前言

随着通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始出现。由这些微型传感器构成的无线传感器网络引起了人们的极大关注。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够实时监测、感知、采集和处理网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，获得详尽、准确的信息，传送给需要的用户。无线传感器网络可以使人们在任何时间、任何环境获取大量翔实、可靠的信息，真正实现“无处不在的计算”。目前，无线传感器网络已广泛应用于国防军事、生产安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。
无线传感器网络技术是信息感知和采集领域的一场革命，给人类的生产和生活带来了深远影响。美国的《技术评论》曾将无线传感器网络技术列为未来十大新兴技术之首，《商业周刊》也将该技术列入未来四大新技术之一。无线传感器网络的广泛使用是一种发展趋势，必然给人类社会带来极大的变革。
无线传感器网络的研究与应用已成为提高国际竞争力的手段，引起了学术界和工业界的广泛关注。2003年，美国自然科学基金委员会制定了无线传感器网络研究计划，投资3400万美元支持相关基础理论的研究。美国国防部等军事部门也对无线传感器网络技术给予了高度重视，为了提高军队的战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力，还专门设立了一系列军用无线传感器网络研究项目。美国的英特尔公司、微软公司等知名企业也有这方面的研究，设立或启动了相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家的科研人员也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开该领域的研究工作。
我国十分重视无线传感器网络的研究，《中国未来20年技术预见研究》提出的157个技术课题中有7项直接涉及无线传感器网络。国家自然科学基金也已经在该领域设立了多个重点项目和面上项目。
无线传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面带来大量具有挑战性的研究课题。近年来，国内外开展了大量研究，取得了很多研究成果。
学习无线传感器网络之前，只有学习和掌握了相关的专业知识，才能更好地理解无线传感器网络的构建原理、技术特点和实际应用等。本书可作为高校相关专业的高年级本科生或者研究生教材。学习本书之前，读者应具备计算机网络、传感器原理、物联网通信技术等相关知识。无线传感器网络前言本书共分7章，依据理论与实际、技术与应用相结合的编写原则，按照无线传感器网络的搭建过程进行介绍，具体如下。
第1章为无线传感器网络的概述，内容包括基本概念、无线传感器网络的特点、传感器结点概述、关键性能指标、传感器、无线传感器网络的应用和无线传感器网络发展历史。
第2章介绍无线传感器网络开发环境。通过本章的学习，读者可以根据具体应用设计合适的传感器结点，包括硬件组成和操作系统相关知识。本章具体内容包括概述、无线传感器网络平台硬件设计、无线传感器网络的操作系统和ZigBee硬件平台。
第3章介绍无线传感器网络中的无线通信技术，内容包括IEEE 802.15.4标准概述、蓝牙技术、ZigBee技术、UWB技术、LiFi技术和LPWAN技术。
第4章介绍无线传感器网络的拓扑控制与覆盖技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的拓扑结构，以及拓扑结构的实现和覆盖方法。本章具体内容包括无线传感器网络拓扑结构、拓扑控制、覆盖、无线传感器网络覆盖空洞检测和修复算法。
第5章介绍无线传感器网络通信与组网技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的传输介质、无线通信技术、MAC协议、路由协议等。本章具体内容包括无线传感器网络协议体系结构、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、MAC协议和无线传感器网络路由协议。
第6章介绍无线传感器网络的支撑技术。无线传感器网络搭建好后，为了保证数据有效、可靠地传输，还需要各种支撑技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的支撑技术。本章具体内容包括时间同步、定位技术、数据融合、容错技术、能量管理、QoS保证和安全性。
第7章介绍无线传感器网络的接入技术，讲解如何采用无线传感器网络接入技术将无线传感器采集的数据传输到外网，为远端用户提供服务。本章具体内容包括基于无线传感器网络的多网融合体系结构、面向无线传感器网络接入、无线传感器网络接入Internet、无线传感器网络服务提供方法和多网融合网关的硬件设计。
本书第1、2章由于洋编写，第3章由王聪和于秀丽编写，第4、5章由史艳翠和杨巨成编写，第6章由史艳翠编写，第7章由王聪编写。在编写过程中，杨巨成教授作为本书的主编，针对技术上的难点给予了方向性的指导。作为本书副主编，于秀丽老师对本书撰写工作提供了宝贵的资料和想法，使本书可以顺利地按期完成编写任务。感谢天津科技大学计算机学院本科生王春峰、陈夕旭、李志鹏、郭闻麒同学为本书的代码验证做了大量的工作，还要感谢所有参考文献中的作者，使本书的内容有据可循。
鉴于作者水平有限，书中难免有疏漏，希望广大读者批评指正。

作者2021年6月