الشبكات النانوية
| جزء من سلسلة مقالات حول |
| تكنولوجيا النانو |
|---|
| التأثير والتطبيقات |
| المواد النانوية |
| التجميع الذاتي الجزيئي |
| الالكترونيات النانوية |
| النانومترولوجيا |
| تكنولوجيا النانو الجزيئية |
| أنواع شبكات الكمبيوتر حسب الحجم |
|---|
الشبكة النانوية أو الشبكة النانوية هي مجموعة من الآلات النانوية المترابطة (أجهزة يبلغ حجمها بضع مئات من النانومترات أو بضعة ميكرومترات على الأكثر) والتي لا تستطيع سوى أداء مهام بسيطة للغاية مثل الحوسبة وتخزين البيانات والاستشعار والتشغيل. [1] [2] ومن المتوقع أن تعمل الشبكات النانوية على توسيع قدرات الآلات النانوية الفردية من حيث التعقيد ونطاق التشغيل من خلال السماح لها بتنسيق المعلومات ومشاركتها ودمجها. تمكن الشبكات النانوية من تطبيقات جديدة للتكنولوجيا النانوية في المجال الطبي الحيوي والبحث البيئي والتكنولوجيا العسكرية وتطبيقات السلع الصناعية والاستهلاكية . يتم تعريف الاتصالات النانوية في IEEE P1906.1 .
أساليب الاتصال
إن نماذج الاتصال التقليدية تحتاج إلى مراجعة لتناسبها مع المقياس النانوي. والبديلان الرئيسيان للاتصالات على المقياس النانوي يعتمدان إما على الاتصال الكهرومغناطيسي أو على الاتصال الجزيئي.
كهرومغناطيسي
يُعرَّف هذا بأنه نقل واستقبال الإشعاع الكهرومغناطيسي من مكونات تعتمد على مواد نانوية جديدة . [3] فتحت التطورات الأخيرة في الإلكترونيات الكربونية والجزيئية الباب أمام جيل جديد من المكونات الإلكترونية النانوية مثل البطاريات النانوية ، [4] وأنظمة حصاد الطاقة النانوية ، [5] والذاكرة النانوية، [6] والدوائر المنطقية في النانو وحتى الهوائيات النانوية. [7] [8] ومن منظور الاتصال، ستقرر الخصائص الفريدة التي لوحظت في المواد النانوية النطاقات الترددية المحددة لانبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي، أو تأخر الانبعاث، أو حجم الطاقة المنبعثة لطاقة إدخال معينة، من بين أمور أخرى.
في الوقت الحالي، تم تصور بديلين رئيسيين للاتصالات الكهرومغناطيسية على نطاق النانو. أولاً، تم إثبات تجريبياً أنه من الممكن استقبال وفك تشفير موجة كهرومغناطيسية عن طريق راديو نانوي ، أي أنبوب نانوي كربوني يتردد كهروميكانيكيًا وقادر على فك تشفير موجة معدلة السعة أو التردد. [9] ثانيًا، تم تحليل الهوائيات النانوية القائمة على الجرافين كمشعات كهرومغناطيسية محتملة في نطاق التيراهيرتز . [10]
جزيئي
يتم تعريف الاتصال الجزيئي على أنه نقل واستقبال المعلومات عن طريق الجزيئات. [11] يمكن تصنيف تقنيات الاتصال الجزيئي المختلفة وفقًا لنوع انتشار الجزيئات في الاتصالات القائمة على الابتعاد أو القائمة على التدفق أو القائمة على الانتشار.
