移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位算法的性能評測與探究

李爭平 秦朝亮 馬禮 張永梅

【摘要】 目前，科研領(lǐng)域內(nèi)執(zhí)行大規(guī)模的追蹤和檢測任務(wù)都會用到移動傳感器網(wǎng)絡(luò)，其為一種全新的信息獲得和處理技術(shù)，主要技術(shù)原理是基于移動節(jié)點的定位算法。對此，本文首先介紹了評價定位算法優(yōu)良的多個指標，然后針對MCL算法對其進行了簡要的性能評測。

【關(guān)鍵詞】 移動傳感器網(wǎng)絡(luò) 定位算法 MCL算法 性能評測

為了解決節(jié)點的具體位置信息，人們已經(jīng)提出了多種定位算法，在這些算法中，節(jié)點相互之間的位置是有聯(lián)系的，所以可以通過已定位節(jié)點的位置計算出與之相關(guān)節(jié)點的位置。

一、移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位算法的評測指標

定位算法是移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，其性能將直接影響到移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作質(zhì)量，所以如何去評價一個定位算法的性能便顯得尤其重要。筆者在下文中就以移動傳感器的工作屬性為依據(jù)，并列舉部分評測定位算法的相關(guān)指標。

定位的精度。其是指所提供的位置信息的精確程度，這是定位方法中最重要的評價指標，主要可分為相對精度（以百分比定義的精度）和絕對精度（以長度為單位度量所得的精度）兩種。

信息刷新速度。如果信息的刷新速度較慢，那么對于移動的物體來講，經(jīng)常會出現(xiàn)所顯示的位置信息嚴重滯后于物體真實位置信息的狀況。

耗能。移動傳感器節(jié)點一般都是使用一次性的微型電池，該電池能量較為有限，因此在定位精度達到一定要求的前提下，定位計算所需的計算量耗能、通信以及存儲耗能等都可以作為定位算法的測評指標。

代價。主要包括空間、時間等各種“硬件”及“軟件”代價。

容錯性。由于意外情況的發(fā)生使得數(shù)據(jù)丟失，定位算法可以將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)，糾正已發(fā)生的錯誤，并降低各種誤差所帶來的影響以提高定位的精度。

已定位節(jié)點的密度。是指已定位節(jié)點所占總節(jié)點數(shù)的比例，該密度越大，定位的精度越高，又因為相比于待定位節(jié)點的費用，已定位節(jié)點的費用比其高出許多，因此會增加定位的成本。

安全系數(shù)。因為移動傳感器網(wǎng)絡(luò)自身在定位方面的脆弱性，使得節(jié)點在定位的過程中存在諸多安全隱患，比如外部的攻擊等。這些攻擊會使得節(jié)點的定位出現(xiàn)一定的差錯，從而破壞檢測結(jié)果，甚至讓整個移動傳感器網(wǎng)絡(luò)失效。因此，節(jié)點定位的安全系數(shù)越高，定位算法越優(yōu)。

二、基于MCL算法的性能評測

通過對一系列的MCL算法進行研究分析之后，筆者可得出了以下兩個方面的結(jié)論：

（1）在整個移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中，對于節(jié)點的定位問題，并沒有一種絕對的最優(yōu)算法，在不同的運行環(huán)境下，所選擇的最優(yōu)算法可能是不同的。 但是每一種定位算法所追求的目標都是大致相同的，比如降低網(wǎng)絡(luò)能耗與成本，提高安全系數(shù)，追求以最少的已定位節(jié)點數(shù)，來達到較高的定位精度。

（2）現(xiàn)有的定位算法都是建立在隨機路點的移動模型基礎(chǔ)之上，該種定位算法是從蒙特卡羅算法演變而來。從現(xiàn)有的研究實驗分析來看，系列MCL定位算法本身仍然存在諸多問題，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，MCL系列算法采樣效率較低，因為為了解決待定位節(jié)點的概率分布問題，需要采用大量的加權(quán)粒子，而如何正確尋找到這些粒子，需要很大的計算量。

第二，當(dāng)移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中已定位節(jié)點的密度不大于1時，該密度的減小可能會導(dǎo)致MCL系列算法的定位精度急劇降低。在該種情況下，想要提高算法的定位精度，可以通過減小測距誤差以及降低無線信號傳輸?shù)哪芎谋鹊姆椒ā?/p>

第三，MCL系列算法進行濾波的方式僅僅采用了已定位節(jié)點的信息，對此進行相關(guān)改進的方法主要通過限制所選樣本的采樣范圍，并利用樣本位置的估計精度相比于普通相鄰節(jié)點位置較優(yōu)這一特征來實現(xiàn)多點協(xié)作定位。

第四，MCL系列算法并沒有對運動軌跡進行相關(guān)預(yù)測，所謂運動軌跡運動預(yù)測問題，是指利用節(jié)點之前的位置信息來預(yù)測即將表現(xiàn)出的運動軌跡以提高定位精度。

第五，地理位置的不確定性，因為移動傳感器網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境可能位于市區(qū)、沙漠、戰(zhàn)場等惡劣地區(qū)。

第六，MCL系列算法未能將各種定位技術(shù)和定位算法相結(jié)合，要想達到理想的精度，并且提高其適應(yīng)性，必須把已有的定位技術(shù)和算法相結(jié)合，充分利用各自優(yōu)點，才能獲得最佳的定位效果。

結(jié)語：節(jié)點定位是移動傳感器的核心問題，合理準確的定位是保證移動傳感器網(wǎng)絡(luò)準確穩(wěn)定運行的前提條件。由于環(huán)境差異的多樣性，以及設(shè)備性能的局限性，在配置定位資源的時候，應(yīng)該在定位算法、定位精度、計算與通信代價、節(jié)點覆蓋率等諸多要求中互相權(quán)衡，以求得最大的定位資源利用效率，因此尋求最合適的定位算法對于移動傳感器的高效運行至關(guān)重要。

參 考 文 獻

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