Tesis doctoral de Ignacio Llatser Martí
Los nanosistemas, sistemas integrados con un tamaño total de unos pocos micrómetros, son capaces de interactuar en la nanoescala, pero su corto radio de acción limita su utilidad en escenarios prácticos. Las nanoredes, que surgen de la interconexión de nanosistemas, amplían su ámbito de operación permitiendo la comunicación entre nanosistemas, aumentando de esta forma sus aplicaciones potenciales. con el fin de dotar de capacidades de comunicación a los nanosistemas, su subsistema de comunicación debe reducirse a unos pocos micrómetros. Existen dudas sobre la viabilidad de miniaturizar las antenas metálicas actuales a un tamaño tan pequeño, especialmente porque su frecuencia de resonancia sería extremadamente alta (en el espectro óptico), lo que causaría a una gran atenuación de las ondas radiadas. Como alternativa, se han propuesto dos nuevos paradigmas para implementar comunicaciones inalámbricas entre nanosistemas: las comunicaciones moleculares y las comunicaciones inalámbricas basadas en grafeno. Por un lado, las comunicaciones moleculares consisten en el intercambio de moléculas entre nanosistemas, inspirado en la comunicación entre células vivas. en las comunicaciones moleculares basadas en difusión (dmc), las moléculas emitidas se propagan por el medio mediante un proceso de difusión hasta que alcanzan el receptor. Por otro lado, el grafeno (una lámina de átomos de carbono de un átomo de espesor) permite implementar antenas de grafeno plasmónicas, o grafenas. Debido a efectos plasmónicos, grafenas con un tamaño de unos pocos micrómetros radian ondas en la banda de terahercios, dando lugar al paradigma de las comunicaciones inalámbricas basadas en grafeno (gwc). para averiguar cómo escalan las redes de comunicación a medida que se reducen sus dimensiones, esta tesis se presenta un análisis de la escalabilidad de las redes de comunicaciones hacia la nanoescala, siguiendo un modelo general con la menor cantidad posible de hipótesis. Hemos propuesto dos esquemas de detección en dmc: detección de amplitud y detección de energía. Hemos identificado importantes métricas de rendimiento y calculado su escalabilidad con respecto a la distancia de transmisión, que difiere significativamente respecto a las comunicaciones inalámbricas tradicionales. estas nuevas tendencias de escala requieren el diseño de nuevos protocolos de red especialmente adaptados a las redes de dmc. El análisis de la propagación de ondas plasmónicas en grafenas permite determinar sus propiedades de radiación. En particular, la frecuencia de resonancia de las grafenas no sólo es más baja que en antenas metálicas, sino que también aumenta más lentamente a medida que reducimos su longitud. Por otra parte, la frecuencia de resonancia de las grafenas puede ser ampliamente controlada en función de parámetros como las dimensiones de la grafena, el tiempo de relajación del grafeno y el potencial químico. Además, proponemos un montaje experimental que permite la medición de grafenas alimentadas con una fuente fotoconductora. También hemos analizado los efectos de la absorción molecular en el canal de terahercios a corto alcance, el escenario de operación de las grafenas. La absorción molecular es un proceso por el cual moléculas presentes en la atmósfera absorben parte de la energía de las ondas radiadas por las grafenas, degradando su rendimiento. Hemos cuantificado esta degradación derivando parámetros de rendimiento en este escenario, que muestran novedosas tendencias de escalabilidad en función de la distancia de transmisión. por último, hemos encontrado que la capacidad de canal de gwc escala mejor a medida que el tamaño de la antena se reduce con respecto a las comunicaciones inalámbricas tradicionales. En consecuencia, las gwc requerirán una potencia de transmisión más baja para lograr un cierto rendimiento. Estos resultados establecen un marco general que puede servir de guía para diseñar las futuras redes de comunicaciones inalámbricas entre nanosistemas.
Datos académicos de la tesis doctoral «On the scalability limits of communication networks to the nanoscale«
- Título de la tesis: On the scalability limits of communication networks to the nanoscale
- Autor: Ignacio Llatser Martí
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 17/01/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Eduard Alarcon Cot
- Tribunal
- Presidente del tribunal: stephan Roche
- sasitharan Balasubramaniam (vocal)
- (vocal)
- (vocal)