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Molecular communications constitute a dynamic research area that has a great potential to solve problems in disciplines as diverse as telecommunications engineering, nanotechnology, medicine, biotechnology and biochemistry. The study of this type of technology is recent and has given rise to a large number of publications that are scattered, and so, their study requires an effort to locate, organize and study them. This article presents a systematic literature review on molecular communications, in order to analyze how it is being applied in different fields. The study carried out contemplates the period between 2006 and 2018, and took into account 28 articles, after having passed through several filters and selection criteria. The result shows that the majority of published research works develop general aspects, but an important group addresses experimentation in the fields of health and biomedicine. The discussion of the results raises other possible uses of this type of communications and their possible integration with other technologies. Las comunicaciones moleculares constituyen un área de investigación dinámica que ha mostrado tener un gran potencial para resolver problemas en disciplinas tan diversas como la ingeniería de las telecomunicaciones, la nanotecnología, la medicina, la biotecnología y la bioquímica. El estudio de este tipo de tecnología es reciente y ha dado origen a un gran número de publicaciones que se encuentran dispersas, por lo que su estudio requiere un esfuerzo para localizarlas, organizarlas y estudiarlas. Este artículo presenta una revisión sistemática de la literatura sobre las comunicaciones moleculares, a fin de analizar la forma en que está siendo aplicada en diferentes ámbitos. El estudio efectuado contempla el periodo comprendido entre el 2006 y 2018, y tomó en cuenta 28 artículos, después de haber pasado por varios filtros y criterios de selección. El resultado demuestra que la mayoría de los trabajos de investigación publicados desarrollan aspectos generales, pero un grupo importante aborda la experimentación en campos de la salud y la biomedicina. La discusión de los resultados plantea otros posibles usos de este tipo de comunicaciones y su posible integración con otras tecnologías.

Resumen Las comunicaciones moleculares constituyen un área de investigación dinámica que ha mostrado tener un gran potencial para resolver problemas en disciplinas tan diversas como la ingeniería de las telecomunicaciones, la nanotecnología, la medicina, la biotecnología y la bioquímica. El estudio de este tipo de tecnología es reciente y ha dado origen a un gran número de publicaciones que se encuentran dispersas, por lo que su estudio requiere un esfuerzo para localizarlas, organizarlas y estudiarlas. Este artículo presenta una revisión sistemática de la literatura sobre las comunicaciones moleculares, a fin de analizar la forma en que está siendo aplicada en diferentes ámbitos. El estudio efectuado contempla el periodo comprendido entre el 2006 y 2018, y tomó en cuenta 28 artículos, después de haber pasado por varios filtros y criterios de selección. El resultado demuestra que la mayoría de los trabajos de investigación publicados desarrollan aspectos generales, pero un grupo importante aborda la experimentación en campos de la salud y la biomedicina. La discusión de los resultados plantea otros posibles usos de este tipo de comunicaciones y su posible integración con otras tecnologías. Abstract Molecular communications constitute a dynamic research area that has a great potential to solve problems in disciplines as diverse as telecommunications engineering, nanotechnology, medicine, biotechnology and biochemistry. The study of this type of technology is recent and has given rise to a large number of publications that are scattered, and so, their study requires an effort to locate, organize and study them. This article presents a systematic literature review on molecular communications, in order to analyze how it is being applied in different fields. The study carried out contemplates the period between 2006 and 2018, and took into account 28 articles, after having passed through several filters and selection criteria. The result shows that the majority of published research works develop general aspects, but an important group addresses experimentation in the fields of health and biomedicine. The discussion of the results raises other possible uses of this type of communications and their possible integration with other technologies.

Català: El treball és una exploració del canal de difusió molecular per nanoredes moleculars, en el qual s'identifica la resposta impulsional i en freqüència del canal, es comprova la seva linealitat i invariància i s'extreuen les principals característiques de comunicació. S'avaluen diferents tècniques de modulació. Castellano: El trabajo es una exploración del canal de difusión molecular para nanoredes moleculares, en el cual se identifica la respuesta impulsional y en frecuencia del canal, se comprueba su linealidad e invarianza y se extraen las principales características de comunicación. Se evalúan diferentes técnicas de modulación. English: In this work, the diffusion-based MC channel is explored in order to extract its main communication metrics, such as attenuation and delay with respect to frequency and distance. The LTI property is proven to be a valid assumption for normal diffusion-based single/multi-transmitter scenarios. Different pulse-based modulation techniques are compared by means of throughput, operation range, energy requirements and ISI, and the optimal pulse shape for these modulations is provided. Finally, interferences are evaluated in a broadcast communication scenario and diffusion-based noise is observed and assessed with reference to already proposed stochastic models.The exploration of the physical diffusion-based communication channel is based on simulations.