في الاتصالات الجزيئية القائمة على الممرات ، تنتشر الجزيئات عبر مسارات محددة مسبقًا باستخدام مواد حاملة، مثل المحركات الجزيئية . [12] يمكن أيضًا تحقيق هذا النوع من الاتصالات الجزيئية باستخدام بكتيريا الإشريكية القولونية كعامل كيميائي . [13]
في الاتصالات الجزيئية القائمة على التدفق ، تنتشر الجزيئات من خلال الانتشار في وسط سائل يتم توجيه تدفقه واضطرابه ويمكن التنبؤ به. يعد الاتصال الهرموني عبر مجاري الدم داخل جسم الإنسان مثالاً على هذا النوع من الانتشار. يمكن أيضًا تحقيق الانتشار القائم على التدفق باستخدام كيانات حاملة يمكن تقييد حركتها في المتوسط على طول مسارات محددة، على الرغم من إظهار مكون عشوائي. يتم تقديم مثال جيد على هذه الحالة من خلال الاتصالات الجزيئية طويلة المدى الفيرومونية . [14]
في الاتصالات الجزيئية القائمة على الانتشار ، تنتشر الجزيئات من خلال الانتشار التلقائي في وسط سائل. في هذه الحالة، يمكن أن تخضع الجزيئات لقوانين الانتشار فقط أو يمكن أن تتأثر أيضًا بالاضطراب غير المتوقع الموجود في الوسط السائل. يعد الاتصال الفيروموني، عندما يتم إطلاق الفيرومونات في وسط سائل، مثل الهواء أو الماء، مثالاً على البنية القائمة على الانتشار. تشمل الأمثلة الأخرى لهذا النوع من النقل إشارات الكالسيوم بين الخلايا، [15] بالإضافة إلى استشعار النصاب بين البكتيريا. [16]
استنادًا إلى النظرية العيانية [17] للانتشار المثالي (الحر)، تم الإبلاغ عن استجابة النبضة لقناة اتصال جزيئية أحادية البث في ورقة بحثية [18] حددت أن استجابة النبضة لقناة الاتصال الجزيئية القائمة على الانتشار المثالي تشهد انتشارًا زمنيًا. هذا الانتشار الزمني له تأثير عميق في أداء النظام، على سبيل المثال في إنشاء التداخل بين الرموز (ISI) في آلة النانو المستقبلة. [19] من أجل الكشف عن الإشارة الجزيئية المشفرة بالتركيز، تم اقتراح طريقتين للكشف تسمى الكشف القائم على أخذ العينات (SD) والكشف القائم على الطاقة (ED). [20] بينما يعتمد نهج SD على سعة تركيز عينة واحدة فقط مأخوذة في لحظة زمنية مناسبة أثناء مدة الرمز، يعتمد نهج ED على العدد الإجمالي المتراكم للجزيئات المستلمة خلال مدة الرمز بالكامل. من أجل تقليل تأثير ISI، تم تحليل مخطط اتصال جزيئي متحكم فيه يعتمد على عرض النبضة. [21] أظهر العمل المقدم في [22] أنه من الممكن تحقيق تعديل السعة متعدد المستويات بناءً على الانتشار المثالي. كما تم التحقيق في دراسة شاملة لنظام الاتصالات الجزيئي المشفر بالتركيز الثنائي القائم على النبضة [23] والقائم على الجيب [24] [25] [26] [27] .
انظر أيضا
مراجع
- ^ JM Jornet و M. Pierobon (نوفمبر 2011). "شبكات النانو: آفاق جديدة في الاتصالات". اتصالات ACM . 54 (11): 84– 89. doi :10.1145/2018396.2018417. S2CID 240230920.
- ^ Bush, SF (2010). Nanoscale Communication Networks . Artech House. ISBN 9781608070039.
- ^ Rutherglen, C.; Burke, PJ (2009). "الكهرومغناطيسية النانوية: الدوائر والخصائص الكهرومغناطيسية لأنابيب الكربون النانوية". Small . 5 (8): 884– 906. doi :10.1002/smll.200800527. PMID 19358165.
- ^ Curtright, AE; Bouwman, PJ; Wartane, RC; Swider-Lyons, KE (2004). "مصادر الطاقة لتكنولوجيا النانو". المجلة الدولية لتكنولوجيا النانو . 1 : 226– 239. Bibcode :2004IJNT....1..226C. doi :10.1504/IJNT.2004.003726.
- ^ Wang, ZL (2008). "نحو أنظمة نانوية ذاتية التشغيل: من المولدات النانوية إلى النانو بيزوترونيك". Advanced Functional Materials . 18 (22): 3553– 3567. doi :10.1002/adfm.200800541. S2CID 43937604.
- ^ Bennewitz, R.; Crain, JN; Kirakosian, A.; Lin, JL; McChesney, JL; Petrovykh, DY; Himpsel, FJ (2002). "الذاكرة على المستوى الذري على سطح السيليكون". Nanotechnology . 13 (4): 499– 502. arXiv : cond-mat/0204251 . Bibcode :2002Nanot..13..499B. doi :10.1088/0957-4484/13/4/312. S2CID 15150349.
- ^ بيرك، بيتر جيه؛ لي، شنغ دونج؛ يو، تشن (2006). "النظرية الكمية لأداء هوائي الأسلاك النانوية والأنابيب النانوية". معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في مجال تكنولوجيا النانو . 5 (4): 314– 334. arXiv : cond-mat/0408418 . رمز Bibcode :2006ITNan...5..314B. doi :10.1109/TNANO.2006.877430. S2CID 2764025.
