译者序
无线传感器网络作为国内外学术界产业界共同关注的热点课题，其背景意义重要性不必赘言，相关翻译作品也有很多。我们翻译的Wireless Sensor Networks这本书是Willy出版社2010年8月出版的属于Ian FAkyildiz的通信与网络系列丛书之一，由美国佐治亚理工学院的Ian FAkyildiz和内布拉斯加大学林肯分校的Mehmet Can Vuran联合编辑。本书的各章节由多国研究人员和应用人员组成的一个团队撰写，他们是其领域中的专家和趋势的领军性人物，展现了学术界和产业公司的高端水准，包括加州大学、伦敦大学、剑桥大学、米兰理工大学、佐治亚理工学院、得克萨斯大学、首尔国立大学、中国台湾新竹交通大学、滑铁卢大学、亚琛工业大学、普林斯顿大学、巴黎第六大学、阿尔卡特朗讯科技，贝尔实验室、美国通信技术理论与技术咨询委员会的研究现状。因此，这本书代表了无线传感器网络中大量当前问题的最深入思考、最有成效的解决方案和最新的技术进展。
本书理论结合实践，较为全面地介绍了无线传感器网络的各项关键技术及应用，涵盖内容包括无线传感器平台和网络架构；无线传感器网络的军事和生活应用；无线传感器网络设计影响因素；对应TCP/IP参考模型，详细介绍了无线传感器网络各层的关键技术包括：物理层的技术和协议、链路层的差错控制技术和MAC协议；网络层的路由协议；传输层的技术和协议等。应用层的应用实例有：信源编码、查询处理和网络管理；跨层解决方案；定时同步技术；定位技术；拓扑管理；新颖的无线传感器网络：无线传感和角色网络、无线多媒体传感网、水下无线传感网、地下无线传感网。各章突出了重要的技术挑战和最新研究成果。剖析了无线传感器网络为什么、怎样能在哪些领域可以发挥重大作用。特别地，为读者解决无线传感器网络应用中面临需要解决的当前问题提供了架构、协议、建模、分析和解决方案的深刻而全面的指导，同时分析预测技术经济模型，前沿应用的市场趋势，兼顾了学术意义和市场价值。
本书内容深入浅出、概念清晰、阅读流畅、理论和实际应用相结合，是一本比较全面、系统、深入的无线传感器网络的专著，其基本理论切入起点跨越到实际应用的写作特点，既可作为传感器技术和传感器网络等专业的大学研究生专业课教材，对于正在寻找这个领域中开放性问题的研究生而言，将会非常有用，同时也可供需要跟踪最新研究并利用最新技术的无线/移动通信和网络管理领域的科研人员及工程师阅读参考。可以说是一本面向通信与信息系统、物联网与泛在网等领域相关教师和学生、科研和工程技术人员的综合参考书。
本书的翻译工作中，徐平平负责前言、第1章至第6章及第18章，刘昊负责第7章至第10章、褚宏云负责第11章至第14章及附录等其他部分，张萌老师，黄成老师，吴琼老师分别负责第15章至第17章。刘昊和褚宏云负责了初校统稿，徐平平负责了最后的审校定稿。感谢电子工业出版社在书稿翻译过程中的悉心指导和全力支持，感谢东南大学的黄航博士、朱文祥博士、蒋富龙博士，王侃博士等参与协助翻译和清样审校。本书的翻译出版凝聚了我们传感器网络技术研究课题组的集体智慧和辛勤的汗水，特别要感谢我们硕士研究生团队同学们的无名奉献！译稿对原书中的部分疏漏和术语进行了补充和注释。由于译者水平有限，加之时间比较仓促，翻译中难免存在不妥和错误之处，恳请读者批评指正。

 译者 2012年8月于东南大学

前言
无线传感器网络（WSN）已经引起了那些和物理世界具有紧密关联的、范围广泛的学科领域的兴趣。分布式的环境感知能力，基于无线通信技术的简单灵活的部署方式，使得WSN成为影响我们日常生活的重要因素。通过提供分布式的实时的环境感知信息，WSN将现代通信技术基础建设拓展到了物理世界中。
