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Como melhorar as redes de IoT com base em comportamento animal

Berg Insight, a empresa de pesquisa de Internet of Things (IoT) divulgou recentemente dados indicando que a base instalada de dispositivos IoT sem fio em automação industrial atingiu 21,3 milhões em 2018. Diz a empresa que esse número pode chegar a 50,3 milhões de conexões até 2023. Muitos novos nós industriais sem fio estão chegando, e potencialmente muitas colisões de pacotes de dados, se as novas redes não estiverem planejadas para lidar com uma escala em bola de neve.

Copiar rãs machos é a resposta, dizem pesquisadores da Universidade de Osaka, e da Universidade de Tsukuba no Japão. Eles dizem que descobriram que os padrões de vocalização de rãs japonesas machos não se sobrepõem e, portanto, replicam como seria ideal ver em uma função de rede − nenhum pacote falhando. Os anfíbios pulando coletivamente orquestram seus grunhidos e silêncios.

Um sapo macho japonês que produz o tipo de chamado examinado neste estudo. (crédito: Universidade de Osaka)

Como diz Daichi Kominami da Universidade de Osaka no site da escola, “as rãs machos vizinhas evitaram a sobreposição temporal, o que permite um caminho claro para as vozes individuais serem ouvidas”. “Da mesma forma, nós vizinhos em uma rede de sensores precisam alternar os tempos de transmissão de dados, para que os pacotes de dados não colidam”.

Em outras palavras, apesar de soar como uma cacofonia implacável para a pessoa comum, as rãs machos estão de fato prontas para a modelagem matemática de um sistema de comunicação.

Os padrões de comunicação destes animais

Os pesquisadores capturaram três destes animais e os colocaram em gaiolas individuais. Eles então observaram a interação − eles comunicam informações através do som. O grupo descobriu que, por meio de uma espécie de orquestração alternativa de tempo de duração de chamadas, no curto prazo, as informações eram transmitidas com clareza. Mas, no longo prazo, os animais às vezes preferem coaxar em uníssono, ou todos silenciam − é um trabalho árduo ser uma rã macho.

Por exemplo, segundo Daichi Kominami, professor assistente de negócios e gestão da escola de pós-graduação da Universidade de Osaka, e um colega de trabalho do estudo, para evitar acidentes de trânsito, os dados de velocidade e outras informações devem ser coletados de um grande número de veículos. Mas se os dados forem enviados diretamente de cada veículo para uma estação base, pode ocorrer uma “colisão de pacotes”, envolvendo confrontos entre pacotes de dados enviados por diferentes veículos, levando a uma falha do sistema.

Kominami acrescentou que “no entanto, se os dados puderem ser trocados entre os veículos vizinhos de uma maneira como os coros das rãs, é improvável que ocorram colisões de pacotes, e variações no número de veículos envolvidos provavelmente não causarão grandes confusões”.

Os investigadores descobriram que estes animais evitavam os coaxares sobrepostos e trocavam coletivamente entre o chamado e o silêncio. Era um padrão audível claro, incluindo intervalos de descanso para todos. O grupo científico então modelou matematicamente suas descobertas, que eles pretendem usar para projetar sistemas de comunicação desembolsados autônomos, do tipo que provavelmente veremos mais na IoT industrial.

Os pesquisadores dizem que “tais sistemas devem inteligentemente regular, dar e receber, atividade e descanso”. “A parte do descanso é para reduzir o consumo de energia da rede para possíveis sensores ambientais amplamente desembolsados”. “Os animais exibem vários tipos de comportamento coletivo sob a forma de enxames”.

Os acadêmicos de Osaka escreveram ainda que “vários estudos teóricos mostram que a inteligência de enxames pode resolver problemas do mundo real, especialmente nos campos das tecnologias de informação e comunicação”.

No caso do estudo das rãs, aplicado ao projeto de rede, o coaxar individual em escala curta é “eficaz para evitar colisões de pacotes de dados”, e que os longos coros de escala, repouso e comunais “prometem regular o consumo de energia”.

E o que as rãs machos estão realmente fazendo? Principalmente chamando uma companheira para um acasalamento.


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