随着无线传感器网络的应用与发展,作为该领域中最标准通用的ZigBee协议,由于其具有低成本、低功耗、高可靠性等优点,已经在智能农业、智能家居、环境监测、医疗护理等领域广泛应用。目前ZigBee协议的实现版本各异,且存在一些不足,限制了它的推广应用,因此实现与改进ZigBee协议,可以提高协议的可靠性与稳定性,扩大其应用领域范围。本文的主要工作是：硬件上设计MSP430F5438与CC2420的无线节点,软件上实现采用实时嵌入式操作系统FreeRTOS的ZigBee协议的网络层,包括了协调器创建网络实现、设备的加入与离开网络实现、数据的发送与接收实现、网络地址分配实现、网络维护实现以及Cluster-Tree路由算法实现。通过实验测试发现,在路有效率、父节点选择和网络地址分配方面存在不足,并针对以上三处不足分别进行改进,提出CTBN路由算法、自适应式父节点选择和地址回收再分配,最后设计了四个实验,用实验结果证明了改进后的良好效果。具体工作为：首先介绍了本文的背景和软件平台基础。背景方面介绍了ZigBee协议的特点以及应用领域,指出主流协议实现中存在的一些不足,进而引出了本文的研究意义。软件平台基础方面主要是介绍了PHY层的规范、MAC层的规范和CSMA-CA算法,还介绍了采用的实时嵌入式操作系统FreeRTOS的工作原理。然后介绍了实现平台的硬件设计。硬件设计包括四个模块,分别是单片机模块、电源模块、无线收发模块以及串口通信模块,单片机采用了MSP430F5438,无线射频芯片采用了工作于2.4GHz的CC2420,主要介绍每个模块的功能以及各个模块之间的接口,给出了各模块的原理图。其次介绍了ZigBee网络层的软件实现。包括了软件的集成开发环境IAR以及ZigBee协议的网络层规范,网络规范主要包括数据服务、管理服务以及可组成的网络拓扑结构。重点介绍了网络层的各项功能的具体实现,包括创建网络、加入与离开网络、数据收发控制、网络地址分配和网络维护,给出了各项功能实现的软件框图,介绍了实现功能中用到的重要函数。最后对网络层中的路由算法做了介绍,包括AODVjr算法和Cluster-Tree算法,其中重点介绍了本文采用的Cluster-Tree算法。最后介绍了网络层的优化与实现。针对网络层中存在的一些不足,提出了对网络层的一些改进。主要是三方面的优化：一是路由算法的优化,提出了基于邻居表的CTBN的算法；二是父节点选择的优化,提出了自适应式的父节点选择;三是网络地址分配的优化,采用了“汇报”机制。然后设计实验,通过改进前后实验结果的对比来说明了改进的效果。本文在别人实现的MAC层与PHY层基础上,简化实现了ZigBee协议的网络层,而且还对网络层中存在的不足进行了改进,实验证明了改进后的协议在可靠性与稳定性方面都得到了较大提高,能够满足大部分应用场合的要求,具有广阔的市场前景,将推动ZigBee的应用发展。