无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN），是指由一系列在空间上分散部署、配备特定传感器、拥有网络通信能力的节点，通过无线互联的方式，协同实现对兴趣目标或事件进行监控的特定分布式网络系统。无线传感器网络已经成为社会生产生活多个领域都高度依赖的一项核心技术，被广泛用于场地监控、环境监控、工业监控、城市管理、医疗健康等重要领域。
　　无线传感器网络的服务质量是衡量其工作状态和设计性能的重要指标，在学术界得到了广泛的研究。不同于传统的网络，无线传感器网络不仅需要传输数据，还担负有感知甚至改变环境的任务。无线传感器网络的服务质量主要划分为感知质量和数据传输质量两类。感知质量反映了网络是否能够全面、高效的获取环境中的物理信息或发现目标事件;数据传输质量反映了这些环境信息或者事件信息及时、准确地从传感器节点送达控制/数据中心的能力。并且，由于网络中单个节点资源匮乏，无线传感器网络的感知和数据传输任务均需要通过特定的协同机制完成。而所有节点对时间、空间的统一正确的认知是网络协同的必要支撑。本文从感知质量、数据传输质量和空间、时间认知这几个方面做了以下研究和贡献:
　　1.感知质量是反应无线传感器网络对物理世界感知能力的重要服务质量指标。传感器网络中单个节点的感知范围有限，网络通过传感器节点的协同来感知整个兴趣区域。在移动传感器网络中，由于并非所有传感器节点都装配有高精度定位模块(如GPS)，其真实位置往往是未知的。通过节点自定位技术获得的位置测量值（空间认知）则包含了不可忽略的误差。因此，即便节点具备移动能力，也难以移动部署到指定位置从而建立起有效的协同感知。本文研究了带状兴趣区域中、在考虑自定位误差的前提下，保障网络的协同感知质量的方法。本文首先探索了感知漏洞与定位误差之间的关系，并发现漏洞存在的概率是由累积定位误差的分布概率决定;然后提出了高效计算漏洞存在概率的方法;最后，本文给出了分析优化网络感知质量的仿真实验，其结果证明了所提方法的有效性。
　　2.传输质量的分析一直是无线传感器网络服务质量分析的重要一环，对于提供实时可靠服务的应用更是极为关键。从单节点、单链路的延时获得网络的端到端延时以分析传输质量一直是一个研究难点。传统的延时分析方法主要在时域展开，其计算成本会随着网络规模的增大而急剧增加，因而可扩展性差。本文提出了一种全新的在频域分析端到端延时分布的理论框架，在利用信号流图对网络的延时分布进行建模后，证明了端到端延时的分布实际就是信号流图传递函数的拉普拉斯逆变换。基于此，本文介绍了通过克莱默法则和梅森增益法获取传递函数的两种方法。为了提高传输质量，本文给出了利用传递函数的主导极点高效寻找网络瓶颈链路的方法、利用所提框架分析网络重传协议性能的方法，以及分析和选择能量有效的网络传输路径的方法。理论分析和仿真实验都证明了所提方法的有效性。
　　3.网络管理技术是支撑整个网络系统的关键技术，而时间同步（即全网节点建立统一的正确时间认知）的技术是最重要的网络管理技术之一。相较于为所有应用场景都提供高精度时间同步的传统做法，本文认为同步精度应该自适应地匹配具体应用的服务质量需求。本文以目标追踪系统为例，深入挖掘了系统的网络寿命、感知延迟、感知精度等服务质量各自的时间同步精度需求，然后提出了一种高能效的传感器阵列同步协议，能够满足这些服务质量指标的时间同步精度需求。具体而言，当追踪目标尚未出现时，协议通过将同步信息包搭载到周期性的网络维护包上，实现了低精度的时间同步，同时大幅延长系统生命周期。一旦目标出现，该同步协议就切换到高精度的阵列间时间同步以及相对更高精度的阵列内时间同步。相较于传统的全网高精度时间同步，该同步协议的策略能够在保证系统服务质量的基础上显著降低能耗。本文给出了理论分析和仿真实验，证明了所提同步协议的有效性。