无线传感器及执行器网络(WSAN)在无线传感器网络(WSN)的基础上,加入了执行器节点,它能够改变环境执行任务。WSAN网络最重要的特点就是协同,包括传感器节点之间(S-S)协同、传感器节点与执行器节点(S-A)协同以及执行器节点之间(A-A)协同。节点通过协同工作完成对环境的监测与控制。WSAN网络的一个生命周期的节点定位,信息传输和任务分配环节,使用传统的全向天线节点存在着定位误差大、信息传输延迟高、最优节点发现率低等问题。本文基于定向天线,对节点定位、信息传输以及任务分配环节存在的问题进行优化。具体的研究工作内容如下:(1)针对WSAN网络中的全向天线锚节点定位中存在的定位精度差的问题,本文提出了定向天线锚节点定位方法。安装有定向天线的actor节点将作为锚节点在网络范围内移动,对sensor节点进行定位。根据actor锚节点天线波束的边线交点、最大信号增益交点以及相交信号区域质心计算,sensor能够得到自身的位置。另外分析了可能存在的节点定位误差,提出了优化的方式。在WSAN网络的节点定位环节,定向天线锚节点定位算法提高了精度,同时还降低了能耗。(2)针对WSAN网络中的全向天线节点通信中存在延迟高的问题,本文提出了定向传播路由ADA。ADA基于通信节点的位置信息进行计算,使用定向天线进行定向转发,并能够使sensor和actor之间使用统一的路由协议进行通信。经过多次的定向转发,事件信息从源节点传输到到目标节点。相比较使用全向天线节点的WSAN网络,减少了无效信息转发并降低了信息延迟。(3)针对传统的竞拍算法存在最优执行节点发现率低的问题,采用了定向竞拍算法DSAAP对WSAN网络的执行器任务分配过程进行优化。DSAAP在传统的竞拍协议SAAP的基础上,优化了响应树的扩张和收缩阶段。该算法基于事件点的位置信息计算事件服务代价,同时使用定向转发进行竞拍信息的转发。通过仿真分析,相对于传统的竞拍算法,定向竞拍算法提高了最优节点发现率,降低了能耗。