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无线传感器网络综合了传感器、嵌入式、分布式计算和无线通信等技术,是一种全新的信息获取和处理技术。它以其自组织性、灵活性、低成本、微型性等特点,广泛地应用于环境监测、工业控制、医疗健康等领域。在典型应用如森林区域气候监测及数据中心高精度温度监测等中,网络规模已经突破一千个节点,节点密度已达每平方米0.5个。多对一的通信工作模式以及无线通信造成的邻近节点干扰,严重影响整个网络的吞吐量及可靠性。因此,有必要研究大容量的无线传感器网络协议。如今的大多数网络协议都针对小流量数据网络设计的,网络容量较小,当信道质量变差时,网络容量将会进一步减小,从而不能满足要求。本文在分析现有无线传感器多信道MAC协议和路由协议的基础上,结合跨层设计思想,提出了一种树状的多信道协议TBMCP (Tree Based Multi-Channel Protocol, TBMCP)。它采用粗粒的信道分配方法,即给每棵子树分配一个信道,通过引入协调节点,来减少节点信道切换次数和工作在不同信道上节点间的通信频率,从而使各子树的网络负载达到平衡,提高整个网络的吞吐量。本论文的主要工作及创新如下：(1)分析无线传感器网络现有的多信道MAC协议和路由协议,指出现有的多信道调度存在的不足。(2)针对无线传感器网络的特点,研究采用跨层设计思想来设计网络协议,提出了一种树状的多信道协议TBMCP,来提高整个网络的吞吐量。(3)针对TinyOS系统下的仿真工具Tossim不支持多信道仿真,本文将分析Tossim的系统结构,通过引入新的仿真事件,修改相关模拟组件,使Tossim支持多信道仿真。(4)在TinyOS系统上实现该多信道协议,并搭建小型的实际网络平台来测试它的性能。与单信道协议进行比较,说明该多信道协议可以有效地提高整个网络的吞吐量。最后,用扩展后的Tossim仿真验证TBMCP中多信道调度机制在较大网络规模下的性能。