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无线传感器网络已成为未来信息技术的研究热点,通信协议是其能够正常工作的关键性技术。本文致力于根据无线传感器网络的特点,提出专用通信协议栈并基于OMNeT++进行了仿真,然后设计实现了基于TinyOS和CC2530的专用实验平台。首先,本文对无线传感器网络技术进行了概述,然后分析了常见的物理层协议、MAC层协议和网络层协议。物理层协议主要包括802.11、蓝牙、红外和802.15.4；MAC层协议主要包括争用型、调度型和混合型MAC协议；网络层协议主要包括平面型路由协议和层次型路由协议。随后,本文提出了无线传感器网络专用通信协议栈分层框架,并提出了物理层、MAC层和网络层协议的优化改进方法。物理层协议主要在通信频段、扩频参数等核心参数选择问题上进行了优化改进；MAC层协议的优化改进主要包括在帧结构中引入优先级机制、增加优先级判决反馈ACK；网络层协议的优化改进主要包括优化节点入网机制、增加负载自适应均衡策略等。采用OMNeT++软件,本文构建了基于IEEE802.15.4标准的协议仿真模型,然后对不同参数设置下的平均端到端时延以及平均丢帧率两个关键指标进行了仿真分析,研究了关键参数对协议性能的影响。接着,本文设计实现了无线传感器网络专用实验平台。平台总体架构主要由三个层次组成：硬件平台、协议栈和测试程序。硬件平台基于CC2530平台的开发套件来实现,主要包括一个中心节点、三个传感器节点和一个测试PC。协议栈基于TinyOS上的ZigBee/802.15.4协议栈来移植实现。测试程序基于nesC编程语言编写。本文的关键工作之一是实现了TinyOS在CC2530平台上的移植。最后,基于专用实验平台,本文选取了典型MAC层协议进行了验证实现和测试。本文首先阐述了争用型和调度型MAC层协议的实现过程。然后,采用串口打印和无线抓包的方式,分别对两种协议进行了测试。根据测试结果,本文对两种MAC协议的传输延时、碰撞概率等指标进行了比较,并得出了结论：争用型MAC协议适用于业务负载不大、要求传输时延小的场合；而调度型MAC协议适用于要求数据传输不能丢失、传输可以有一定时延的场合。