WSN由微小的传感器节点组成，这些节点既具有获取信息数据的功能也承担着网络中继的功能。每个传感器节点都由若干传感器、微处理器和无线收发机组成，这些有效的传感器节点紧密相连获取物理现象的数据。传感器节点通过片上微处理器可以完成复杂的任务而不是仅仅传输它们感知到的信息，通过无线收发机可以实现相互连接以传输这些数据。传感器节点一般都是静止的并由能量有限的电池提供能源，所以即使节点位置没有变化，网络拓扑结构也会由于传感器节点的能量管理操作而发生动态变化。例如，为了节省能量，节点会关闭它们的收发机，但这样就使得它们与网络断开，从而导致网络拓扑的变化。在这种复杂环境中，如何使传感器节点功耗最小并保持联网是最主要的挑战。具有高能效机制的WSN相对于其他任何依赖电池的系统将具有更长的网络生存期。
2002年3月，我们的调查报告“Wireless sensor networks: A survey”发表在EI检索期刊Computer Networks上。接着，2002年8月，“Wireless sensor networks: A survey”的精简版发表在 IEEE Communications Magazine上。这些年来，以上两篇文章在超过8000个检索索引的检索库Elsevier和IEEE Communication Society（ComSoc）中高居文章被下载次数排名前十根据2009年10月Google学术的数据。。此后，挑战WSN特性的研究得到了迅速发展。最近十年来，WSN技术的研究获得了可喜的成果，高技术含量的产品得以制造和改进，由此开创了一个由WSN技术推动的崭新市场。经过这些年的努力，WSN的部署已经成为现实，诸多研究机构也从中获得了宝贵的经验。此外，许多专家正致力于对现有WSN能效解决方案的改进研究，并着眼于新型的WSN技术，例如水下和地下传感器网络。这些年来，我们也一直致力于WSN的研究，在近十年里发表了大量的论文并做了四个分别关于无线传感器与执行器网络、水下无线传感器网络、地下无线传感器网络和多媒体无线传感器网络的综述性的报告。
2003年夏，随着WSN技术的研究开始明朗化，我们开始第二轮撰写WSN综述性报告以研究最新的解决方案。大量的研究成果以及学术界和工业界的兴趣激励我们对WSN展开了进一步的研究并且撰写了本书。本书既可以作为研究生的教材以激发他们的创新思想，也可以为科研人员和工程师提供有关WSN技术的概况，并通过对WSN最新技术的深度剖析和对怎样优化现有技术继而应用到新兴应用和服务中的介绍引起读者更有深度的思考。本书涵盖了现有的WSN技术研究、应用以及众多应用领域中对这些技术的改进。本书凝聚了作者自己的研究成果以及由标准委员会做出的相关共识。由于近十年来对WSN的研究众多，本书不可能涵盖每一种解决方案，如有疏漏纯属无意。
本书的内容主要遵循TCP/IP协议栈的分层架构，从物理层开始详细介绍了每一层的技术，并且深入分析了诸如同步、定位和拓扑控制的跨层解决方案和服务策略以及WSN的其他特性。本书深入阐释了网络架构每一层的功能、协议和算法，旨在向读者介绍现有技术并且在本书最后一章中指出了WSN所需要面对的巨大研究挑战，以此来启发读者对现有方案进行改进和优化。
第1章是对WSN的概述，概要地介绍了传感器平台和网络结构。第2章对WSN现有的应用进行了总结，包括军用和民用。第3章综述了WSN的特性、关键设计因素和限制条件。第4章致力于WSN物理层的研究，包括物理层的技术、无线通信的特点和物理层的标准。第5章主要介绍了WSN的MAC协议，重点介绍了应用广泛的最基础的载波侦听多点访问/冲突避免（CSMA/CA）技术、由CSMA/CA改进而来的截然不同的解决方案：基于时分多点接入（TDMA）的MAC以及二者的混合方案。第6章重点介绍了WSN中的差错控制技术并且分析了它们对高能效通信的影响。第5章和第6章介绍的都是数据链路层的技术。第7章致力于WSN的路由协议研究。