移动传感器网络中定位算法的性能评测与探究

李争平 秦朝亮 马礼 张永梅

【摘要】 目前，科研领域内执行大规模的追踪和检测任务都会用到移动传感器网络，其为一种全新的信息获得和处理技术，主要技术原理是基于移动节点的定位算法。对此，本文首先介绍了评价定位算法优良的多个指标，然后针对MCL算法对其进行了简要的性能评测。

【关键词】 移动传感器网络 定位算法 MCL算法 性能评测

为了解决节点的具体位置信息，人们已经提出了多种定位算法，在这些算法中，节点相互之间的位置是有联系的，所以可以通过已定位节点的位置计算出与之相关节点的位置。

一、移动传感器网络中定位算法的评测指标

定位算法是移动传感器网络的核心，其性能将直接影响到移动传感器网络的工作质量，所以如何去评价一个定位算法的性能便显得尤其重要。笔者在下文中就以移动传感器的工作属性为依据，并列举部分评测定位算法的相关指标。

定位的精度。其是指所提供的位置信息的精确程度，这是定位方法中最重要的评价指标，主要可分为相对精度（以百分比定义的精度）和绝对精度（以长度为单位度量所得的精度）两种。

信息刷新速度。如果信息的刷新速度较慢，那么对于移动的物体来讲，经常会出现所显示的位置信息严重滞后于物体真实位置信息的状况。

耗能。移动传感器节点一般都是使用一次性的微型电池，该电池能量较为有限，因此在定位精度达到一定要求的前提下，定位计算所需的计算量耗能、通信以及存储耗能等都可以作为定位算法的测评指标。

代价。主要包括空间、时间等各种“硬件”及“软件”代价。

容错性。由于意外情况的发生使得数据丢失，定位算法可以将丢失的数据恢复，纠正已发生的错误，并降低各种误差所带来的影响以提高定位的精度。

已定位节点的密度。是指已定位节点所占总节点数的比例，该密度越大，定位的精度越高，又因为相比于待定位节点的费用，已定位节点的费用比其高出许多，因此会增加定位的成本。

安全系数。因为移动传感器网络自身在定位方面的脆弱性，使得节点在定位的过程中存在诸多安全隐患，比如外部的攻击等。这些攻击会使得节点的定位出现一定的差错，从而破坏检测结果，甚至让整个移动传感器网络失效。因此，节点定位的安全系数越高，定位算法越优。

二、基于MCL算法的性能评测

通过对一系列的MCL算法进行研究分析之后，笔者可得出了以下两个方面的结论：

（1）在整个移动传感器网络中，对于节点的定位问题，并没有一种绝对的最优算法，在不同的运行环境下，所选择的最优算法可能是不同的。 但是每一种定位算法所追求的目标都是大致相同的，比如降低网络能耗与成本，提高安全系数，追求以最少的已定位节点数，来达到较高的定位精度。

（2）现有的定位算法都是建立在随机路点的移动模型基础之上，该种定位算法是从蒙特卡罗算法演变而来。从现有的研究实验分析来看，系列MCL定位算法本身仍然存在诸多问题，其主要体现在以下几个方面：

第一，MCL系列算法采样效率较低，因为为了解决待定位节点的概率分布问题，需要采用大量的加权粒子，而如何正确寻找到这些粒子，需要很大的计算量。

第二，当移动传感器网络中已定位节点的密度不大于1时，该密度的减小可能会导致MCL系列算法的定位精度急剧降低。在该种情况下，想要提高算法的定位精度，可以通过减小测距误差以及降低无线信号传输的能耗比的方法。

第三，MCL系列算法进行滤波的方式仅仅采用了已定位节点的信息，对此进行相关改进的方法主要通过限制所选样本的采样范围，并利用样本位置的估计精度相比于普通相邻节点位置较优这一特征来实现多点协作定位。

第四，MCL系列算法并没有对运动轨迹进行相关预测，所谓运动轨迹运动预测问题，是指利用节点之前的位置信息来预测即将表现出的运动轨迹以提高定位精度。

第五，地理位置的不确定性，因为移动传感器网络所处环境可能位于市区、沙漠、战场等恶劣地区。

第六，MCL系列算法未能将各种定位技术和定位算法相结合，要想达到理想的精度，并且提高其适应性，必须把已有的定位技术和算法相结合，充分利用各自优点，才能获得最佳的定位效果。

结语：节点定位是移动传感器的核心问题，合理准确的定位是保证移动传感器网络准确稳定运行的前提条件。由于环境差异的多样性，以及设备性能的局限性，在配置定位资源的时候，应该在定位算法、定位精度、计算与通信代价、节点覆盖率等诸多要求中互相权衡，以求得最大的定位资源利用效率，因此寻求最合适的定位算法对于移动传感器的高效运行至关重要。

参 考 文 献

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