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日本筑波大学、大阪大学合作,对雄性日本树蛙的和鸣行为机制进行数学建模,并将此用于构建无线传感器网络。
图1 雄性日本树蛙
雄性青蛙在繁殖期需要通过鸣叫吸引雌蛙。当大量雄蛙在同一地点时,不同种类的雄蛙可以自发形成集体和鸣,并在短时间内通过交错鸣叫避免叫声重叠,通过在不鸣叫的间隔期休息,减少长时间和鸣的体力消耗。
青蛙的这种和鸣方式与物联网通信类似,大量不同种类的无线传感器需要交替传输数据,避免数据包冲突,同时还需要在较长时间内降低功耗。为此,研究人员提出了一个数学模型,描述
青蛙和鸣在多个时间尺度上的交替特征。模型显示,
青蛙的和鸣在短时间尺度内是相位振荡器模型的稳定平衡状态,是确定过程,而长时间尺度下,和鸣的间隔变化很大(
青蛙个体为节省体力增加不鸣叫间隔),是随机过程,因此整个和鸣模型是确定性模型和随机模型的混合体。将该模型用于无线传感器网络,和鸣为传感器传输数据状态,不鸣叫为传感器睡眠的低功耗状态。仿真表明,该模型在100ms范围内,数据包冲突概率小于0.01%,长时间尺度内通过节点间的相互抑制,降低了整体功耗。
图2 青蛙和鸣与无线传感器通信网络
这项研究提出了一种新的无线传感器网络通信形式,可降低整体网络功耗,有望用于物联网,对其他无线通信网络也有借鉴价值。
(蓝海星)
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