- ^ بيرك، بيتر جيه؛ روثرجلين، كريس؛ يو، زين (2006). "هوائيات الأنابيب النانوية الكربونية" (PDF) . في لاختاكيا، أكليش؛ ماكسيمينكو، سيرجي أ (المحررون). النمذجة النانوية الثانية . المجلد 6328. ص 632806. doi :10.1117/12.678970. S2CID 59322398. مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 يونيو 2021. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2021 .
- ^ أتاكان، ب.؛ أكان، أو. (يونيو 2010). "شبكات نانوية مخصصة تعتمد على أنابيب الكربون النانوية". مجلة اتصالات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 48 (6): 129– 135. doi :10.1109/MCOM.2010.5473874. S2CID 20768350.
- ^ Jornet, JM; 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. مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2018. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2021 .
- ^ T. Nakano; A. Eckford; T. Haraguchi (2013). Molecular Communication . Cambridge University Press. ISBN 978-1107023086.
- ^ مور، م.؛ إينوموتو، أ.؛ ناكانو، ت.؛ إيجاشيرا، ر.؛ سودا، ت.؛ كاياسوجا، أ.؛ كوجيما، هـ.؛ ساكاكيبارا، هـ.؛ أويوا، ك. (مارس 2006). "تصميم نظام اتصالات جزيئي للآلات النانوية باستخدام المحركات الجزيئية". وقائع المؤتمر السنوي الرابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول الحوسبة الشاملة والاتصالات وورش العمل .
- ^ Gregori, M.; Akyildiz, Ian F. (مايو 2010). "هندسة شبكات نانوية جديدة باستخدام البكتيريا السوطية والمحركات النانوية التحفيزية". مجلة IEEE للمجالات المختارة في الاتصالات . 28 (4): 612– 619. doi :10.1109/JSAC.2010.100510. S2CID 15166214.
- ^ Parcerisa, L.; Akyildiz, Ian F. (نوفمبر 2009). "خيارات الاتصال الجزيئي للشبكات النانوية طويلة المدى". شبكات الكمبيوتر . 53 (16): 2753– 2766. doi :10.1016/j.comnet.2009.08.001. hdl : 2099.1/8361 .
- ^ Barros, MT (2017). "Ca2+-signaling-based molecular communication systems: design and future research trends". Nano Communication Networks . 11 : 103– 113. doi :10.1016/j.nancom.2017.02.001. مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2024. تم الاسترجاع في 16 أغسطس 2017 .
- ^ "تحدي الاتصالات الجزيئية". مراجعة التكنولوجيا (مدونة الفيزياء ArXiv) . 28 يونيو 2010. مؤرشف من الأصل في 20 يناير 2021. تم الاسترجاع 10 يونيو 2021 .
- ^ Berg, HC (1993). Random Walks in Biology . Princeton University Press. ISBN 9780691000640.
- ^ محفوظ، م. م. ماكراكس، د.؛ مفتاح، ح. (20-23 يناير 2010). "توصيف قناة الاتصال الجزيئية للشبكات النانوية" (PDF) . وقائع المؤتمر الدولي الثالث حول الأنظمة المستوحاة من البيولوجيا ومعالجة الإشارات (BIOSIGNALS-2010) . فالنسيا، إسبانيا: 327- 332. مؤرشف من الأصل (PDF) في 20 سبتمبر 2015. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2021 .
- ^ محفوظ، م. م. ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت. ت. (2010). "حول توصيف الاتصالات الجزيئية المشفرة بالتركيز الثنائي في الشبكات النانوية". شبكات الاتصالات النانوية . 1 (4): 289– 300. doi :10.1016/j.nancom.2011.01.001. مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2015. تم الاسترجاع في 6 مايو 2012 .
- ^ محفوظ، م. م. ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت. ت. (26-29 يناير 2011). "حول اكتشاف الاتصالات الجزيئية أحادية البث المشفرة بالتركيز الثنائي في الشبكات النانوية" (PDF) . وقائع المؤتمر الدولي الرابع حول الأنظمة المستوحاة من البيولوجيا ومعالجة الإشارات (BIOSIGNALS-2011) . روما، إيطاليا: 446-449 . مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 يونيو 2021. تم الاسترجاع 10 يونيو 2021 .
- ^ محفوظ، م.و؛ ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت.ت (8-11 مايو 2011). "توصيف التداخل بين الرموز في الاتصالات الجزيئية أحادية البث المشفرة بالتركيز". المؤتمر الكندي الرابع والعشرون للهندسة الكهربائية والحاسوبية (CCECE) 2011. شلالات نياجرا، أونتاريو. ص. 000164– 000168. doi :10.1109/CCECE.2011.6030431. ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 18387617.
