无线传感器网络,一个全世界高度关注的全新研究领域,不仅是一项全新的网络技术,而且是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的多学科、多技术相互渗透融合的科学产物。它是对传统计算机网络计算模式和设计模式的全面革新。因此无线传感器网络从节点构成到网络体系结构都有着自身的特点。而传感器网络的自组织性、微型性、低成本、灵活性等特点使它具有非常广阔的应用前景和研究空间。目前对无线传感器网络的研究尚处于起步阶段,很多问题需要解决。本文在总结现有技术和研究的基础上,提出建立无线传感器网络QoS体系的观点,并对其中主要的网络能耗,网络组网和路由等关键问题进行了研究和探索。其中主要的研究内容和贡献如下:1.从无线传感器网络结构,网络特点,应用领域、主要研究方向和研究动态多方面对无线传感器网络进行详细阐述,在已有研究基础上提出无线传感器网络的QoS体系结构模型,并指出体系中各功能模块的意义和内在联系,使无线传感器QoS体系完善成为一个完备的系统。从理论上为无线传感器网络由目前的研究型网络到今后必然实现的应用型网络的转换提供保障。2.建立无线传感器网络传输能量模型与传感器节点传输能量模型,从全网络高度理论计算数据传输网络总能耗,并在分析中引入节点距离期望的概念,建立逐级楔形多跳转发模型,从而更精确地计算网络中每一层中节点的平均能耗。在理论计算基础上得出不同传输模式对网络性能影响的阶段性结论。在此基础上,为进一步提高网络运行性能,将数据融合机制引入多跳传输模型。根据融合强度不同,建立三种融合机制的能耗建模,理论计算新模型下的网络总能耗和单节点能耗,得出阶段性结论,为实现QoS体系下的高层通信协议开发作理论基础。3.提出在无线传感器网络中只有组网算法和路由算法相配合才能更好实现QoS体系的思想。设计了基于极大独立集监测网格划分算法(RMIS-WSN-CA),理论论证算法的正确性和有效性。并基于可嵌入包装问题模型对影响监测网格特性的两个参数(监测网格规模和监测网格生存周期)进行理论计算,以指导实际网格划分。在采用RMIS-WSN-CA划分监测网格的基础上,依网络能量模型理论分析结论给出适合无线传感器网络的基于簇树的网络逻辑拓扑结构。4.针对无线传感器网络路由算法特点创新性地提出无线传感器网络超图模型以及建立在超图模型上的QoS体系分类路由模型。针对应用中的同步无线传感器网络和异步传感器网络,设计了基于最小生成超树的同步WSN网络分类路由算法( MSHT-SN-DCRA )和异步WSN网络分类路由算法(MSHT-AN-DCRA)。算法首次采用图论中基于最小生成超树理论进行路由,有别与传统的基于最短路树的路由策略。通过理论分析和计算机仿真证明两算法的有效性,并给出算法改进,以在实际应用中能有效提高网络性能。