前言

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network, WSN）作為物聯網的基本組成部分，已經成為當下的研究熱點之一。隨著微機電系統技術、無線通信技術和數字電子技術的進步和日益完善，為建立低能耗、低成本的無線傳感器網絡提供了有利條件。無線傳感器網絡為日益增加的應用需求提供了足夠的發展空間與有效的解決方案，例如基礎設施的安全維護管理與監控、人體健康護理、環境監測、戰場偵察、食品安全監控與追溯與智慧能源等領域。典型的無傳感器網絡是由大量低成本、低功耗、包含多種傳感器的節點組成，分布在特定的區域。傳感器節點配備了傳感器、嵌入式位處理器、射頻收發器，不僅有感知功能，還有數據處理能力和通信能力。相比于傳統的網絡技術，無線傳感器網絡具有許多優勢，但是在網絡結構的設計、模型預算法等方面也存在很多挑戰。無線傳感器網絡中的傳感器節點一般采用電池提供能量，在許多應用中，更換電池或者給電池充電是非常困難甚至是不可能的。無線傳感器網絡節點需要高密度分布，節點的不可靠性較高，對功率、計算能力和內存容量都有限制。目前為止，在學術與工業領域已經有了很多關于無線傳感器網絡的研究。

本書重點關注的是無線傳感器網絡在面向復雜環境和三維空間無線傳感器網絡的部署問題。全書從內容結構上可以分為三部分，第1部分包括第1章和第2章，從全局的角度出發綜述了無線傳感器網絡，介紹了無線傳感器網絡的特點、發展現狀、面臨的挑戰以及評價指標。

第2部分包含第3~5章，重點對平面的有向傳感器網絡的部署與優化進行研究。

第3章針對現有的有向節點感知模型，分析了現有的有向節點感知模型的缺點，并且在此基礎上設計了一種新的感知角度與感知半徑可變的感知模型，節點通過調節自身的感知角度和感知半徑的大小，從而達到提高整個覆蓋區域覆蓋率的目標。

第4章針對有向移動無線傳感器網絡提出了兩種部署模型，分別為非均勻勢場下的部署模型和復雜區域的節點部署模型。非均勻勢場下的部署模型主要利用非均勻勢場特性解決監測區域內的非均勻部署問題；復雜區域的節點部署模型是通過改進原有的復雜區域的節點部署模型提高監測區域的覆蓋率。

第5章重點介紹了幾種面向平面的有向傳感器網絡的部署算法，分別是覆蓋優先的部署算法、連通優先的部署算法和多中心部署算法，通過對不同的監測環境進行分析，提出不同的部署算法。

第3部分包含第6~8章，重點對空間無線傳感器網絡的部署與目標追蹤技術進行研究。

第6章開始關注空間無線傳感器網絡的部署，重點介紹了兩種三維節點感知模型，分別為三維全向感知模型和三維有向感知模型。

第7章針對三維空間內的無線傳感器網絡節點部署問題，研究了三種類型的空間部署模型，分別為在任意曲面的部署模型、可移動目標模型、部署路徑模型并且在針對三中模型提出了不同的改進算法，能有效提高三維監測區域的覆蓋率。

第8章針對三維空間內無線傳感器網絡自主部署問題，應用虛擬力相關理論提出了不同的類型覆蓋問題的解決算法。基于加權虛擬力算法主要解決空間內區域覆蓋問題，基于復雜路徑的自主部署算法主要解決三維路徑覆蓋問題，基于移動目標追蹤的部署算法主要解決三維空間內的目標追蹤問題。

本書可作為高等院校物聯網工程、電子工程、計算機和信息類專業的本科生、研究生的教學參考用書，也可供從事相關行業的研究人員和工程技術人員閱讀參考，對于想了解無線傳感器網絡的人員來說也可以作為參考資料。

本書的寫作受到國家自然科學基金（61702020）及其配套項目（PXM2018_014213_000033）和北京市自然科學基金（4172013）資助。寫作完成離不開我的研究生所做的工作，他們是陳玉程、王云會、胡計鵬、楊朝玉、唐小江、董旭、王敏基等，在此表示感謝。

由于本書完成時間倉促，書中錯誤或者疏漏之處在所難免，望廣大讀者能夠海涵 ，并對本書的錯誤和疏漏之處進行批評指正。

作者