压缩感知在无线传感网络的应用综述
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（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ ３２１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｓｃｉｎａｔｉｎｇ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ａｔ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ｉｍａｇｅ，ｒａｄａｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ，ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｍａｇｅ ｅｎｅｒｙｐｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ａｒｏｕｓｅｄ ａ ｈｏｔ ｄｉｓ— ｅｕｓｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓ— ｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｖｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｓｅｖｅｒａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ，ａ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｒｅａｌ ｌｉｆｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｔ ｌａｓｔ ｉｔ ｇｉｖｅｓ ａｎ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ；ｄａｔａ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ
人 们 对 数 据 需 求 的剧 增 ，使 信 息 技 术 面 临 着 巨 大 考 验 。模 拟 化 的 现 实 世 界 和 数 字 化 的 信 号 处 理 工 具 ，导 致 信 号 的 采 集 必 须从 获 取模 拟 信 号人 手 ，然 后再 进 行 数 字 化 处 理 。但信号的数字化会使得数据量变得十分巨大 ，若 不对 其 进 行 有 效 的压 缩 就 难 以得 到 实 际 应 用 。
现 在 应 用 最 多 的 无 线 传 感 器 网 络 可 探 测 地 震 、噪 声 、 电磁 、温 度 、湿 度 、压 力 、光 强 度 、土 壤 成 分 、移 动 物 体 的 大 小 、速 度 和 方 向等 。随 着 技 术 的成 熟 ，它 也 可 以在 航 空 、军 事 、医 疗 、工 业 、救 灾 等 领 域 发 挥 巨大 的作 用 。 １．３ 研 究 意 义
大 多 数 存 在 的能 量 管 理 策 略 和 压 缩 技 术 假 定 操 作 传 感 器 收 集 数 据 相 比较 无 线 发 射 和 接 受 数 据 消 耗 更 少 能 量 。 但 这 个 假 定 并 不 在 一 些 实 用 器 件 中成 立 ，事 实 上 数 据 收集 的 能 量 消 耗 与 无 线 传 输 相 比可 能 相 当或 者 更 加 大 。
引用格 式 ：包 明杰 ，张浩 然 ，王妃 ．压 缩感 知在无 线传感 网络的应 用综述 ［Ｊ］．微 型机 与应用 ，２０１６，３５（１４）：１６－１８．
Ａ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ
Ｂａｏ Ｍｉｎｇｊｉｅ，Ｚｈａｎｇ Ｈａｏｒａｎ，Ｗａｎｇ Ｆｅｉ
ＣＡＮＤＥＳ Ｅ和 ＤＯＮＯＨＯ Ｄ Ｌ于 ２００６年提 出 了压 缩 感 知 的概 念 ，其 核 心 思 想 是 将 压 缩 与 采 样 合 并 进 行 ，然 后 根 据 相 应 的重 构 算 法 由测 量 值 重 构 原 始 信 号 。 由于 压 缩 感 知 采 集 的 数 据 量 远 小 于 传 统 的 数 据 采 样 方 法 ，使 得 采 集 的信 号 具 有 更 高 的分 辨 率 成 为 可 能 。 压 缩 感 知 的理 论 主 要 包 括 ：信 号 的稀 疏 表 示 、编 码 测 量 和 重 构 算 法 等 三 个 方 面 。压 缩 感 知 的先 验 条 件 是 信 号 的 可 稀 疏 表 示 ，即将 信 号 投 影 到 正 交 变 换 基 时 ，可 以忽 略 或 者 近 似 忽 略 ，变 换 向 量 可 以看 成 稀 疏 的或 者 近 似 稀 疏 的 。完 成 压 缩 感 知 ，首 先 要 选 择 投 影 矩 阵 ，该 矩 阵需 要 具 有 稳 定 性 ，同 时 满 足 约 束 等 距性 （Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｉｓｏｍｅｔｒｙ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ＲＩＰ）条件 ，以使 得信 号 的线性投影能够保持 信号 的原始结 构 。然后 通过 原始信 号 与 测 量 矩 阵 的乘 积 获 得 原 始 信 号 的 线 性 投 影 测 量 。最 后 利 用 投 影 矩 阵 和测 量 矩 阵 来 重 构 原 始 信 号 。
