【摘要】：納米尺度的通信是信息技術(shù)與納米技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的新型通信技術(shù),它在醫(yī)療、工業(yè)、軍事等眾多領(lǐng)域存在廣闊的應(yīng)用前景。在納米尺度的通信中,基于生物啟發(fā)的分子通信是一種以生物化學(xué)分子作為信息載體的通信技術(shù),它可以利用自身的生物兼容性、微納尺度、高效節(jié)能性以及信息承載量大等特性完成某些特定環(huán)境的信息傳遞功能。本文介紹了分子通信的概念、特點及已經(jīng)取得的研究結(jié)果等內(nèi)容,并著重闡述了基于鈣離子信號的分子通信研究現(xiàn)狀。作為基礎(chǔ)知識,引入了鈣離子信號的生物模型,解釋了鈣離子信號分子通信的基本概念、相關(guān)特點,以及因其特點而設(shè)計的應(yīng)用場景。本文設(shè)計了由發(fā)射機,信道和接收機組成的一維分子通信系統(tǒng),利用吉萊斯皮隨機算法研究了細胞質(zhì)中鈣離子信號波形及其經(jīng)過傳播后的變化,分析了該系統(tǒng)的特性和性能。利用誤比特率、互信息量和開關(guān)鍵控調(diào)制技術(shù)分析了相關(guān)參數(shù)對通信結(jié)果的影響。最后分析了鈣離子信號分子通信的拓撲結(jié)構(gòu),為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建研究奠定基礎(chǔ)。本文所采用的研究方法及獲得的實驗結(jié)果,有助于后續(xù)對鈣離子信號分子通信進行深入研究,并為生物納米物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建和對某些疾病的治療提供技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q61;O641.3
【圖文】：

1.1 論文背景及意義近年來，蓬勃發(fā)展的納米技術(shù)在研究方面受到廣泛的關(guān)注，而在應(yīng)用方面也變得越來越成熟。當(dāng)納米技術(shù)應(yīng)用到各個領(lǐng)域與其它技術(shù)相結(jié)合時，會產(chǎn)生新的研究方向以及應(yīng)用前景。因而，當(dāng)納米技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合時，在通信領(lǐng)域內(nèi)就產(chǎn)生了一個新的研究課題——分子通信。自然界中納米尺度上的生物通信過程為分子通信的提出奠定了良好的基礎(chǔ)，分子通信的原理與機制恰是在此基礎(chǔ)上建立起來的。因此，分子通信是一種基于生物啟發(fā)的納米尺度通信技術(shù)，這種獨特的通信技術(shù)通常利用生物化學(xué)分子進行信息的傳遞，生物化學(xué)分子也被稱為信息分子。圖 1.1 對分子通信過程以及各個模塊的作用進行了描述。分子通信的模型主要分為三個模塊，發(fā)射模塊、傳播模塊以及接收模塊，通信的一般過程為：位于發(fā)射端的納米機器（發(fā)射器）產(chǎn)生信息分子，并且利用信息分子特有的物理或者化學(xué)特性進行編碼，之后信息分子通過液體或氣體等介質(zhì)（分子信道）的傳播后被接收端的納米機器（接收器）接收，隨后接收器利用規(guī)定的方式完成解碼[1]，無論何種形式利用哪種信息分子的分子通信系統(tǒng)大致過程如此。作為本文研究重點的鈣離子信號分子通信的信息分子是細胞間常用的鈣離子，而納米機器可以是經(jīng)過修飾的生物細胞，人工合成的細胞或者最初的生物細胞[2,3]。

圖 2.1 基于鈣離子信號的分子通信結(jié)構(gòu)和原理圖[11]nm~μm 通信距離的分子馬達通信機制。分子馬達在細胞內(nèi)的分運用[12]。利用分子馬達機制可以實現(xiàn)納米機器的短距離（nm~達的實質(zhì)是細胞內(nèi)部具有特殊功能的蛋白質(zhì)，可以把腺苷三磷械能。引導(dǎo)分子馬達進行移動的結(jié)構(gòu)是微管，微管又定義為引這種結(jié)構(gòu)一般由細胞的中心體出發(fā)，利用其“動態(tài)不穩(wěn)定”（任細胞壁附近，通過自組織行為構(gòu)建星形或隨機的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 2.2[11]所示，分子馬達與封裝信息分子的囊泡根據(jù)特定的方式下，分子馬達沿著分子軌道移動，經(jīng)過不同分子軌道的轉(zhuǎn)換最端，封裝了信息分子的囊泡與分子馬達相分離，并且可以利用端的納米機器接收。由此可見，基于分子馬達的分子通信系統(tǒng)

圖 2.1 基于鈣離子信號的分子通信結(jié)構(gòu)和原理圖[11]nm~μm 通信距離的分子馬達通信機制。分子馬達在細胞內(nèi)的分子的運用[12]。利用分子馬達機制可以實現(xiàn)納米機器的短距離（nm~μ馬達的實質(zhì)是細胞內(nèi)部具有特殊功能的蛋白質(zhì)，可以把腺苷三磷酸機械能。引導(dǎo)分子馬達進行移動的結(jié)構(gòu)是微管，微管又定義為引導(dǎo)，這種結(jié)構(gòu)一般由細胞的中心體出發(fā)，利用其“動態(tài)不穩(wěn)定”（任意到細胞壁附近，通過自組織行為構(gòu)建星形或隨機的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，圖 2.2[11]所示，分子馬達與封裝信息分子的囊泡根據(jù)特定的方式結(jié)動下，分子馬達沿著分子軌道移動，經(jīng)過不同分子軌道的轉(zhuǎn)換最后收端，封裝了信息分子的囊泡與分子馬達相分離，并且可以利用囊收端的納米機器接收。由此可見，基于分子馬達的分子通信系統(tǒng)屬

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 黎作鵬;張菁;蔡紹濱;王勇;倪軍;;分子通信研究綜述[J];通信學(xué)報;2013年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 何鵬;分子通信信道模型關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 熊俊哲;基于時間調(diào)制的分子通信解調(diào)方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

本文編號：2777278