شبکه‌های نانویی
معماری شبکه‌های‌نانویی > مقایسه شبکه‌های نانویی و شبکه‌های سنتی

بمخابرات مولکولی با توجه به دلایلی که ذکر خواهد شد، محتمل‌ترین روش در شبکه‌های نانویی می‌باشد. اصلی‌ترین محدودیت‌های عملیاتی در استفاده از روش‌های کلاسیک ارتباطی در مقیاس نانو عبارتند از:
- فرستنده-گیرنده‌های الکترومغناطیسی رایج به دلیل پیچیدگی، اندازه و مصرف انرژی زیاد، در این ابعاد قابل استفاده نیستند.
- ارتباط صوتی مبتنی بر انتقال امواج مکانیکی به دلیل اندازه بزرگ مبدل‌های صوتی، نمی‌تواند در نانوماشین‌ها به‌کار گرفته‌شود.
- استفاده از ارتباطات الکترومغناطیسی در نانوماشین‌ها و انتقال اطلاعات از طریق ابزارهایی که در مقیاس نانو به‌هم متصل شده‌اند، توسط اندازه و طبیعت تصادفی محیط، محدود می‌شود.
به‌جز محدودیت‌های ضمنی و چالش‌های ناشی از کار فیزیکی در مقیاس نانو (در زمینه‌های تولید ابزار و قطعات و نیز چینش در محیط و دامنه عملیاتی آن‌ها)، اصلی‌ترین تفاوت‌های میان پارادایم‌های شبکه‌های مقیاس بزرگ و شبکه‌های نانویی، از دیدگاه فناوری اطلاعات، به‌صورت زیر خلاصه شده‌است:
ساختار پیام:
در شبکه‌های نانوالکترومغناطیسی، مشابه ارتباطات الکترومغناطیسی کلاسیک، پیام می‌تواند به‌صورت سیگنال‌های الکترومغناطیسی، صوتی یا نوری، و در ابعاد دامنه، فرکانس یا فاز موج الکترومغناطیسی کد شود. علاوه بر این، می‌توان، مشابه ارتباطات کوانتومی، پیام را بر حسب سطح انرژی و قطبش هر کدام از اجزای تشکیل‌دهنده موج نیز کد کرد. در شبکه‌های نانویی مولکولی، پیام با استفاده از دو روش متفاوت کد می‌شود. اولین روش، از پدیده‌های موقتی مانند تغییر لحظه‌ای غلظت یک مولکول مشخص در محیط، برای کد کردن اطلاعات استفاده می‌کند و گیرنده، بر حسب تعداد مولکول‌های خاص در واحد حجم، پیام دریافتی را کدگشایی می‌کند. از نمونه واقعی این روش در سیستم اعصاب مرکزی انسان برای انتشار تحریک‌های عصبی استفاده می‌شود و در واقع مشابه استفاده از توالی‌های متغیر با زمان برای انتقال اطلاعات در شبکه‌های سنتی است. دومین روش که کدگذاری مولکولی نام دارد، از پارامترهای داخلی مولکولی مانند ساختار شیمیایی، موقعیت نسبی اجزای مولکولی، قطبش و نحوه نگاشت بازها در DNA، برای کدگذاری اطلاعات استفاده می‌شود[۲]. در این حالت، برای کدگشایی اطلاعات، باید گیرنده قادر به شناسایی مولکول‌های موردنظر باشد. این روش، مشابه استفاده از بسته‌های رمزگذاری‌شده در شبکه‌های مخابراتی است که تنها گیرنده موردنظر قادر به رمزگشایی پیام است. نمونه طبیعی روش کدگذاری مولکولی، در ارتباطات فرمونی جانداران به‌کار می‌رود که تنها اعضای گروه مشخصی می‌توانند پیام‌ها را از غلظت پس‌زمینه در محیط تشخیص دهند[۴۶].
سرعت انتشار:
سرعت انتشار سیگنال‌های مورد استفاده در شبکه‌های الکترومغناطیسی کلاسیک و کوانتومی، بسیار سریع‌تر از انتشار پیغام‌های مولکولی است. در شبکه‌های مولکولی، مولکول‌ها باید به‌طور فیزیکی از فرستنده به سمت گیرنده حرکت کنند. این حرکت می‌تواند به‌طور کنش‌پذیر توسط انتشار مولکولی یا به‌طور کنش‌گر توسط مکانیسم‌هایی مانند موتورهای مولکولی یا باکتری‌ها انجام شود. به‌علاوه، مولکول‌ها بیشتر از انواع سیگنال‌های دیگر تحت تأثیر شرایط محیطی مانند فرایند انتشار تصادفی و تغییرات دما قرار می‌گیرند. [۳].
نویز:
در شبکه‌های نانوالکترومغناطیسی، تعریف کلاسیک نویز به‌صورت تداخل سیگنال‌های ناخواسته با سیگنال حامل اطلاعات، هنوز معتبر است. اما در شبکه‌های نانویی، باید فاکتورهای جدیدی از نویز را برای فعل و انفعالات تمام اجزای موج و محیط در نظر گرفت. در شبکه‌های نانویی مولکولی، دو نوع متفاوت از نویز می‌توانند بر پیام تأثیر بگذارند. نوع اول مشابه نویز کلاسیک در شبکه‌های سنتی، حاصل تداخل سیگنال مولکولی با سطح غلظت مولکول در پس‌زمینه محیط است که ممکن است، مبدأ دیگری آن را به‌عنوان سیگنال اطلاعاتی خودش ارسال کرده باشد و بر غلظت دریافتی توسط گیرنده موردنظر ما تأثیر می‌گذارد. نوع دیگر نویز در شبکه‌های نانویی، به دلیل فعل و انفعالات ناخواسته‌ای است که بین مولکول‌های اطلاعات و سایر مولکول‌های محیط رخ می‌دهد. این واکنش‌ها می‌تواند ساختار مولکول‌های اطلاعات را دستکاری کند و در نتیجه، پیام از حالت قابل درک برای گیرنده خارج‌شود[۳].
نوع اطلاعات:
بر خلاف شبکه‌های سنتی که در آن‌ها انواع اطلاعات متنی، صدا و ویدئو قابل انتقال است، از آنجا که در شبکه‌های نانویی، اطلاعات توسط مولکول‌ها منتقل می‌شوند، بسته‌های اطلاعاتی، عموماً شامل پدیده‌ها، وضعیت‌های شیمیایی و فرایندها هستند[۳].
مصرف انرژی:
در شبکه‌های ارتباطی سنتی، فرایند تبادل اطلاعات، انرژی الکتریکی مصرف می‌کند که آن را از باتری یا منابع خارجی کسب می‌کند. در شبکه‌های نانویی مولکولی، بسیاری از فرایندها به دلیل ماهیت شیمیایی‌شان انرژی کمی مصرف می‌کنند. در شبکه‌های نانوالکترومغناطیسی، تلاش بر این است که از سیستم‌هایی شبیه تگ‌های RFID و نیروی حاصل از روش‌های ترکیبی نانوتیوب‌های کربنی و باتری‌های مولکولی، انرژی مورد نیاز نانوماشین‌ها را تأمین کرد.
کاربردهای شبکه‌های نانویی
کاربردهای شبکه‌های نانویی
تفاوت‌های اصلی شبکه‌های نانویی مبتنی بر مخابرات مولکولی و شبکه‌های ارتباطی سنتی