工业4.0和中国制造2025是当今国内外的重要战略。我国制造业在“十二五”期间由生产规模能力向生产创新能力转变,这一转变将在“十三五”期间继续扩大。“智慧车间”作为创新能力转换的成果成为工业生产的发展趋势。建立产品生产在线监测对质量和成本控制至关重要。无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)应用于车间现场生产过程中可以数据为中心,信息感知为驱动,配合执行系统,实现对物和过程的智能化监控和管理。本文基于WSN,针对车间现场环境开展其中路由层和MAC层关键两层的研究与设计,本文的主要工作内容如下:(1)针对车间现场的无线传感网络分析分析了WSN的体系结构、通信协议栈,指出面向车间WSN的整体设计方案和关键技术,选出路由层和MAC两层作为本文研究对象。在分析了路由层关键技术之后,选取了三种典型路由协议DSR、DSDV、AODV进行性能分析。仿真从传输时延、吞吐量、丢包率、路由代价角度分析了三种路由协议的优劣,最终选取性能相对优良的AODV协议作为改进对象。对网络MAC层协议做了简单分析,并选取IEEE802.11 MAC和SMAC为研究对象进行了性能对比。从能耗的角度最终选取SMAC协议作为改进对象。(2)面向车间现场的无线传感网络路由协议设计阐述AODV协议的数据结构和工作过程,指出AODV应用于车间现场WSN存在的缺陷。在此基础上提出改进方案:(1)将AODV改进为多路径方式。(2)在选路过程中避免选取能量值小的路径。对协议分组格式和路由发现、回复以及维护过程进行改进使其满足以上两种改进方案。给出改进协议在NS2平台下C++代码的具体实现并进行性能验证。(3)面向车间现场的无线传感网络MAC层设计介绍了SMAC协议原理和通信流程。从节能的角度指出SMAC改进方案:动态占空比调整机制。对SMAC协议的帧信息以及运行机制改进后,给出了改进协议在NS2平台下的具体C++代码实现并进行性能验证。最后,针对车间现场给出WSN整体设计方案,针对具体生产线部署传感节点并给出了数据采集结果图。