para preguntas y respuestas sobre NanoNetworking
- Redes a nanoescala en la industria
- Instrucciones para unirse al grupo de trabajo P1906.1
- Proyecto MONACO - Laboratorio de redes inalámbricas de banda ancha en Georgia Tech , Atlanta, Georgia, EE. UU.
- Proyecto GRANET - Laboratorio de redes inalámbricas de banda ancha en Georgia Tech , Atlanta, Georgia, EE. UU.
- NaNoNetworking Center in Catalunya at Universitat Politècnica de Catalunya , Barcelona, Catalunya, España
- Investigación en comunicación molecular en la Universidad de York , Toronto, Canadá
- Investigación sobre comunicación molecular en la Universidad de Ottawa , Ottawa, Canadá
- Laboratorio de redes de inteligencia. en la Universidad de Yonsei , Corea
- Wiki sobre comunicación molecular en la Universidad de California, Irvine , California, EE. UU.
- Página de inicio del Subcomité Técnico Emergente de la Sociedad de Comunicaciones de IEEE sobre redes de nanoescala, molecular y cuántica.
- P1906.1 - Práctica recomendada para el marco de comunicación molecular y a nanoescala
- Grupo de interés IEEE 802.15 Terahertz
- Revista de Nano Communication Networks (Elsevier)
- Una herramienta de simulación para redes biológicas a nanoescala - Presentación de Elsevier
- NanoNetworking Research Group (NRG) de la Universidad de Bogazici , Estambul, Turquía