[論文レビュー] Internet of Nano, Bio-Nano, Biodegradable and Ingestible Things: A Survey

Şeyda Şentürk, İbrahim Kök+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2022

Molecular Communication and Nanonetworks被引用数 4

ひとこと要約

本サーベイは、最近の研究、アーキテクチャモデル、通信フレームワーク、および応用分野を統合することで、エマergingナノネットワークパラダイム（ナノのインターネット（IoNT）、バイオナノのインターネット（IoBNT）、生分解性のインターネット（IoBDT）、摂取可能なナノのインターネット（IoIT））を包括的かつ統一的に概説する。生物・サイバーインターフェース、データ管理、セキュリティ、標準化といった重要な課題を特定し、ナノスケールネットワーキング分野における今後の研究の基盤となる。

ABSTRACT

In recent years, advances in biotechnology, nanotechnology and materials science have led to development of revolutionizing applications in Internet of Things (IoT). In particular, the interconnection of nanomaterials, nanoimplants and nanobiosensors with existing IoT networks have inspired the concepts of Internet of Nano Things (IoNT), Internet of Bio-Nano Things (IoBNT), Internet of Biodegradable Things (IoBDT) and Internet of Ingestible Things (IoIT). To date, although there are several survey papers that addressed these concepts separately, there is no current survey covering all studies in IoNT, IoBNT, IoBDT and IoIT. Therefore, in this paper, we provide a complete overview of all recent work in these four areas. Furthermore, we emphasize the research challenges, potential applications, and open research areas.

研究の動機と目的

• 本研究は、IoNT、IoBNT、IoBDT、IoITという4つの新興ナノネットワークパラダイムを網羅的にカバーする包括的サーベイが不足しているという点を解決することを目的としている。
• これらのパラダイムにわたるネットワークアーキテクチャ、通信モデル、および応用分野に関する最近の研究を統合することを目的としている。
• 生物・サイバーインターフェース、データ管理、セキュリティ、エネルギー制約といった主要な技術的課題を特定および分析することを目的としている。
• 標準化、スケーラビリティ、実世界への展開のためのオープンな研究課題および今後の方向性を強調することを目的としている。

提案手法

• 学術誌およびプレプリントから得たIoNT、IoBNT、IoBDT、IoITに関する最近の研究を対象とした体系的文献レビュー。
• 応用分野、通信モード、ネットワークアーキテクチャに基づいて、既存の研究を分類すること。
• 生物学的ノイズ、帯域制限、非OSI準拠プロトコルといったナノ環境下での通信課題の分析。
• ナノネットワークにおける提案された標準、セキュリティメカニズム、およびデータ処理技術の評価。
• 既存のサーベイ論文の比較分析を通じて、現在の研究におけるギャップを同定（表I）。
• エネルギー回収、移動性、およびブロックチェーンやSDNといった次世代技術との統合を含む、すべてのパラダイムにわたるオープンな課題の統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoNT、IoBNT、IoBDT、IoITにおけるコアなアーキテクチャモデルおよび通信構造は何か？
• RQ2 生物学的およびナノスケール環境の固有の環境的・物理的制約は、ナノ通信にどのように影響を与えるか？
• RQ3 これらの新興ナノネットワークにおけるデータ管理、セキュリティ、プライバシーの主要な課題は何か？
• RQ4 現在の生物・サイバーインターフェース開発における主な制限は何か。それらは実世界への展開にどのように影響を与えるか？
• RQ5 スケーラブルで安全かつ相互運用可能なナノネットワークエコシステムを実現するために、今後最も重要となる研究分野は何か？

主な発見

• IoNT、IoBNT、IoBDT、IoITの4つのパラダイムを包括的にカバーする既存のサーベイは存在せず、本サーベイはこれらを統合する最初のものである。
• ナノネットワークは生物学的ノイズ、帯域制限、標準化されていない通信プロトコルのため、顕著な課題に直面しており、従来のOSI/TCPモデルは不適切である。
• セキュリティとプライバシーは深刻な懸念事項であり、医療的・個人情報の感受性の高さから、攻撃表面が広がっている。
• 現在の生物・サイバーインターフェースはまだ臨床的実用性に達しておらず、汎用的かつ現実的な展開フレームワークの構築が求められている。
• ナノスケールデバイスにおけるデータ管理およびスマートデータ分析はまだ未発達であり、軽量でデバイス内での実行が可能なアルゴリズムの開発が急務である。
• ブロックチェーン、SDN、NFTsといった新技術との統合はまだ初期段階ではあるが、将来の有望な研究分野である。