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ナノネットワーク またはナノスケールネットワークは、コンピューティング、データ保存、センシング、アクチュエーションなどの非常に単純なタスクのみを実行できる相互接続されたナノマシン（サイズが数百ナノメートルまたは最大で数マイクロメートルのデバイス）のセットです。 [1] [2]ナノネットワークは、情報の調整、共有、融合を可能にすることで、複雑さと動作範囲の両方の点で単一のナノマシンの機能を拡張すると期待されています。ナノネットワークにより、バイオメディカル分野、環境研究、軍事技術、産業および消費財アプリケーションでのナノテクノロジーの新しいアプリケーションが可能になります。ナノスケール通信はIEEE P1906.1で定義されています。
コミュニケーションアプローチ
従来の通信パラダイムは、ナノスケールに合わせて改訂する必要があります。ナノスケールでの通信の主な 2 つの選択肢は、電磁通信または分子通信に基づいています。
電磁
これは、新しいナノ材料をベースにした部品からの電磁放射の送受信として定義されます。[3]最近の炭素および分子エレクトロニクスの進歩により、ナノバッテリー、[4]ナノスケールエネルギーハーベスティングシステム、[5]ナノメモリ、[6]ナノスケールの論理回路、さらにはナノアンテナなど、新世代の電子ナノスケール部品への扉が開かれました。 [7] [8]通信の観点からは、ナノ材料で観察される独自の特性によって、電磁放射の放射の特定の帯域幅、放射のタイムラグ、または特定の入力エネルギーに対する放射電力の大きさなどが決定されます。
今のところ、ナノスケールでの電磁通信には主に2つの代替案が考えられている。第一に、ナノラジオ、すなわち振幅または周波数変調波をデコードできる電気機械的に共鳴するカーボンナノチューブによって電磁波を受信して復調できることが実験的に実証されている。 [9]第二に、グラフェンベースのナノアンテナがテラヘルツ帯の潜在的な電磁放射体として分析されている。[10]
分子
分子通信は分子による情報の送受信と定義される。[11]分子通信技術は分子伝播の種類によってウォークアウェイベース、フローベース、拡散ベースの通信に分類できる。
通路ベースの分子通信では、分子は分子モーターなどのキャリア物質を使用して、事前に定義された経路を介して伝播します。[12]このタイプの分子通信は、大腸菌を走化性細菌として使用することによっても実現できます。[13]
フローベースの分子通信では、分子は流れと乱流が誘導され予測可能な流体媒体内で拡散して伝播します。人体内の血流を介したホルモン通信は、このタイプの伝播の例です。フローベースの伝播は、ランダムな要素を示しながらも、特定の経路に沿って平均的に動きを制限できるキャリアエンティティを使用することによっても実現できます。このケースの良い例は、フェロモンによる長距離分子通信です。[14]
拡散ベースの分子通信では、分子は流体媒体内で自発的に拡散して伝播します。この場合、分子は拡散の法則のみに従うか、流体媒体に存在する予測不可能な乱流の影響を受ける可能性があります。フェロモンが空気や水などの流体媒体に放出されるフェロモン通信は、拡散ベースのアーキテクチャの一例です。この種の輸送の他の例としては、細胞間のカルシウムシグナル伝達[15]や細菌間のクオラムセンシングなどがあります。 [16]
理想（自由）拡散のマクロ理論[17]に基づいて、ユニキャスト分子通信チャネルのインパルス応答が論文[18]で報告され、理想拡散ベースの分子通信チャネルのインパルス応答は時間的広がりを経験することが確認されました。このような時間的広がりは、システムのパフォーマンスに大きな影響を与え、たとえば受信ナノマシンでシンボル間干渉（ISI）が発生します。[19]濃度エンコードされた分子信号を検出するために、サンプリングベース検出（SD）とエネルギーベース検出（ED）と呼ばれる2つの検出方法が提案されています。[20] SDアプローチは、シンボル期間中の適切な時点で取得された1つのサンプルのみの濃度振幅に基づいていますが、EDアプローチは、シンボル期間全体で受信された分子の総累積数に基づいています。ISIの影響を減らすために、制御されたパルス幅ベースの分子通信スキームが分析されました。[21] [22]で紹介された作業は、理想拡散に基づいてマルチレベル振幅変調を実現できることを示しました。パルスベースのバイナリ[23]と洞ベース[24] [25] [26] [27]の濃度符号化分子通信システムの包括的な研究も行われてきました。
参照
参考文献
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外部リンク
- IEEE 通信協会ナノスケール通信ネットワークのベストリーディング
- NanoNetworking に関する Q&A の Stack Exchange ページ
- 産業におけるナノスケールネットワーキング
- P1906.1ワーキンググループに参加するための手順
- MONACO プロジェクト –米国ジョージア州アトランタのジョージア工科大学のブロードバンド無線ネットワーク研究所
- GRANET プロジェクト –米国ジョージア州アトランタにあるジョージア工科大学のブロードバンド無線ネットワーキング研究所
- カタルーニャ工科大学、バルセロナ、カタルーニャ、スペインのカタルーニャにある NaNoNetworking Center
- カナダ、トロント、ヨーク大学における分子コミュニケーション研究
- カナダ、オタワのオタワ大学における分子コミュニケーションの研究
- 韓国延世大学インテリジェンスネットワーキングラボ
- 米国カリフォルニア州、カリフォルニア大学アーバイン校の分子コミュニケーションに関するウィキ
- IEEE 通信学会ナノスケール、分子、量子ネットワークに関する新興技術小委員会のホームページ。
- P1906.1 – ナノスケールおよび分子通信フレームワークの推奨プラクティス
- IEEE 802.15 テラヘルツ インタレスト グループ
- ナノコミュニケーションネットワーク（エルゼビア）ジャーナル
- ナノスケールの生物学的ネットワークのシミュレーションツール – Elsevier のプレゼンテーション
- トルコ、イスタンブールのボアジチ大学のナノネットワーキング研究グループ (NRG)