基于化学信号的分子通信原型系统优化设计与实现

发布时间：2017-11-03 03:00

  本文关键词：基于化学信号的分子通信原型系统优化设计与实现

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【摘要】：伴随着集成电路的特征尺寸不断缩小,设备的尺寸已经进入纳米尺度,如何实现纳米尺度下设备之间的信息交互成为了一个新的热点研究领域。纳米效应导致传统的通信方式在纳米尺度下无法适用。受生物学启发,科学家提出分子通信的概念,即使用生物化学分子作为信息的载体。分子通信目前存在的主要问题是昂贵的实验器材以及严苛的实验条件,这些问题致使分子通信领域的研究难以真正在计算机领域开展,大量的研究成果是借助生物领域的理论,利用模拟仿真软件实现。鉴于以上问题,约克大学Nariman团队提出使用现有简易仪器搭建可用于分子通信测试的实验原型,利用该原型,可以方便计算机领域研究人员更直观地深入研究分子通信,本文在详细分析Nariman原型的基础上,指出了Nariman原型的不足,综合考虑了可操作性实验器材,设计出符合分子通信,更加易于搭建的原型系统,论文通过实验验证了该模型的可行性,改进并实现了新的原型系统。论文的主要工作体现在以下几个方面：(1)综述分子通信的相关概念,分析了分子通信领域的研究内容。在此基础上重点分析约克大学Nariman团队设计的基于自由扩散的分子通信原型系统,详细介绍了该系统设计与实验设计。(2)针对Nariman原型系统中存在人为引入噪声这一不足,提出了改进型的分子通信的原型系统。在改进思路的基础上综合考虑现有可用仪器,设计出更加符合分子通信过程的简易分子通信原型系统。设计出了分子通信相关实验,利用该系统开展相关研究,探索分子通信在实际环境下可能存在的各种问题,同时提出解决这些问题的思路。(3)根据分子通信过程,结合振幅调制和上升沿采样技术,搭建了分子通信实验平台,通过对酒精传感器所得相关数据的分析,设计了适用于该原型的通信协议,最终利用该协议,成功实现了新原型系统下的信息传输功能。
【关键词】：生物化学分子 分子通信 酒精 原型系统
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.02
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 研究现状9-13
• 1.3 论文研究目的及内容13-14
• 1.4 论文结构14-16
• 第2章 分子通信基础知识16-24
• 2.1 分子通信的定义16
• 2.2 分子通信模型16-18
• 2.3 分子通信的特点18-20
• 2.4 分子通信的信道分类20-24
• 第3章 Nariman原型24-32
• 3.1 系统设计24-25
• 3.2 系统实现25-29
• 3.2.1 发送设备25-26
• 3.2.2 接收设备26
• 3.2.3 传输信道26-27
• 3.2.4 信号的调制和解调27-28
• 3.2.5 通信协议设计28-29
• 3.3 实验及成果29-32
• 第4章 基于化学信号的分子通信系统32-48
• 4.1 Nariman原型优缺点分析32-33
• 4.2 改进思路33
• 4.3 分子通信系统分析33-34
• 4.4 分子通信系统设计34-38
• 4.4.1 发送端34-36
• 4.4.2 信道36
• 4.4.3 接收端36-37
• 4.4.4 原型设计图37-38
• 4.5 通信系统实现38-48
• 4.5.1 发送端实现38-43
• 4.5.2 接收端实现43-47
• 4.5.3 信道搭建47-48
• 第5章 实验设计与结果分析48-58
• 5.1 发送端48-54
• 5.1.1 传输特性试验48-51
• 5.1.2 单次酒精信号传输51-52
• 5.1.3 编码及调制52-53
• 5.1.4 实验验证发送端设计53-54
• 5.2 接收端实验54-56
• 5.3 效率分析56-58
• 第6章 总结与展望58-60
• 6.1 工作总结58-59
• 6.2 工作展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-66
• 攻读硕士期间研究成果66

【共引文献】

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1 张辉军;基于PN结电极的纳米层壳结构TiO_2氧传感器的研究[D];黑龙江大学;2013年

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本文编号：1134308