本 文分 别 从 压 缩 感 知仿 真 实验 和 实例 、压缩 感 知 的 测 量 方 案 、压缩 感 知 的 解 压 缩 方 案 、压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网 络 的具 体应 用 四个 方 面 对 基 于 压 缩 感 知 的 无 线 传 感 网 络 进 行 分 析 与研 究 。
在传统采样过程 中，采样频 率要 求不得低 于信号最高 频率的 ２倍 。数字 图像 和视频需求 的增加 ，使得数据采 集 量剧 增 ，存 储 和 传输 的代价 变 得 十 分 高 昂 。近 年 来 ，一 种 新兴 的 压 缩 感 知／传 感 （Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，ＣＳ）理论 为 数 据采 集 理论 带 来 了革 命 性 的 突 破 ，并 得到了广泛关 注 。它采用 了非 自适应 线性投影 ，保持 了
感 知 在 无 线 传 感 网络 领 域 的 优 势 ，最 后 对 压 缩 感 知 的 前 景 进 行 了展 望 。
关 键 词 ：压 缩 感 知 ；无 线 传 感 网络 ；数 据 压 缩
中 图 分 类 号 ：ＴＰ３；ＴＰ２１２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—７７２０．２０１６．１４．００５
１ ６
《微 型机 与应 用）２０１６年 第 ３５卷 第 １４期
Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ ＣＯｍ ห้องสมุดไป่ตู้ｅｎｔ
１．２ 无 线传 感 网 络 无 线传 感 器 网 络 （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）由大
量 的安 置在 一 定 区域 内 的廉 价微 型传 感 器 节 点组 成 ，它 们 之 间通 过 无 线 通 信 方 式进 行 数 据传 送 ，形 成 了 一个 网 络 系 统 ’ ，用 以共 同完 成 对 于 网 络 覆 盖 区域 中被 感 知 对 象 的感 知 、采 集 和 处理 信 息 ，并 发 送 给 观 察 者 。无 线 传 感 器 网络 的 三个 要 素分 别 是 传 感 器 、感 知 对 象 和 观察 者 。
数据收集在无线 传感 网络上是 一个 关键 问题 。大量 实证 ：感 知 数 据 拥 有 强 大 的 时 空 压 缩 性 。 最 少 全 部 输 入 数 据 的 ２５％ 是 必 须 被 传 输 的 ，节 能 算 法 能 使 网络 的耗 电 量 尽 可 能 小 。压 缩感 知 技 术 能 够 大 幅 减 小 数 据 收 集 的 能 量 消耗 ，使 无 线 传感 网 络 的 能 耗 问题 得 到 有 效 解 决 。 １．４ 研 究综 述
（１）压 缩 感 知 仿 真 实 验 和 实 例 参 考 文 献 ［１２］介 绍 了压 缩 感 知 在 无 线 感 知 领 域 的 数 据测量 、传输 和重建方 面的应用 。文 中考 虑了传感器 数据 在 时 间 、空 间 和多 访 问路 径 传 输 三 个 方 面 的稀 疏 性 。作 者 对 基 于 压 缩 感 知 的 中 间路 径 控 制 方 案 进 行 了深 度 分 析 ，阐 明 了沟 通 信 噪 比在 重 构 表 现 方 面 的 影 响 。 文 章 还 确 定 了 活跃 的 和不 活 跃 的传 送 器 判 断 问题 ，并 提 供 了利 用 空 间 和 时 间相 关 性 的一 个 网络 数 据 恢 复 方 案 。仿 真 结 果 较 好 ，证 明信 号 的时 间 和空 间 以 及 访 问 路 径 的 相 关 性 对 数 据 压 缩 具 有 重 要 意 义 。 参考文献 ［１３］对 常用 的传感 器 、无线 电 和传感 器 探 头 进 行 了传 输 能 量 定 量 分 析 ，证 实 了传 感 能 源 成 本 水 平 的 重要性 ，并提 出压缩感知和分布式压缩感知作为无线传感 网络 的候 补 方 案 。用 数 值 实 验 验 证 了 压 缩 感 知 和 分 布 式 压 缩 感 知 的实 效 性 ，并 利 用 真 实 的数 据 集 证 实 了它 们 在 增 加 感 知 数 据 利 用 效 率 和 降 低 总 体 能 源 成 本 方 面 的优 势 。 （２）压 缩感 知 的测 量 方案 参 考 文 献 ［１４］采 用 了 经 过 证 实 的 幂 率 衰 减 速 率 模 型 ，并 为数据模型提 出了一个基 于二 维投影 的估测 算法 。 该 方 案 只 需 较 少 的 压 缩 测 量 ，极 大 地 减 少 了 能 量 消 耗 。并
Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ Ｃｏｍ ｍ ｅｎｔ
压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网络 的应 用 综 述
包 明 杰 ，张 浩 然 ，王 妃
（浙 江 师 范 大 学 数 理 与 信 息 工 程 学 院 ，浙 江 金华 ３２１０００）
摘 要 ：随 着信 息技 术 的发展 ，近 些年 压缩 感知技 术格 外 引人 瞩 目，在 图像 视 频 编 码 、雷达 及 微 波辐 射 成 像 、气 象卫 星 、图像 加
０ 引 言 近 年 来 ，无 线 传 感 器 网 络 （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，
ＷＳＮｓ）得 到 很 大 的关 注 ，它 使得 人 们 与这 个 世 界进 行 远 程 交 互 的 能 力 得 到 提 升 。 。但 是 该 项 技 术 在 实 现 方 面 遇 到 一 些 问题 。增加的节点数量使得通信路线变得异常复杂 ， 甚 至 导 致无 法 正 常 工 作 ；传 感 器 节 点 的 单 价并 没 有 降 到 一 个 可 以接 受 的范 围之 内 ；电 池 的续 航 时 间不 够 长 （在 较 理 想 的 情 况 下 正 常 运 行 也 只 能 工 作 数 月 ）。 不 过 随 着 越 来 越 多 的无 线 传 感 网络 产 品 上 市 ，这 些 问 题 正 在 逐 步 解 决 。
信 号 的原 始结 构 特 点 ，并 通 过 数 值 最 优 化 问题 准 确 重 构 原 始 信号 ，最终 以远 低于 传 统 的奈 奎 斯 特 频 率 进 行 采 样 ，解 决 了数 字信 号数 据 量 大 的难 题 ，在 压 缩 成 像 系统 、信 息转 换 、 无 线传 感 网 络 、生 物 医学 传感 等 领域 具 有 广泛 的 应用 空 间 。 １ 对 于压 缩感 知和 无线传 感 技术 的认识 １．１ 压 缩 感 知
密 、物联 网等领 域展 现 出强 大的功 能与发展 前景 。首 先介 绍 了压 缩感 知在 无线传 感 网络 领域 的发展 及研 究现状 ，然后 从 压缩 感
知 仿 真 实 验 和 实 例 、压 缩 感 知 的 测 量 方 案 、压 缩 感 知 的 解 压 缩 方 案 、压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网 络 的 具 体 应 用 四 个 方 面 阐 明 了压 缩
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｓｃｉｎａｔｉｎｇ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ａｔ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ｉｍａｇｅ，ｒａｄａｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ，ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｍａｇｅ ｅｎｅｒｙｐｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ａｒｏｕｓｅｄ ａ ｈｏｔ ｄｉｓ— ｅｕｓｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓ— ｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｖｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｓｅｖｅｒａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ，ａ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｒｅａｌ ｌｉｆｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｔ ｌａｓｔ ｉｔ ｇｉｖｅｓ ａｎ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ；ｄａｔａ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ
人 们 对 数 据 需 求 的剧 增 ，使 信 息 技 术 面 临 着 巨 大 考 验 。模 拟 化 的 现 实 世 界 和 数 字 化 的 信 号 处 理 工 具 ，导 致 信 号 的 采 集 必 须从 获 取模 拟 信 号人 手 ，然 后再 进 行 数 字 化 处 理 。但信号的数字化会使得数据量变得十分巨大 ，若 不对 其 进 行 有 效 的压 缩 就 难 以得 到 实 际 应 用 。
