随着人们对大型复杂结构的安全性重视程度日益提高,结构健康监测技术已成为研究的热点。基于无线传感器网络的结构健康监测系统具有多种优点,诸如灵活性好、负重轻、搭建移动方便、维护费用低等,具有十分重要的研究价值。本文以结构健康监测为应用对象,对基于ZigBee协议的无线传感器网络系统从理论和应用两方面进行了研究。在理论方面,对ZigBee协议进行了深入的分析,讨论了MAC层的免冲突载波检测多址接入算法CSMA-CA,基于离散随机马尔可夫链建立了该算法在饱和状态和非饱和状态下的数学模型,使用网络仿真软件Opnet 11.5对基于ZigBee协议的星型网络系统进行了仿真,对仿真结果进行了详细分析并重点分析了结构健康监测中比较关注的延时、数据传输成功率等性能指标;在应用方面,使用ZigBee通信协议,设计了基于无线传感器网络的结构应变监测系统,讨论了系统的总体结构设计,基于实验室自主研制的无线传感器网络硬件平台开发了相应的应用软件。为了验证该系统在实际应用中的可靠性与有效性,对某型战斗机的前起落架使用本系统进行了全尺寸结构静力试验,将实验数据与传统有线测试系统进行了对比,实验结果表明该系统能快速、稳定可靠的工作。