{{cite book}}:CS1 maint: موقع الناشر المفقود ( الرابط ) - ^ محفوظ، م.و؛ ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت.ت (8-11 مايو 2011). "حول خصائص الاتصالات الجزيئية أحادية البث المعدلة بالسعة متعددة المستويات والمشفرة بالتركيز". المؤتمر الكندي الرابع والعشرون للهندسة الكهربائية والحاسوبية (CCECE) 2011. شلالات نياجرا، أونتاريو. ص. 000312– 000316. doi :10.1109/CCECE.2011.6030462. ISBN 978-1-4244-9788-1. S2CID 1646397.
{{cite book}}:CS1 maint: موقع الناشر المفقود ( الرابط ) - ^ محفوظ، م. م. ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت. ت. (15-18 أغسطس 2011). "دراسة شاملة للاتصال الجزيئي أحادي البث المشفر بالتركيز مع نقل النبضات الثنائية". المؤتمر الدولي الحادي عشر لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول تكنولوجيا النانو ، بورتلاند، أوريجون، الولايات المتحدة الأمريكية. ص. 227- 232. doi :10.1109/NANO.2011.6144554. ISBN 978-1-4577-1516-7. S2CID 23577179.
{{cite book}}:CS1 maint: موقع الناشر المفقود ( الرابط ) - ^ محفوظ، م. م. ماكراكس، د.؛ مفتاح، ت. ت. (26-29 أكتوبر 2011). "التوصيف المؤقت للاتصال الجزيئي المشفر بالتركيز مع التحفيز الجيبي". وقائع الندوة الدولية الرابعة للعلوم التطبيقية في التقنيات الطبية الحيوية والاتصالات . برشلونة، إسبانيا. ص. 1- 6. doi :10.1145/2093698.2093712. ISBN 9781450309134. S2CID 3490172.
{{cite book}}:CS1 maint: موقع الناشر المفقود ( الرابط ) - ^ أكيلديز ، إيان ف. برونيتي، ف. بلاسكيز ، سي. (يونيو 2008). “شبكات النانو: نموذج اتصالات جديد”. شبكات الحاسوب . 52 (12): 2260-2279 . دوى :10.1016/j.comnet.2008.04.001.
- ^ أكييلديز، إيان ف.؛ جورنيت، جيه إم (يونيو 2010). "شبكات المستشعرات النانوية اللاسلكية الكهرومغناطيسية". شبكات الاتصالات النانوية . 1 (1): 3- 19. doi :10.1016/j.nancom.2010.04.001.
- ^ أكييلديز، إيان ف.؛ جورنيت، جيه إم (ديسمبر 2010). "إنترنت الأشياء النانوية". IEEE Wireless Communications . 17 (6): 58– 63. doi :10.1109/MWC.2010.5675779. S2CID 6919416.
روابط خارجية
- أفضل قراءات جمعية الاتصالات IEEE في شبكات الاتصالات النانوية
- صفحة Stack Exchange للأسئلة والأجوبة حول NanoNetworking
- الشبكات النانوية في الصناعة
- تعليمات الانضمام إلى مجموعة عمل P1906.1
- مشروع موناكو – مختبر الشبكات اللاسلكية ذات النطاق العريض في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، أتلانتا، جورجيا، الولايات المتحدة
- مشروع GRANET – مختبر الشبكات اللاسلكية ذات النطاق العريض في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، أتلانتا، جورجيا، الولايات المتحدة
- مركز NaNoNetworking في كاتالونيا في جامعة بوليتكنيكا دي كاتالونيا ، برشلونة، كاتالونيا، إسبانيا
- أبحاث الاتصالات الجزيئية في جامعة يورك ، تورنتو، كندا
- بحث حول الاتصالات الجزيئية في جامعة أوتاوا ، أوتاوا، كندا
- مختبر الشبكات الاستخباراتية في جامعة يونسي ، كوريا
- ويكي عن الاتصالات الجزيئية في جامعة كاليفورنيا، إيرفين ، كاليفورنيا، الولايات المتحدة
- الصفحة الرئيسية للجنة الفرعية الفنية الناشئة لجمعية اتصالات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول الشبكات النانوية والجزيئية والكمية.
- P1906.1 – الممارسة الموصى بها لإطار الاتصالات على المستوى النانوي والجزيئي
- مجموعة مهتمة بترددات 802.15 تيراهرتز من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات
- مجلة شبكات الاتصالات النانوية (إلسيفير)
- أداة محاكاة للشبكات البيولوجية النانوية – عرض تقديمي من Elsevier
- مجموعة أبحاث شبكات النانو (NRG) في جامعة البوسفور ، إسطنبول، تركيا
