知名的大型电子交换系统

在电信领域，电子交换系统 (ESS) 是一种电话交换机，它利用数字电子和计算机控制来互连电话电路以建立电话呼叫。20世纪50年代之前的几代电话交换机使用纯机电中继系统和模拟语音路径。这些早期的交换机通常采用逐步技术。20世纪60年代的第一代电子交换系统本质上并非完全数字化，而是使用簧片继电器操作的金属路径，或者由存储程序控制 (SPC) 系统操作的纵横开关。贝尔实验室于1955年宣布，在1960年11月开始在伊利诺伊州莫里斯进行客户试装全电子中央办公室。第一个知名的大型电子交换系统是美国贝尔系统的第一电子交换系统 (1ESS)，于1965年5月在新泽西州苏卡苏纳推出。后来的电子交换系统实现了电气的数字表示，通过将模拟信号数字化并处理结果数据以在中心局之间传输，从而在用户环路上传输音频信号。时分复用 (TDM) 技术允许在中央局或其他电子交换机之间的单线连接上同时传输多个电话呼叫，从而显着提高了电话网络的容量。随着20世纪60年代数字电子技术的进步，电话交换机越来越多地采用半导体器件元件。到了20世纪末，没有 TDM 处理的电话交换机已被淘汰，电子交换系统一词在很大程度上成为旧 SPC 系统的历史区别。具有光纤延迟线 (FDL) 缓冲器的光数据包交换系统可提供高吞吐量、与比特率无关、节能且透明的转发。然而，FDL 缓冲区存在可扩展性问题，因此无法容纳大量网络流量。在本文中，我们研究了 FDL 缓冲区的网络性能。由于 FDL 缓冲区的离散时间特性，尽管添加了额外的 FDL，但传输控制协议 (TCP) 应用程序的吞吐量并未显着提高。

然后，我们提出了光学和电子组合缓冲器架构。组合缓冲器由FDL缓冲器和根据其占用情况具有功率管理功能的辅助电子缓冲器组成。组合缓冲区仅使用FDL缓冲区，并在流量较低时保持其能源效率。在此过程中，该架构在非高峰流量下将功耗降低至仅由电子设备组成的缓冲器的70%。随着交通量的增加，组合缓冲器打开其电子设备并容纳增加的交通量。仿真结果表明，针对突然增加的流量，所提出的缓冲器架构比现有的 FDL 缓冲器获得了1.5倍的吞吐量。同时，我们表明辅助电子元件必须在300毫秒内准备好使用。在这里，我们证明我们可以使用电子输入合理而精细地控制不同的基于 DNA 的纳米器件和纳米开关的功能。为了证明我们方法的多功能性，我们在这里使用了三种不同模型的基于 DNA 的纳米开关，由重金属和特定 DNA 序列以及铜响应 DNAzyme 触发。为了实现对这些基于 DNA 的纳米器件的电子感应控制，我们在电极芯片的表面施加了不同的电压。施加的电势促进电子转移反应，从电极表面释放分子输入，最终触发基于 DNA 的纳米器件。使用电子输入作为精细激活基于 DNA 的纳米器件的方法似乎特别有希望扩展 DNA 纳米技术领域的可用工具箱并实现对这些平台的更好的分层控制。

DNA 纳米技术是一个不断发展且令人兴奋的领域，其中合成核酸经过合理的工程和设计来构建新颖的响应性纳米机器或功能性纳米设备，代表了仿生技术的有趣例子之一。大多数这些基于 DNA 的纳米设备依赖于一个共同的基本机制：目标分子输入被DNA探针序列识别，结合事件与机械运动或输出信号耦合。因此，即使是复杂的功能性DNA纳米结构（即折纸）也是基于使用相对较短的DNA序列（或纳米开关）在存在特定分子输入的情况下会经历结合诱导的构象变化或基于DNA的反应，从而赋予纳米结构有用的功能。尽管在这一领域取得了进展，但更好地控制此类纳米器件的需求仍然部分未得到满足。因此，为了充分利用这些平台，找到以高度可控的方式触发和激活其功能的新策略至关重要。自从伏打、法拉第和其他先驱电化学家的革命性发现以来，通过电子输入控制氧化还原反应的可能性（施加电压）代表了化学史上的重大突破之一。

两百多年来，电化学已广泛应用于从能源生产到工业制造和传感等领域。由于仪器成本低廉、可能实现小型化和高水平控制，电化学也可能代表了一种有趣的新生物技术应用的技术。新颖的生物技术应用的机会。事实上，氧化还原反应在自然界中经常用于激活、调节和控制各种生物途径和反应（例如光合作用和能量储存/释放）。以类似的方式，电化学可以用于调节生物启发。尽管如此，使用电子输入来控制基于DNA的纳米设备的可能性迄今为止还很少得到应用。受上述论点的启发，在这里我们提出了一种以电子方式控制各种DNA的方法 -基于纳米器件。我们通过电子输入控制电极-溶液界面上的电子转移，从而以高度可控的方式促进氧化还原反应。更具体地说，我们在这里使用施加在电极芯片表面的电压作为电子输入。这种施加的电势会促进电极-溶液界面处的电子转移反应，从而释放分子输入，最终触发溶液中基于DNA的纳米器件。使用电子输入作为精细激活基于DNA的纳米器件的方法似乎特别有希望扩展DNA纳米技术领域的可用工具箱并实现对这些平台的更好的分层控制。