無線傳感器網絡節點定位算法評判因素

摘 要：針對無線傳感器網絡的應用日益廣泛，歸納討論了其應用過程中網絡節點定位算法的相關評判因素：算法的可實施程度、定位精度、節點規模、信標節點密度、節點密度、容錯性和自適應性、功耗、代價、安全性等。討論內容體現了無線傳感器網絡節點定位技術的關鍵因素。

關鍵詞：無線傳感器網絡；節點定位；定位評判因素

1 引言

作為信息技術的重要技術力量之一，近年來無線傳感器網絡技術得到了迅猛發展及廣泛應用，網絡中節點的位置信息是連接數字世界和物理世界的橋梁，對整個網絡的功能和性能起著至關重要的作用。對大多數的無線傳感器網絡應用而言，沒有節點位置信息而感知的數據是沒有意義的[1]。無線傳感器網絡的大多應用都依賴于網絡中節點的位置信息，作為無線傳感器網絡應用的重要支撐技術之一的節點定位技術正吸引著越來越多的研究者。

2 定位算法評判因素

在獲取無線傳感器網絡節點位置信息過程中，一方面由于無線傳感器網絡節點數量龐大、隨機分布且軟硬件資源有限；另一方面，節點定位的希望能達到精度高、安全性好。如何控制、平衡這兩方面矛盾的對立方法之一便是設計計算代價小、通信量少的定位算法。綜合文獻[1]、文獻[2]，下面討論幾個常用的評價要素。

2.1 算法的可實施程度

定位算法要能容易實現，而且在理論分析與實踐應用中的表現偏差應該在一定的范圍內。如果是分布式算法，在無線傳感器網絡節點終端要易實現，計算代價及通信代價都不能超過相關負荷。

2.2 定位精度

定位技術首要的評價指標就是定位精度，一般用誤差值與節點無線通信半徑的比例表示，例如，定位精度誤差為20%，表示定位誤差相當于節點通信半徑的20%。

2.3 規模

不同的定位系統或算法也許可在園區內、建筑物內、一層建筑物或僅僅是一個房間內實現定位，網絡覆蓋區域可以在一定程度上反映其規模。另外，給定一定數量的基礎設施或在一段時間內，可以定位多少目標也是一個重要的評價指標[2]。

2.4 信標節點密度

信標節點的位置信息通常依賴人工部署或GPS獲得。然而，使用GPS定位，信標節點的費用會比普通節點高兩個數量級[1]，這意味著即使僅有10%的節點是信標節點，整個網絡的價格也將增加10倍。因此，信標節點密度也是評價定位系統和算法性能的重要指標之一。

2.5 節點密度

在無線傳感器網絡中，節點密度通常以網絡的平均連通度來表示.許多定位算法的精度受節點密度的影響，如DV-Hop定位算法僅可在節點密集部署的情況下合理地估算節點位置。

2.6 容錯性和自適應性

通常，定位系統和算法都需要比較理想的無線通信環境和可靠的網絡節點設備，但在真實應用場合中誤差或失效的問題。因此，定位系統和算法的軟、硬件必須具有容錯性和自適應性，能夠通過自動調整或重構糾正錯誤、適應環境、減小各種誤差的影響，以提高定位精度。

2.7 功耗

功耗是對無線傳感器網絡的設計和實現影響最大的因素之一。由于傳感器節點電池能量有限，因此在保證定位精度的前提下，與功耗密切相關的定位所需的計算量、通信開銷、存儲開銷、時間復雜性是一組關鍵性指標。

2.8 代價

定位系統或算法的代價可從幾個不同方面來評價。如時間代價包括一個系統的安裝時間、配置時間、定位所需時間；空間代價包括一個定位系統或算法所需的基礎設施和網絡節點的數量、硬件尺寸等；資金代價則包括實現一種定位系統或算法的基礎設施、節點設備的總費用。

2.9 安全性

由于傳感器網絡自身以及定位機制均存在固有脆弱性，節點的定位過程很容易遭受來自內部或外部的攻擊。攻擊所產生的錯誤定位結果可能導致網絡功能的局部失效和監測結果出錯，進而破壞整個網絡應用的有效性。因此，如何為存在敵對可能的傳感器網絡應用提供安全的節點定位系統，也是評價定位算法性能的要素之一。

3 結語

定位算法的評判要素不僅是評價無線傳感器網絡節點定位算法的關鍵因素，也是設計和實現具體定位算法的優化目標。同時，這些性能指標是相互關聯的，必須根據應用的具體需求做出權衡[1]，以選擇和設計合適的定位技術。近十幾年來，無線傳感器網絡節點定位技術由于在應用中的需求越來越多，要求越來越高，其所面臨的挑戰問題越來越多，如環境監測、交通管理、現代物流、目標跟蹤等應用中。由于無線傳感器網絡的迅速發展及個人能力有限，以上討論的相關要素還需要進一步展開及細化。

[參考文獻]

[1]鐘進發.無線傳感器網絡節點定位算法研究[D].福建師范大學.2010. 12-13.

[2]王福豹，史龍，任豐原.無線傳感器網絡中的自身定位系統和算法[J]. 軟件學報，2005.5，Vol.16（No.5）：857-868.