- 青蛙合唱團激發無線傳感器網絡
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2020/12/10
圖1.一只雄性日本樹蛙產生了本項研究中所研究的鳴叫類型。
如果您曾經在池塘旁露營過，那您就會知道青蛙會在晚上拍球。但是您可能不知道他們的合唱團實際上是如何發揮功能和對其進行調節的。青蛙通過聲音進行交流，在騷動中是內部精心設計的系統，可以使信息更清晰地通過，同時也可以使集體合唱和休息時間。大阪大學和筑波大學的研究人員試圖利用這種兩棲敏銳度實現數學和技術目標。
研究小組研究了不同時間間隔內雄性日本樹蛙的鳴叫模式。為此，他們將三只青蛙分別放在籠子里，并記錄了它們的聲音相互作用。他們發現青蛙既避免了重疊的吱吱聲，又在呼喊和沉默之間集體切換。然后，研究人員創建了一個數學模型，以使青蛙的聲學教學適應技術利益，因為這種模式類似于網絡中重視的模式。該發現發表在《皇家學會開放科學》雜志上。
該研究的合著者大知小南解釋說：“我們發現相鄰的青蛙避免了時間上的重疊，這為清晰地聽到個人聲音提供了路徑。” “以同樣的方式，傳感器網絡中的相鄰節點需要改變數據傳輸的時序，以使數據包不會發生沖突。”
在觀察到的青蛙三重奏中，有時還會在集體沉默和合唱之間交替出現。避免重疊是一致的（確定性的），而后面的集體召集則更具多樣性（隨機的）。該模式的另一個實用工具是它如何巧妙地使青蛙從它們的呼喚中休息，這需要大量的能量。
圖2.青蛙合唱和無線傳感器網絡之間的關系。
然后，研究人員建立了一個數學模型，將青蛙的主要相互作用模式納入其中，并使它們適應于可用于技術手段的基于階段的格式。
主要作者Ikyu Aihara表示：“我們以確定性的方式對呼叫狀態和沉默狀態進行了建模，同時以隨機的方式對往返于它們之間的過渡進行了建模。這些模型定性地再現了實際青蛙的呼叫模式，從而有助于設計自主的分布式通信系統。”
這樣的系統必須巧妙地調節奉獻，活動和休息。因此，作為研究的第三部分，研究人員利用該模型對無線傳感器網絡中的數據流量進行管理。這些網絡是物聯網中的關鍵組件，因為它們分散的傳感器節點可以測量和傳達不同的環境特征。然后，通過復雜的協調，將收集的數據饋送到中央系統。
圖3.青蛙合唱的經驗數據；雄蛙在很短的時間內改變他們的叫聲，共同在叫聲和無聲狀態之間切換。
他們發現短時尺度交替對避免數據包沖突特別有效。同時，長期的周期性和集體性轉變為調節能耗提供了希望。
共同作者村田雅之（Masayuki Murata）說：“這項研究有雙重好處。” “這將導致在了解青蛙合唱方面獲得更多的生物學知識，并在無線傳感器網絡中帶來更高的技術效率。”
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