Projecte fet en col.laboració amb Georgia Institute of Technology Català: En aquest projecte estudiem la comunicació entre diversos nano-dispositius que configuren una Nanoxarxa Electromagnètica sense cables. Tenint en compte les peculiaritats de la capa física, proposem un mètode d'accés múltiple, Rate Division Time Spread On-Off (RD TS-OOK), basat en la transmissió de polsos de femto-segons de duració, els quals són enviats a diferents temps entre símbols per a cada usuari. A sobre d'aquest mètode d'accés múltiple construïm un nou protocol MAC, interference-Aware Adaptive Asynchronous (i-AAA), el qual assegura una entrega justa del paquests de manera asíncrona, simple, però robusta. Finalment, analitzem el rendiment dels mecanismes proposats i optimitzem els seus paràmetres de manera que funcionin de la manera més eficient. La longitud dels paquets de dades té un impacte especial sobre el rendiment del protocols. És per això, que optimitzem el seu valor en base a una mètrica què té en compte l'eficiència energètica del protocol. Castellano: En este proyecto estudiamos la comunicación entre varios nano-dispositivos que configuran una Nanored electromágnetica sin cables. Teniendo en cuenta las peculiaridades de la capa física, proponemos un método de acceso múltiple, Rate Division Time Spread On-Off (RD TS-OOK), basado en la transmisión de pulsos de femto-segundos de duración, los cuales son enviados a diferente tiempo entre símbolos para cada usuario. En base a este método de acceso múltiple construimos un nuevo protocolo MAC, interference-Aware Adaptive Asynchronous (i-AAA), el cual asegura la entrega de los paquetes de forma asíncrona, simple, pero robusta. Finalmente, analizamos el rendimiento de los mecanimos propuestos y optimizamos sus parámetros de modo que funcionen de manera más eficiente. La longitud de los paquetes de datos tiene un impacto especial en el rendimiento de los protocolos. Es por eso, que optimizamos su valor en base a una métrica que tiene en cuenta la eficiencia energetic del protocolo. English: In this work, we study the communication among many nano-devices configuring electromagnetic Nanonetworks. Taking into account the underlying physical layer, we propose a multiple access method, Rate Division Time Spread On-Off Keying (RD TS-OOK), which is based on the radiation of femtosecond-long pulses with different intersymbol durations for each user. On top of this multiple access method, we build up a new MAC protocol, interference-Aware Adaptive Asynchronous (i-AAA), that ensures fair packet delivery in an asynchronous, simple but robust way. Finally, the performances of the proposed mechanisms are analytically studied and their parameters optimized in order to efficiently adjust them. Packet size has an special impact on the protocol performances; this is why, we lastly optimize its value based on an energy efficiency metric.

The Terahertz Band (0.1-10 THz) is envisioned as a key a wireless technology that will enable Terabit-per-second data rate, which is expected to become a reality within the next five years. One of the main problems of this technology is the lack of compact high-power signal sources in order to overcome the very high path loss. Novel plasmonic devices based on nanomaterials such as graphene are a new promising alternative capable to efficiently operate at THz frequencies. In this thesis, the performance of a graphene-based plasmonic device for on-chip direct generation, modulation, and detection of THz signals is proposed, modeled and simulated using a finite-difference-based multi-physics simulation platform, which can handle both hydrodynamic model equations and Maxwell's equations. The device is based on a gated High Electron Mobility Transistor (HEMT) with graphene as the 2DEG channel, where a THz plasmonic signal is generated by implementing an asymmetric boundary condition at the source and drain. Moreover, this setup offers the possibility to modulate the generated signal by changing the applied current density. La banda de Terahercios (0.1-10 THz) está prevista ser una tecnología inalámbrica clave que permitirá la velocidad de datos de Terabit por segundo, que se espera que sea una realidad en los próximos cinco años. Uno de los principales problemas de esta tecnología es la falta de fuentes de señal compactas de alta potencia para superar la muy alta pérdida de propagación. Los nuevos dispositivos plasmónicos basados en nanomateriales como el grafeno son una nueva alternativa prometedora capaz de operar eficientemente a frecuencias de THz. En esta tesis, se propone, modela y simula el rendimiento de un dispositivo plasmónico basado en grafeno para la generación directa en chip, la modulación y la detección de señales THz utilizando una plataforma de simulación multifísica basada en diferencias finitas, que puede manejar ambas ecuaciones del modelo hidrodinámico y las ecuaciones de Maxwell. El dispositivo se basa en un Transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) con grafeno como el canal 2DEG, donde se genera una señal plasmónica de THz mediante la implementación de una condición de frontera asimétrica en la fuente y el drenaje. Además, esta configuración ofrece la posibilidad de modular la señal generada cambiando la densidad de corriente aplicada. La banda de Terahertzs (0.1-10 THz) està prevista ser una tecnologia sense fils clau que permetrà la velocitat de dades de Terabit per segon, que s'espera que sigui una realitat en els pròxims cinc anys. Un dels principals problemes d'aquesta tecnologia és la manca de fonts de senyal compactes d'alta potència per superar la molt alta pèrdua de propagació. Els nous dispositius plasmònics basats en nanomaterials com el grafè són una nova alternativa prometedora capaç d'operar eficientment a freqüències de THz. En aquesta tesi, es proposa, modela i simula el rendiment d'un dispositiu plasmònic basat en grafè per a la generació directa en xip, la modulació i la detecció de senyals THz utilitzant una plataforma de simulació multifísica basada en diferències finites, que pot gestionar les equacions del model hidrodinàmic i les equacions de Maxwell alhora. El dispositiu es basa en un Transistor d'alta mobilitat d'electrons (HEMT) amb grafè com el canal 2DEG, on es genera un senyal plasmònica de THz mitjançant la implementació d'una condició de frontera asimètrica a la font i el drenatge. A més, aquesta configuració ofereix la possibilitat de modular el senyal generat canviant la densitat de corrent aplicat.

Analysis of the capacity and the delay of a bacteria-based communication system in the nano-scale Projecte realitzat mitjançant programa de mobilitat. SCHOOL OF ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING. GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY English: the objective is to perform a theoretical analysis of the capacity and the delay on flagellated bacteria communication. Castellano: el objetivo es hacer un análisis de la capacidad y del retraso de las comunicaciones basadas en bacterias flageladas. Català: l'objectiu és dur a terme una anàlisi de la capacitat i del retard de les comunicacions basades en bacteris flagel·lats.