Yayılım tabanlı moleküler haberleşme nano ağları için bir aktarım modeli

Nano ölçekli haberleşmenin tanıtımından sonra moleküler haberleşme, bilim adamları için cazip bir araştırma konusu haline çevrilmiştir. Nanoağların çok sayıda olası uygulamaları günümüzde moleküler haberleşmeyi daha da çekici kılmıştır. Bu olası uygulamalar biyomedikal alanında akıllı ilaç dağıtımı ve sağlık izleme sistemlerinden başlayıp, askeri ve çevresel alanlarda uygulanan hava kirliliğini izleme gibi uygulamalarla değişe bilir.Nanoağ, nanomakine veya moleküler makine gibi adlandırılan nanocihazlar arasında haberleşme veya iletişim biçimidir. Nanomakine, nanometre ölçekli bileşenlere dayanan yapay cihaz olarak düşünüle bilir. Moleküler haberleşme, nanomakinelerin algılaya, hesaplaya ve haberleşe bildiği iletişim türlerinden biridir. Transmisyon veya aktarma, yayılma/üreme ve resepsiyon - moleküler haberleşmede gönderici ve alıcı arasında bilgi değişimini sağlamak için üç ana aşamadır. Moleküler haberleşmenin önemli bir türü olan difüzyon tipli moleküler iletişim, serbest difüzyon yolu ile gönderici ve alıcı düğümleri arasında moleküllerin yayılmasına esaslanıyor. Difüzyon tipli moleküler iletişimde üç farklı aşama vardır. İlk aşama emisyon aşamasıdır. Bu aşamada, verici veya geçirici nanomakine veya gönderen düğüm çalışma ortamına parçacıklar yayar. İkinci faz veya aşama ise difüzyon sürecini oluşturmaktadır. Bu fazda vericiden yayılan hissecikler Brown hareketine tabidir. Son olarak, sonuncu aşama olan resepsiyon fazında alıcı nanomakine veya alıcı düğümler tüm parçacıkları yakalıyorlar. Bu tez boyunca, verici ve alıcı düğümler bir-biriyle temas halinde olan ve parçacıkları yakalayan düğümler olarak görülmüştür. Çalışma ortamı ise hiç bir molekülün veya başka bir parçacığın kaçıp kurtulamadığı sınırlı bir sistemdir. Ayrıca, transmisyon veya aktarma sürecinde verici düğümden ayrılan ve etrafa yayılan molekül ve parçacıklar, sınırlı çalışma ortamında dolaşıyor ve eğer bir parçacık çalışma ortamının sınırına ulaştığında, duvara değerek sisteme geri dönüyor. Bu nedenle, sınırlı çalışma ortamında parçacıkların sayısı zaman boyunca değişmezkalıyor. Belirli t zamanında verici düğüm tarafından serbest bırakılan parçacıkların toplam sayısı mdoeliın girdisini veya sinyalini göstermektedir.Daha sonra, model sinyali difüzyon yoluyla sınırlı akışkan alanda ilerler. Bu çalışmada, molekül ve tüm parçacıkların difüzyonu rastegele yürüyüşle elde edilmiştir.Bu nedenle, verici ve alıcı düğümler arasındakı parçacıkların ilerlemesi ve yayılımı benzersiz Brown hareketi ile gerçekleştirilmektedir. Verici düğümün kapasitesi, alıcı düğümün sinyal alımı üzerine yaptığı etkileri incelemek amacıyla sınırlandırılmış ve belli bir miktarın üzerinde olamaz hale getirilmiştir. Örneğin, eğer verici düğümün rezervuar kapasitesi doluysa, yeni gelen parçacık verici düğümden çıkan diğer parçacıklara çarpa bilir. Her parçacık, her bir eksen boyunca mutlak sıcaklık ve Boltzman sabitinin çarpımının yarısına eşit olan kinetik enerjiye sahiptir. Ve aynı zamanda, her parçacık, zamandan bağımsız olduğu kabul edilen kitle ve hıza da sahiptir. Modelin esas amaçlarından biri, verici düğümün alıcı düğüm üzerinde olan sinyal resepsiyon etkisini araştırmaktır. Alıcı düğüm, kendi aralığı dahilinde sinyal gücüne tabi olan konsantrasyonu ölçer. Bu tez çalışması, alıcı düğümlerin sinyal gücünün verici düğümler tarafından sınırlı bir çalışma alanında nasıl zayıflatıla-bilindiklerini araştırıp göz önüne sergiliyor. Alıcı düğümde gerçekleşen alıcı sinyalin analitik ifadesi grafiksel olarak gösterilmiştir; verici düğümlerinin ve onların vericilik performanslarının artan sonuçlarının etkileri bu çalışmada söz konusu olmuştur. Bilim adamları iki veya daha fazla verici düğümlerinden ibaret nanoağlar üzerinde çalışırken bu makale ve çalışmada ireli sürülen analitik ifadeni difüzyon sürece dayanan moleküler haberleşme ve iletişimlerde bu makaleyi referans olarak gösterip kolaylıkla kullana bilirler. Tezin geri kalanı ise şu şekilde düzenlenmiştir: I. bölümde giriş kısmı belirlenmiştir. II. bölümde ise tüm detaylı açıklamalarıyla model tasvirinden bahsedilmiştir. III. bölümde ise, iki veya daha fazla verici düğümün olduğu her durum için verici düğümün konsantrasyonunu veya yoğunluğunu hesaplayan analitik ifade gösterilmiştir. Simulasyon sonuçlari IV. bölümde açıklanmış ve detaylı şekilde anlatılmıştır. V. bölümde, difüzyon denklemi için sayısal bir çözüm üretmede kullanılan sayısal yaklaşım denklemleri ile elde edilen kesin sonlu yöntemler anlatıldı. Bu bölümde alıcı düğümün sinyal gucunu olcmek icin açık sayısal, kapalı sayısal ve Crank Nicolson sablonları kullanilmistir. açık sayısal ve Crank Nicolson sablonları ile elde edilen sonuclar, kapali sayisal sablon ile elde edilen sonuclar ile karsilastirildiginda daha iyi sonuclar urettigi gorulmustur. Son olarak, VI. bölümdeki sonuç kısmında ise IV. ve V. bölümdeki hesaplama sonuçlarını da kullanarak tüm sonuçlar grafiksel olarak çizilmiştir.