摘 要：針對無線傳感器網(wǎng)絡的應用日益廣泛，歸納討論了其應用過程中網(wǎng)絡節(jié)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(jié)點規(guī)模、信標節(jié)點密度、節(jié)點密度、容錯性和自適應性、功耗、代價、安全性等。討論內(nèi)容體現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術的關鍵因素。

關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；節(jié)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(wǎng)絡技術得到了迅猛發(fā)展及廣泛應用，網(wǎng)絡中節(jié)點的位置信息是連接數(shù)字世界和物理世界的橋梁，對整個網(wǎng)絡的功能和性能起著至關重要的作用。對大多數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡應用而言，沒有節(jié)點位置信息而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的[1]。無線傳感器網(wǎng)絡的大多應用都依賴于網(wǎng)絡中節(jié)點的位置信息，作為無線傳感器網(wǎng)絡應用的重要支撐技術之一的節(jié)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(wǎng)絡節(jié)點位置信息過程中，一方面由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量龐大、隨機分布且軟硬件資源有限；另一方面，節(jié)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(xiàn)，而且在理論分析與實踐應用中的表現(xiàn)偏差應該在一定的范圍內(nèi)。如果是分布式算法，在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點終端要易實現(xiàn)，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(jié)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(jié)點通信半徑的20%。

2.3 規(guī)模

不同的定位系統(tǒng)或算法也許可在園區(qū)內(nèi)、建筑物內(nèi)、一層建筑物或僅僅是一個房間內(nèi)實現(xiàn)定位，網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域可以在一定程度上反映其規(guī)模。另外，給定一定數(shù)量的基礎設施或在一段時間內(nèi)，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(jié)點密度

信標節(jié)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(jié)點的費用會比普通節(jié)點高兩個數(shù)量級[1]，這意味著即使僅有10%的節(jié)點是信標節(jié)點，整個網(wǎng)絡的價格也將增加10倍。因此，信標節(jié)點密度也是評價定位系統(tǒng)和算法性能的重要指標之一。

2.5 節(jié)點密度

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

2.6 容錯性和自適應性

通常，定位系統(tǒng)和算法都需要比較理想的無線通信環(huán)境和可靠的網(wǎng)絡節(jié)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(tǒng)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(diào)整或重構糾正錯誤、適應環(huán)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(wǎng)絡的設計和實現(xiàn)影響最大的因素之一。由于傳感器節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)或算法所需的基礎設施和網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)量、硬件尺寸等；資金代價則包括實現(xiàn)一種定位系統(tǒng)或算法的基礎設施、節(jié)點設備的總費用。

2.9 安全性

由于傳感器網(wǎng)絡自身以及定位機制均存在固有脆弱性，節(jié)點的定位過程很容易遭受來自內(nèi)部或外部的攻擊。攻擊所產(chǎn)生的錯誤定位結果可能導致網(wǎng)絡功能的局部失效和監(jiān)測結果出錯，進而破壞整個網(wǎng)絡應用的有效性。因此，如何為存在敵對可能的傳感器網(wǎng)絡應用提供安全的節(jié)點定位系統(tǒng)，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(wǎng)絡節(jié)點定位算法的關鍵因素，也是設計和實現(xiàn)具體定位算法的優(yōu)化目標。同時，這些性能指標是相互關聯(lián)的，必須根據(jù)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(wǎng)絡節(jié)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(zhàn)問題越來越多，如環(huán)境監(jiān)測、交通管理、現(xiàn)代物流、目標跟蹤等應用中。由于無線傳感器網(wǎng)絡的迅速發(fā)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(fā).無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)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(wǎng)絡中的自身定位系統(tǒng)和算法[J]. 軟件學報，2005.5，Vol.16（No.5）：857-868.