现 在 应 用 最 多 的 无 线 传 感 器 网 络 可 探 测 地 震 、噪 声 、 电磁 、温 度 、湿 度 、压 力 、光 强 度 、土 壤 成 分 、移 动 物 体 的 大 小 、速 度 和 方 向等 。随 着 技 术 的成 熟 ，它 也 可 以在 航 空 、军 事 、医 疗 、工 业 、救 灾 等 领 域 发 挥 巨大 的作 用 。 １．３ 研 究 意 义
大 多 数 存 在 的能 量 管 理 策 略 和 压 缩 技 术 假 定 操 作 传 感 器 收 集 数 据 相 比较 无 线 发 射 和 接 受 数 据 消 耗 更 少 能 量 。 但 这 个 假 定 并 不 在 一 些 实 用 器 件 中成 立 ，事 实 上 数 据 收集 的 能 量 消 耗 与 无 线 传 输 相 比可 能 相 当或 者 更 加 大 。
引用格 式 ：包 明杰 ，张浩 然 ，王妃 ．压 缩感 知在无 线传感 网络的应 用综述 ［Ｊ］．微 型机 与应用 ，２０１６，３５（１４）：１６－１８．
Ａ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ
Ｂａｏ Ｍｉｎｇｊｉｅ，Ｚｈａｎｇ Ｈａｏｒａｎ，Ｗａｎｇ Ｆｅｉ
ＣＡＮＤＥＳ Ｅ和 ＤＯＮＯＨＯ Ｄ Ｌ于 ２００６年提 出 了压 缩 感 知 的概 念 ，其 核 心 思 想 是 将 压 缩 与 采 样 合 并 进 行 ，然 后 根 据 相 应 的重 构 算 法 由测 量 值 重 构 原 始 信 号 。 由于 压 缩 感 知 采 集 的 数 据 量 远 小 于 传 统 的 数 据 采 样 方 法 ，使 得 采 集 的信 号 具 有 更 高 的分 辨 率 成 为 可 能 。 压 缩 感 知 的理 论 主 要 包 括 ：信 号 的稀 疏 表 示 、编 码 测 量 和 重 构 算 法 等 三 个 方 面 。压 缩 感 知 的先 验 条 件 是 信 号 的 可 稀 疏 表 示 ，即将 信 号 投 影 到 正 交 变 换 基 时 ，可 以忽 略 或 者 近 似 忽 略 ，变 换 向 量 可 以看 成 稀 疏 的或 者 近 似 稀 疏 的 。完 成 压 缩 感 知 ，首 先 要 选 择 投 影 矩 阵 ，该 矩 阵需 要 具 有 稳 定 性 ，同 时 满 足 约 束 等 距性 （Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｉｓｏｍｅｔｒｙ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ＲＩＰ）条件 ，以使 得信 号 的线性投影能够保持 信号 的原始结 构 。然后 通过 原始信 号 与 测 量 矩 阵 的乘 积 获 得 原 始 信 号 的 线 性 投 影 测 量 。最 后 利 用 投 影 矩 阵 和测 量 矩 阵 来 重 构 原 始 信 号 。
本 文分 别 从 压 缩 感 知仿 真 实验 和 实例 、压缩 感 知 的 测 量 方 案 、压缩 感 知 的 解 压 缩 方 案 、压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网 络 的具 体应 用 四个 方 面 对 基 于 压 缩 感 知 的 无 线 传 感 网 络 进 行 分 析 与研 究 。
在传统采样过程 中，采样频 率要 求不得低 于信号最高 频率的 ２倍 。数字 图像 和视频需求 的增加 ，使得数据采 集 量剧 增 ，存 储 和 传输 的代价 变 得 十 分 高 昂 。近 年 来 ，一 种 新兴 的 压 缩 感 知／传 感 （Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，ＣＳ）理论 为 数 据采 集 理论 带 来 了革 命 性 的 突 破 ，并 得到了广泛关 注 。它采用 了非 自适应 线性投影 ，保持 了
感 知 在 无 线 传 感 网络 领 域 的 优 势 ，最 后 对 压 缩 感 知 的 前 景 进 行 了展 望 。
关 键 词 ：压 缩 感 知 ；无 线 传 感 网络 ；数 据 压 缩
中 图 分 类 号 ：ＴＰ３；ＴＰ２１２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—７７２０．２０１６．１４．００５
１ ６
《微 型机 与应 用）２０１６年 第 ３５卷 第 １４期
Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ ＣＯｍ ห้องสมุดไป่ตู้ｅｎｔ
１．２ 无 线传 感 网 络 无 线传 感 器 网 络 （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）由大
