无线传感器网络节点定位算法评判因素

摘 要：针对无线传感器网络的应用日益广泛，归纳讨论了其应用过程中网络节点定位算法的相关评判因素：算法的可实施程度、定位精度、节点规模、信标节点密度、节点密度、容错性和自适应性、功耗、代价、安全性等。讨论内容体现了无线传感器网络节点定位技术的关键因素。

关键词：无线传感器网络；节点定位；定位评判因素

1 引言

作为信息技术的重要技术力量之一，近年来无线传感器网络技术得到了迅猛发展及广泛应用，网络中节点的位置信息是连接数字世界和物理世界的桥梁，对整个网络的功能和性能起着至关重要的作用。对大多数的无线传感器网络应用而言，没有节点位置信息而感知的数据是没有意义的[1]。无线传感器网络的大多应用都依赖于网络中节点的位置信息，作为无线传感器网络应用的重要支撑技术之一的节点定位技术正吸引着越来越多的研究者。

2 定位算法评判因素

在获取无线传感器网络节点位置信息过程中，一方面由于无线传感器网络节点数量庞大、随机分布且软硬件资源有限；另一方面，节点定位的希望能达到精度高、安全性好。如何控制、平衡这两方面矛盾的对立方法之一便是设计计算代价小、通信量少的定位算法。综合文献[1]、文献[2]，下面讨论几个常用的评价要素。

2.1 算法的可实施程度

定位算法要能容易实现，而且在理论分析与实践应用中的表现偏差应该在一定的范围内。如果是分布式算法，在无线传感器网络节点终端要易实现，计算代价及通信代价都不能超过相关负荷。

2.2 定位精度

定位技术首要的评价指标就是定位精度，一般用误差值与节点无线通信半径的比例表示，例如，定位精度误差为20%，表示定位误差相当于节点通信半径的20%。

2.3 规模

不同的定位系统或算法也许可在园区内、建筑物内、一层建筑物或仅仅是一个房间内实现定位，网络覆盖区域可以在一定程度上反映其规模。另外，给定一定数量的基础设施或在一段时间内，可以定位多少目标也是一个重要的评价指标[2]。

2.4 信标节点密度

信标节点的位置信息通常依赖人工部署或GPS获得。然而，使用GPS定位，信标节点的费用会比普通节点高两个数量级[1]，这意味着即使仅有10%的节点是信标节点，整个网络的价格也将增加10倍。因此，信标节点密度也是评价定位系统和算法性能的重要指标之一。

2.5 节点密度

在无线传感器网络中，节点密度通常以网络的平均连通度来表示.许多定位算法的精度受节点密度的影响，如DV-Hop定位算法仅可在节点密集部署的情况下合理地估算节点位置。

2.6 容错性和自适应性

通常，定位系统和算法都需要比较理想的无线通信环境和可靠的网络节点设备，但在真实应用场合中误差或失效的问题。因此，定位系统和算法的软、硬件必须具有容错性和自适应性，能够通过自动调整或重构纠正错误、适应环境、减小各种误差的影响，以提高定位精度。

2.7 功耗

功耗是对无线传感器网络的设计和实现影响最大的因素之一。由于传感器节点电池能量有限，因此在保证定位精度的前提下，与功耗密切相关的定位所需的计算量、通信开销、存储开销、时间复杂性是一组关键性指标。

2.8 代价

定位系统或算法的代价可从几个不同方面来评价。如时间代价包括一个系统的安装时间、配置时间、定位所需时间；空间代价包括一个定位系统或算法所需的基础设施和网络节点的数量、硬件尺寸等；资金代价则包括实现一种定位系统或算法的基础设施、节点设备的总费用。

2.9 安全性

由于传感器网络自身以及定位机制均存在固有脆弱性，节点的定位过程很容易遭受来自内部或外部的攻击。攻击所产生的错误定位结果可能导致网络功能的局部失效和监测结果出错，进而破坏整个网络应用的有效性。因此，如何为存在敌对可能的传感器网络应用提供安全的节点定位系统，也是评价定位算法性能的要素之一。

3 结语

定位算法的评判要素不仅是评价无线传感器网络节点定位算法的关键因素，也是设计和实现具体定位算法的优化目标。同时，这些性能指标是相互关联的，必须根据应用的具体需求做出权衡[1]，以选择和设计合适的定位技术。近十几年来，无线传感器网络节点定位技术由于在应用中的需求越来越多，要求越来越高，其所面临的挑战问题越来越多，如环境监测、交通管理、现代物流、目标跟踪等应用中。由于无线传感器网络的迅速发展及个人能力有限，以上讨论的相关要素还需要进一步展开及细化。

[参考文献]

[1]钟进发.无线传感器网络节点定位算法研究[D].福建师范大学.2010. 12-13.

[2]王福豹，史龙，任丰原.无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J]. 软件学报，2005.5，Vol.16（No.5）：857-868.