壓縮感知在無線傳感網的節能應用綜述

林德鈺，郭新明

（1.西安電子科技大學 計算機學院，陜西 西安 710071；2.咸陽師范學院 信息工程學院，陜西 咸陽712000）

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由大量傳感器節點密集鋪設以自組織形式構成的網絡系統。因傳感器節點成本低廉，鋪設簡單而被廣泛應用在數據獲取、環境監測、災難救援等場景中。[1]傳感器節點大多數采用電池供電，且大多數傳感器網絡節點數量龐大，給各個傳感器節點更換電池或者補充能量顯得不切實際。因此，能量受限是WSNs不容忽視的瓶頸之一。[2-3]近年來，圍繞如何提高能量效率、延長網絡生命期等關鍵問題，出現了一系列研究成果。其中包括：分簇路由策略[2-3]、移動Sink節點策略[4-5]、拓撲控制技術[6-7]以及數據聚合技術[8]等。同時，由于傳感器網絡大多數情況下采取了密集鋪設的形式，這導致數據采集過程中來源于連續區域內的數據具有一定的冗余性，此即感知數據的空間相關性；另一方面，傳感器節點連續進行數據感知，造成數據在臨近時段內也存在冗余——數據的時間相關性。因此，合理地消除數據的時空相關性可以進一步節約傳感器能耗，進而延長網絡生命期。

壓縮感知（Compressed Sensing,CS）理論是近些年出現的，是一種利用信號稀疏性、數理統計理論以及最優化理論進行信號處理與描述的新的框架[9-11]。壓縮感知理論首先由Doboho D、Candes E以及Baraniuk R等人首先提出，并且作出了奠基性成果，提出了壓縮感知的理論框架。在傳統的信號獲取中，奈奎斯特采樣定理是信號獲取的理論基礎，即為了完整地獲取原始信號，采樣頻率至少必須為原始信號的最高頻率的兩倍以上。……