量 的安 置在 一 定 区域 内 的廉 价微 型传 感 器 节 点组 成 ，它 们 之 间通 过 无 线 通 信 方 式进 行 数 据传 送 ，形 成 了 一个 网 络 系 统 ’ ，用 以共 同完 成 对 于 网 络 覆 盖 区域 中被 感 知 对 象 的感 知 、采 集 和 处理 信 息 ，并 发 送 给 观 察 者 。无 线 传 感 器 网络 的 三个 要 素分 别 是 传 感 器 、感 知 对 象 和 观察 者 。
数据收集在无线 传感 网络上是 一个 关键 问题 。大量 实证 ：感 知 数 据 拥 有 强 大 的 时 空 压 缩 性 。 最 少 全 部 输 入 数 据 的 ２５％ 是 必 须 被 传 输 的 ，节 能 算 法 能 使 网络 的耗 电 量 尽 可 能 小 。压 缩感 知 技 术 能 够 大 幅 减 小 数 据 收 集 的 能 量 消耗 ，使 无 线 传感 网 络 的 能 耗 问题 得 到 有 效 解 决 。 １．４ 研 究综 述
（１）压 缩 感 知 仿 真 实 验 和 实 例 参 考 文 献 ［１２］介 绍 了压 缩 感 知 在 无 线 感 知 领 域 的 数 据测量 、传输 和重建方 面的应用 。文 中考 虑了传感器 数据 在 时 间 、空 间 和多 访 问路 径 传 输 三 个 方 面 的稀 疏 性 。作 者 对 基 于 压 缩 感 知 的 中 间路 径 控 制 方 案 进 行 了深 度 分 析 ，阐 明 了沟 通 信 噪 比在 重 构 表 现 方 面 的 影 响 。 文 章 还 确 定 了 活跃 的 和不 活 跃 的传 送 器 判 断 问题 ，并 提 供 了利 用 空 间 和 时 间相 关 性 的一 个 网络 数 据 恢 复 方 案 。仿 真 结 果 较 好 ，证 明信 号 的时 间 和空 间 以 及 访 问 路 径 的 相 关 性 对 数 据 压 缩 具 有 重 要 意 义 。 参考文献 ［１３］对 常用 的传感 器 、无线 电 和传感 器 探 头 进 行 了传 输 能 量 定 量 分 析 ，证 实 了传 感 能 源 成 本 水 平 的 重要性 ，并提 出压缩感知和分布式压缩感知作为无线传感 网络 的候 补 方 案 。用 数 值 实 验 验 证 了 压 缩 感 知 和 分 布 式 压 缩 感 知 的实 效 性 ，并 利 用 真 实 的数 据 集 证 实 了它 们 在 增 加 感 知 数 据 利 用 效 率 和 降 低 总 体 能 源 成 本 方 面 的优 势 。 （２）压 缩感 知 的测 量 方案 参 考 文 献 ［１４］采 用 了 经 过 证 实 的 幂 率 衰 减 速 率 模 型 ，并 为数据模型提 出了一个基 于二 维投影 的估测 算法 。 该 方 案 只 需 较 少 的 压 缩 测 量 ，极 大 地 减 少 了 能 量 消 耗 。并
Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ Ｃｏｍ ｍ ｅｎｔ
压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网络 的应 用 综 述
包 明 杰 ，张 浩 然 ，王 妃
（浙 江 师 范 大 学 数 理 与 信 息 工 程 学 院 ，浙 江 金华 ３２１０００）
摘 要 ：随 着信 息技 术 的发展 ，近 些年 压缩 感知技 术格 外 引人 瞩 目，在 图像 视 频 编 码 、雷达 及 微 波辐 射 成 像 、气 象卫 星 、图像 加
０ 引 言 近 年 来 ，无 线 传 感 器 网 络 （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，
ＷＳＮｓ）得 到 很 大 的关 注 ，它 使得 人 们 与这 个 世 界进 行 远 程 交 互 的 能 力 得 到 提 升 。 。但 是 该 项 技 术 在 实 现 方 面 遇 到 一 些 问题 。增加的节点数量使得通信路线变得异常复杂 ， 甚 至 导 致无 法 正 常 工 作 ；传 感 器 节 点 的 单 价并 没 有 降 到 一 个 可 以接 受 的范 围之 内 ；电 池 的续 航 时 间不 够 长 （在 较 理 想 的 情 况 下 正 常 运 行 也 只 能 工 作 数 月 ）。 不 过 随 着 越 来 越 多 的无 线 传 感 网络 产 品 上 市 ，这 些 问 题 正 在 逐 步 解 决 。
信 号 的原 始结 构 特 点 ，并 通 过 数 值 最 优 化 问题 准 确 重 构 原 始 信号 ，最终 以远 低于 传 统 的奈 奎 斯 特 频 率 进 行 采 样 ，解 决 了数 字信 号数 据 量 大 的难 题 ，在 压 缩 成 像 系统 、信 息转 换 、 无 线传 感 网 络 、生 物 医学 传感 等 领域 具 有 广泛 的 应用 空 间 。 １ 对 于压 缩感 知和 无线传 感 技术 的认识 １．１ 压 缩 感 知
密 、物联 网等领 域展 现 出强 大的功 能与发展 前景 。首 先介 绍 了压 缩感 知在 无线传 感 网络 领域 的发展 及研 究现状 ，然后 从 压缩 感
知 仿 真 实 验 和 实 例 、压 缩 感 知 的 测 量 方 案 、压 缩 感 知 的 解 压 缩 方 案 、压 缩 感 知 在 无 线 传 感 网 络 的 具 体 应 用 四 个 方 面 阐 明 了压 缩