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无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）是一个多学科交叉的新兴研究领域，它融合了传感器节点、微机电子系统、嵌入式及无线通信等众多领域的热门技术，具有非常广阔的应用前景。由于大多数无线传感器网络的应用都需要节点能准确地将监控区域内采集到的数据在尽可能短的时间里传输到数据中心，由数据中心进行数据的分析处理，并将结果提交给决策者。因此，数据传输的可靠性与实时性是无线传感器网络需要解决的关键问题。本文分析了无线传感器网络实际应用的需求与特点，研究了现有无线传感器网络传输协议的算法机制，在总结前人工作的基础上，利用跨层设计的思想，设计并实现了基于质量最优的实时数据汇聚传输协议QR-CTP（Quality-based andReal-time Collection Tree Protocol）。QR-CTP协议以数据的传输质量为前提，采用最小时间延迟调度算法，通过与链路层、网络层的跨层交互，提供了数据传输的可靠性与实时性保证，并进一步阐述了协议的路由控制机制。本文详细研究工作如下：（1）分析比较了现有无线传感器网络的传输协议及无线传感器网络中路由协议的特点与评估标准。（2）无线传感器网络传输协议的路由机制以及数据传输需求研究。（3）提出QR-CTP协议的设计思想，阐述QR-CTP协议的路由机制，设计QR-CTP协议的路由算法，并给出QR-CTP的数据包结构及数据传输流程。（4）基于TinyOS平台，仿真实现QR-CTP路由协议，并对QR-CTP协议进行评估与分析。在TinyOS上对QR-CTP进行仿真实验。多个参照实验表明，QR-CTP可以满足网络传输质量的需求，并基本与CTP（Collection Tree Protocol）的传输质量保持一致。在数据实时性方面，QR-CTP的平均传输时延比CTP的少，其实时性有了显著提高。