无线传感器网络被广泛应用在各种领域,但由于资源受限的运行环境、动态的拓扑结构以及底层硬件的差异,导致无线传感器网络应用的开发非常困难。为了改善这一问题,考虑将中间件技术引入无线传感器网络。本文对无线传感器网络的应用目标进行抽象,总结出无线传感器网络中间件应提供的功能。以无线传感器网络的特性为出发点,分析了无线传感器网络中间件相比传统中间件所面临的挑战。根据不同的设计范式,对现有无线传感器网络中间件进行分类,并对其中典型代表进行评估,归纳了中间件的设计原则。基于上述设计原则,提出一种基于发布/订阅机制的无线传感器网络中间件设计方案,利用设计的分簇算法和簇头备份机制,将中间件划分为簇成员节点—簇头节点—汇聚节点三级结构,各级之间通过发布/订阅的方式进行交互。在数据的传输过程中进行多次数据融合以降低节点能耗。通过中间件的RESTFul架构的应用查询接口,允许不同应用以统一的方式获取网络资源。基于Contiki操作系统实现了中间件设计方案的原型系统,通过仿真应用场景对其进行了功能验证和性能评估。仿真结果表明,所设计实现的无线传感器网络中间件实现了预期的功能目标。相比未使用中间件的情况,在响应速度和能量有效性上都有显著的提高。本文研究得到了国家自然科学基金项目《无线传感器网络数据汇聚传送关键技术研究及在半干旱设施农业中的应用》(基金编号：612610001)的支持。