将网络层的路由协议分为四类：以数据为中心的路由协议、分层路由协议、地理路由协议和基于服务质量（QoS）的路由协议。第8章首先指出了传输层解决方案的挑战，然后阐述了传输层的协议。第9章介绍了每层之间的跨层相互作用以及对通信表现的影响。此外，详细阐述了跨层通信方法。第10章指出了时间同步的挑战，并且介绍了几种针对这些挑战的解决方法。第11章描述了定位技术的挑战并将定位技术分为三类：测距技术、基于测距的定位协议和无须测距的定位协议。第12章介绍了WSN中的拓扑管理方案。具体而言，解释了部署、能量控制、活动状态、调度和分簇方法。第13章介绍了无线传感器与执行器网络（WSAN）的概念和特点。特别强调了传感器和执行器之间以及不同执行器之间协同问题的解决方案。此外，还讨论了WSAN中的通信问题。第14章介绍了无线多媒体传感网（WMSN）的挑战和多种网络拓扑。还介绍了现有的多媒体传感器平台并遵循TCP/IP协议栈结构描述了各层的协议。第15章致力于水下无线传感网（UWSN），主要分析了水下环境对通信的影响。研究了水下声波传播的基础，总结了协议栈各层的解决方案。第16章描述了地下无线传感网（WUSN）的特点和应用。特别地，详细介绍了WUSN在土壤、矿井和隧道环境中的应用及特点。同时研究了在上述情况下的信道特点，并指出了给通信带来的挑战。最后，第17章讨论了WSN发展面临的巨大挑战。
撰写一本教科书肩负有很大的责任和挑战。一般情况下，作者承担一本书的主要撰写工作，除了作者之外，还有很多人都为此书做出了贡献。首先要感谢John Wiley ＆ Sons公司的Birgit Gruber，是他提议撰写本书的。感谢John Wiley ＆ Sons公司的Tiina Ruonamaa、Sarah Tilley和Anna Smart真诚、长期而耐心的帮助。感谢他们对创作本书的协助、构想、贡献和支持。我们也要感谢直接或间接对本书做出贡献的人。特别地，我们真诚地感谢zgur BAkan、Tommaso Melodia、Dario Pompili、Weilian Su、Eylem Ekici、Cagri Gungor、Kaushik RChowdhury、Xin Dong和Agnelo RSilva的帮助。
我(MCV)也要特别感谢在我就读于土耳其安卡拉比尔肯特大学(Bilkent University， Ankara，Turkey)和亚特兰大佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology，Atlanta，GA)期间所有鼓励过我的教授们。感谢内布拉斯加大学林肯分校（University of NebraskaLincoln）计算机科学与环境工程的同事与朋友在创作本书时所做的贡献。我要特别感谢我的博士生导师Ian FAkyildiz教授，他引导我面对WSN的挑战，真心地感谢在我读博和后来的工作中，Ian FAkyildiz教授对我的指导、信任和给予的帮助。我也要向我的妻子Demet表示感谢，因为她的爱、她的支持、她的建议和她的奉献，本书才得以完成。我要感谢我的母亲Ayla，感谢她的母爱、支持和鼓励，这是作为一个母亲能做到的一切。最后用本书纪念我的父亲Mehmet Vuran，怀念那段美好的时光，他是我完成本书以及一生中实现其他成就的最大动力。
我(IFA)要特别感谢我的妻子和孩子多年来的支持，如果没有他们长期的关爱、理解和宽容，我可能一事无成。还要感谢我以前和现在的博士生，在过去的25年里，他们已经成为了我的家庭成员。因为和他们在一起让我感受到了研究工作的激情，所以他们值得给予最高和最真诚的感谢。看到他们这些年来在事业上的进步是我一生最大的满足，欣喜之情难以表达。他们也为本书的撰写做出了许多贡献。