多跳通信 青蛙合唱启发无线传感器网络

如果你曾经在池塘里露营，你就会知道青蛙在晚上做了一个球拍;但你可能不知道的是它们的合唱是如何功能和规范的。青蛙与声音沟通，在他们的骚动中是一个内部协调的系统，让信息更清晰地通过，同时允许集体合唱和时间休息。大阪大学和筑波大学的研究人员试图利用这种两栖敏锐的数学和技术目标。

该团队研究了不同时间间隔的雄性日本树蛙的呼唤模式。为此，他们在笼子里放置了三只青蛙并记录了他们的声音相互作用。他们发现青蛙都避免重叠的呱呱声，并在呼唤和沉默之间集体转换。研究人员随后创建了一个数学模型，以使青蛙的声学教学适应技术利益，因为这些模式与网络中的模式类似。该研究结果发表在“皇家学会开放科学”杂志上。

“我们发现邻近的青蛙避免了时间上的重叠，这使得能够听到个别声音的清晰路径，”研究合着者Daichi Kominami解释说。“以同样的方式，传感器网络中的相邻节点需要交替数据传输的时间，因此数据包不会发生冲突。”

在观察到的青蛙三重奏中，也有集体沉默和合唱之间交替的时期。避免重叠是一致的(确定性的)，而后者的集体呼叫更加多样化(随机)。该模式的另一个用途是如何巧妙地让青蛙休息休息，这需要大量的能量。

研究人员随后开发了一个数学模型，该模型结合了青蛙的主要交互模式，并使其适应可用于技术手段的基于阶段的格式。

主要作者Ikkyu Aihara说：“我们以确定的方式模拟了呼唤和沉默状态。”同时以随机方式模拟了它们之间的过渡。这些模型定性地再现了实际青蛙的呼叫模式，然后有助于设计自治分布式通信系统。“

这种系统必须巧妙地规范给予，采取，活动和休息。因此，作为研究的第三部分，研究人员利用该模型进行无线传感器网络中的数据流量管理。这些网络是物联网中的关键组成部分，因为它们分散的传感器节点测量和传达不同的环境特征。然后，通过复杂的协调，将收集的数据馈送到中央系统。

他们发现短时间尺度的交替在避免数据包冲突方面特别有效。同时，长时间尺度的循环和集体转型为调节能耗提供了希望。

“这项研究有双重好处，”共同作者Masurauki Murata说。“这将有助于了解青蛙合唱的更多生物学知识，并提高无线传感器网络的技术效率。”

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