筑波大学:青蛙合唱与通信系统

ICT 2019年01月18日
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日本筑波大学的研发小组通过实验和数学的方法研究了青蛙合唱的规律,并将研究成果应用到了无线传感器网络的自律分散型控制中。

筑波大学:青蛙合唱与通信系统

春天到,青蛙叫。大声鸣叫的都是雄性青蛙,雌性青蛙听到叫声后会向雄性青蛙靠近。本次研究分析了雄性青蛙的录音数据,发现“在短时间内,青蛙会错开鸣叫时间,而在长时间内,则会同时切换鸣叫状态和休息状态,形成合唱,也就是说,青蛙会在合唱的间隙集体休息”。研发小组利用随机切换青蛙鸣叫状态和休息状态的数学模型(以下简称“青蛙合唱模型”),定性再现了青蛙的这种活动特性。

研发小组还将青蛙的合唱模型应用到了无线传感器网络的自律分散型控制中(图1)。无线传感器网络是将带大量传感器的无线终端分布到空间中的通信系统。附近的终端之间通过像水桶接力(Bucket Relay)一样发送数据,可以进行大范围的信息收集。

筑波大学:青蛙合唱与通信系统

图1:青蛙合唱和无线传感器网络的示意图。本次研究着眼于二者在短时间内会错开时间,而在长时间内会同时切换状态的共同点。

本次研究根据青蛙的合唱模型实施了数值模拟,验证了其作为无线传感器网络控制方法的有用性。结果发现,“可以在避免相互靠近的终端数据包发生冲突的同时,同时切换整体的通信状态和休眠状态”。利用这种性质,有望提高避免附近终端之间的数据包冲突的性能,同时还有望提高网络整体的连接性和节能性能。

相关研究成果已于2019年1月9日在英国皇家学会出版的科学杂志《皇家学会开放科学》(Royal Society Open Science)上公开。

文 JST客观日本编辑部

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