1.2 定位技术的评估标准
本节主要介绍定位技术的评估标准，在介绍评估标准之前，先介绍本书后续章节用到的一些概念。
锚（信标）节点：为了在全球坐标系中进行定位，需要通过GNSS或人工定位的方式提前获取一些特殊的传感器节点位置信息，这类节点称为锚节点或信标节点。
未知（普通）节点：不知道自身位置信息，需要借助锚节点来计算位置信息的传感器节点。
静态锚节点：初始部署后不能移动的锚节点。
动态锚节点：初始部署后可以移动的锚节点。
锚包：锚节点周期性广播的数据包。
评估定位技术的性能对于研究人员来说是很重要的，无论验证定位技术的性能，还是验证某个定位技术是否能满足应用场景的需求，都必须根据一定的评估标准对定位技术进行评估。适用范围广泛的评估标准对定位技术的开发人员和用户都很有用。评估标准包括定位精度、成本、覆盖率、健壮性、可伸缩性、拓扑结构等指标，这些指标反映了定位技术的计算复杂度、局限性、功耗、单位成本和网络可伸缩性等方面的性能。常用的指标如下：
1.定位精度
定位精度用于表示估计位置与真实位置的匹配程度，一个好的定位技术应具有较高的定位精度。定位精度并不是评估定位技术好坏的唯一指标。定位精度在很大程度上依赖于应用场景，不同的应用场景对定位精度的要求是不一样的。对定位精度的要求通常取决于节点的间距，如果节点间距为100m左右，则可以容忍1m的定位误差；如果节点间距为0.5m，则1m的定位误差是无法接受的。
在评估定位精度时，不仅要考虑测量噪声、偏差或输入数据中不相关误差对定位技术性能的影响；也应该考虑传感器节点数量对定位技术性能的影响；还要考虑二维环境和三维环境对定位技术性能的影响，因为在三维环境中，测量噪声会导致传感器节点估计坐标的翻转。
评估定位精度的最简单的方法是确定WSN中传感器节点的估计位置与实际位置之间的误差，常用平均误差和均方根误差来表示。平均误差的定义为：
式中：（xi，yi，zi）是传感器节点的实际位置坐标；（
）是传感器节点的估计位置坐标；n为传感器节点的数量。
均方根误差的定义为：
采用平均误差或均方根误差来评估定位精度时，只能反映距离方面的误差，无法反映WSN的几何形状。在评估定位精度时，WSN的几何形状是很重要的。这个问题可通过定义全局能量比（GER）来解决，GER的定义为：
根据已知距离dij，对估计距离
与已知距离dij的误差进行归一化，可以将误差变为已知距离的百分比。GER无法反映距离方面的误差，可通过定义全局距离误差（GDE）来解决这个问题。GDE的定义为：
式中，R为传感器节点的平均通信距离。
2.成本
成本主要指定位技术的功耗、通信开销、需要的锚节点数量、定位所需的时间等。定位技术的侧重点不同，其成本是不同的。定位技术的成本通常和以下因素有关：
1）锚节点与节点的比例
锚节点与节点的比例是指锚节点总数除以节点总数，这个比例对于定位技术的设计而言是非常重要的。在WSN中，需要通过全球卫星定位系统来估计锚节点的位置。如果锚节点数量过多，则会增加功耗和成本，导致WSN的寿命缩短。另外，如果节点（包括锚节点）是随机部署的，则很难预定义锚节点的位置。增加锚节点可提高定位精度，但会增加成本。一个好的定位技术算法应根据应用场景来确定所需的锚节点最小数量。
2）无线通信的开销
在WSN的功耗中，无线通信的开销是最大的，降低无线通信的功耗，不仅可以延长WSN的寿命，还可以降低定位技术的成本。无线通信的开销评估是根据WSN的规模来进行的，随着网络规模的增大，将会增大无线通信的开销。
3）定位技术算法的复杂度
定位技术算法的复杂度可以用时间复杂度和空间复杂度来衡量。时间复杂度是指定位技术算法在WSN中定位所有节点时所需的时间，空间复杂度是指所需的存储空间。例如，时间复杂度为O（n3）的定位技术算法要比时间复杂度为O（n2）的定位技术算法的收敛时间长。
4）定位技术算法的收敛时间
定位技术算法的收敛时间是指从收集相关定位数据到估计出WSN中所有节点位置所需的时间。定位技术算法的收敛时间和WSN的规模有关，当网络的规模增大时，定位技术算法的收敛时间较长。当WSN中的传感器节点数量一定时，对于某些应用场景而言，收敛时间是非常重要的。例如，在对移动目标进行跟踪时，需要定位技术算法能快速收敛。如果定位技术算法的收敛时间过长，则无法反映WSN的当前物理状态。
3.覆盖率
定位技术算法的覆盖率取决于WSN的节点密度以及锚节点的位置，与定位技术的定位精度无关。在评估定位技术算法的覆盖率时，不仅需要考虑WSN中的节点密度以及锚节点的位置，还需要考虑锚节点的数量、锚节点和邻居节点的位置关系。例如，当锚节点的数量达到某个值时，即使增加锚节点也无法获得更高的定位精度，若此时减少锚节点的数量，则可能会降低定位精度。
1）节点密度
当节点密度较低时，由于连接问题，采用随机拓扑的定位技术算法可能无法对多个节点进行定位。当节点密度较高时，就需要考虑无线流量、分组冲突次数、节点功耗等因素，它们通常会随着节点数量的增加而增加。
2）锚节点的位置
锚节点的位置对覆盖率和定位精度有重要影响。在部署锚节点时，需要考虑环境因素，如障碍物的位置、地形、信号传输条件等。