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过，你会知道青蛙在晚上会发出叫声。但是你可能不知道的是他们的合唱是如何运作的，是如何标准化的。青蛙通过声音交流，这是它们骚动中的一个内部协调系统，让信息传递得更清楚，同时让集体合唱和休息的时间。大阪大学和筑波大学的研究人员试图利用这一两栖的敏锐数学和技术目标。

研究小组研究了雄性树蛙在不同时间间隔的叫声模式。为此，他们把三只青蛙放在笼子里，记录它们的声音互动。他们发现青蛙避免了重叠的呱呱叫声，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，使青蛙声学教学适应技术优势，因为这些模型类似于网络中的模型。研究结果发表在皇家学会的《开放科学》杂志上。

“我们发现相邻的青蛙在时间上避免了重叠，这使得听到清晰的个体声音路径成为可能，”该研究的合著者Daichi Kominami解释道。“同样，传感器网络中的相邻节点需要交替的数据传输时间，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交替的时期。避免重叠是一致的(确定性的)，而后面的组调用更多样化(随机的)。这种模式的另一个用途是如何巧妙地让青蛙休息，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，并将其调整为基于阶段的格式，可用于技术手段。

主要作者伊基相原说：“我们以一种明确的方式模拟了召唤和沉默。”同时，以随机方式模拟它们之间的过渡。这些模型定性地再现了实际青蛙的呼叫模式，然后帮助设计自主分布式通信系统。"

这个系统必须巧妙地调节给予、索取、活动和休息。因此，作为研究的第三部分，研究人员使用该模型来管理无线传感器网络中的数据流。这些网络是物联网的关键组成部分，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，收集的数据被馈送到中央系统。

他们发现短时间尺度的交替在避免包冲突方面特别有效。同时，长期循环和集体转型为调控能源消费提供了希望。

“这项研究有双重好处，”合著者村田正树(Masurauki Murata)说。“这将有助于了解更多青蛙合唱团的生物学知识，提高无线传感器网络的技术效率。”

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