近年來(lái),隨著納米科技（Nano-technology）和合成生物學(xué)（Synthetic Biology,SB）的快速發(fā)展,使基于生物啟發(fā)式的納米機(jī)以及納米網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)成為可能。由納米機(jī)組成的通信系統(tǒng),在多個(gè)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值,如醫(yī)療、軍事、環(huán)保、工業(yè)等。然而,將傳統(tǒng)的電磁通信技術(shù)應(yīng)用于納米網(wǎng)絡(luò),會(huì)受能耗、干擾和納米機(jī)工藝因素影響,不能達(dá)到理想的性能指標(biāo)。此時(shí),以生物化學(xué)分子為信息載體的分子通信（Molecular Communication,MC）技術(shù),為納米機(jī)間的通信提供了解決方案。分子通信中的信道切換（Channel Swiching,CS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)信息傳輸與路由交換的重要支撐技術(shù),信道融合（Channel Aggregation,CA）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中信息再生與中繼,它們都是目前的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。在這種背景下,本文針對(duì)信道切換和融合兩個(gè)方面的相關(guān)問(wèn)題作出了研究。通俗地說(shuō),信道切換技術(shù)就是信道選擇分開(kāi)的通路,信道融合技術(shù)就是信道合并通路。本文以鈣離子信號(hào)為基礎(chǔ),提出了信道分路的切換機(jī)制與信道合路的融合機(jī)制。主要是通過(guò)外界信號(hào)調(diào)控細(xì)胞間間隙連接（Gap Junction... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

人體內(nèi)互聯(lián)的納米網(wǎng)絡(luò)圖1-1中展示了分子通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展的構(gòu)想，不單單是納米機(jī)之間的互聯(lián)，

第二章分子通信中信道切換與融合概述第二章分子通信中信道切換與融合概述本章主要介紹分子通信的基本通信過(guò)程，并將分子通信技術(shù)與傳統(tǒng)電磁通信技術(shù)做對(duì)比。介紹了分子通信的概念、分子通信的特性以及分子通信中的硬件基礎(chǔ)，并對(duì)后續(xù)信道切換和融合中所需求的鈣離子信號(hào)、間隙連接通道的生理基礎(chǔ)給出了簡(jiǎn)介。2.1分子通信概述2.1.1分子通信的定義分子通信是具有天然生物依賴和兼容性，以生物化學(xué)分子為信息載體，以天然生物體介質(zhì)為信道的新興通信技術(shù)。圖2-1展示了分子通信的一個(gè)場(chǎng)景示例圖。與以電磁波為載體的電信通信相比，分子通信也包括：解碼、編碼、傳輸、接收、發(fā)送等五個(gè)基本步驟。它們的詳細(xì)介紹如下圖2-1分子通信場(chǎng)景示例圖1.編碼：編碼的過(guò)程就是把想要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制編入信息分子載體中。在分子通信中，一般信息分子的濃度、種類、發(fā)送時(shí)間、序列信息(例如DNA、RNA)等表示消息被編碼后的通信幅度、頻率和相位。具體的編碼調(diào)制方式應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的生物環(huán)境，選擇適用于當(dāng)前應(yīng)用的場(chǎng)景。2.發(fā)送：發(fā)送指是將編碼調(diào)制后的信息釋放到信道介質(zhì)中的過(guò)程。為了檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，發(fā)射機(jī)處一般要求能夠儲(chǔ)存?zhèn)浞菀丫幋a后的信息。對(duì)于對(duì)時(shí)序要求特11

第二章分子通信中信道切換與融合概述(a)(b)圖2-2人工納米機(jī)器和生物納米機(jī)器的功能架構(gòu)對(duì)比執(zhí)行控制單元的指令，改變納米機(jī)的狀態(tài)。編號(hào)5是通信單元，主要構(gòu)成組件是收發(fā)器，負(fù)責(zé)納米機(jī)之間的通信。編號(hào)6是能量單元，主要負(fù)責(zé)維持納米機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的能量供給。圖2-2(b)中a、b兩幅圖架構(gòu)對(duì)應(yīng)對(duì)比。細(xì)胞核中主要是控制和存儲(chǔ)，對(duì)核中的DNA序列可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算控制和存儲(chǔ)的功能。能量單元主要是指細(xì)胞內(nèi)的線粒體、葉綠體等。傳感和通信單元主要指細(xì)胞膜上的某些功能組件，如感應(yīng)蛋白、配合基受體等，通過(guò)它們細(xì)胞可以與內(nèi)環(huán)境通信。行動(dòng)單元可以改變細(xì)胞的轉(zhuǎn)態(tài)，如細(xì)菌的鞭毛，植物細(xì)胞的葉綠體等。自然界中天生的生物納米機(jī)還有有很多，如：細(xì)胞、人造細(xì)胞、吞噬體、DNA機(jī)器、細(xì)菌等。另一個(gè)比較重要的組件是分子通信中的信道。分子通信中的信道多種多樣，常見(jiàn)的信道有：1.自由擴(kuò)散信道。自由擴(kuò)散信道是基于微小粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，它無(wú)需外界額外的動(dòng)力能量支持。由于僅僅靠粒子間的物理規(guī)律傳輸，故具有傳輸簡(jiǎn)單、高效的優(yōu)點(diǎn)，但是這用方式下的傳輸距離較短。發(fā)射機(jī)可以選擇特定類型的信息分子作為發(fā)射信息的載體，在接收機(jī)處就能夠根據(jù)不同種類的信息分子選擇性接收解碼[18]。只有擴(kuò)散信道的編碼方式一般采用濃度和頻率編碼，但是編碼的信息容易受到外界環(huán)境的影響。利用分子馬達(dá)封裝源信號(hào)分子能解決外界環(huán)境干擾的問(wèn)題，因此有人根據(jù)生理學(xué)規(guī)律提出了使用囊泡包裝擴(kuò)散信道中信息分子的方法。該方法接收機(jī)與信息分子間間接接觸，需要有一個(gè)解封的步驟，進(jìn)而再接收解碼信息分子[19,20]。2.分子馬達(dá)信道。分子馬達(dá)信道的特點(diǎn)是將原信號(hào)分子封裝后再傳輸，分子馬達(dá)可以防止原編碼信息受外界環(huán)境的干擾，還可以為信號(hào)分子的傳輸提供能13

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分子通信研究綜述[J]. 黎作鵬,張菁,蔡紹濱,王勇,倪軍.  通信學(xué)報(bào). 2013(05)



本文編號(hào)：3299301