无线传感网络目前已在很多领域得到广泛应用,当无线传感网络应用在农业或野外等开放式的环境时,效能成为制约无线传感网络大规模应用的主要因素。无线传感网络的效能包含能量效率和通信性能,本论文的研究目的就是提高这两个方面的工作效能。当前,树木枝叶对无线信号损耗模型研究的数据来源存在着局限,各种模型对于不同树种和频率的拟合准确度仍有差异,已有的研究不适合应用于桃园,因此,本论文在桃园应用环境下就这些模型进行了详细的分析研究；现有的时间同步协议应用于桃园中的时候,存在全网长时间同步和根节点如何获得其他节点同步状态保障机制不稳定的问题,通信协议导致模块无线发送时间开启过长、不能适应链路质量的动态变化,为解决这两方面的问题,论文针对桃园的应用要求设计了完整的时间同步协议和通信协议；将信噪比、链路质量指数和数据包接收率融合作为链路度量方式已成为链路质量估计器发展的新趋势,当前的此类链路质量估计器存在估计准确度欠准的问题,为克服这些不足,论文对链路质量估计器进行了符合新趋势发展的优化设计。论文研究内容、研究成果和创新点如下：(1)通过获取无线信号路径损耗、模型拟合和模型评价,寻找桃树枝叶对2.4GHz无线信号损耗的最佳模型,在不同月份和不同高度,非零梯度模型最佳,相关系数均值达到0.942,均方根误差均值仅为13.2dB。研究弥补了国内在作物和树木枝叶对无线信号损耗模型的比较研究领域的不足。(2)针对桃园的应用环境,分析已有的时间同步协议和通信协议,对其进行改进设计,形成了泛洪-稳定根节点时间同步协议和桃园中无线传感网络通信协议,鲁棒性实验表明,泛洪-稳定根节点时间同步协议在较长时间内能稳定运行并且在根节点失效的情况下仍具有较好的鲁棒性。与时间同步的多跳(Multihop)通信协议的对比实验表明,在除通信协议外其他条件都相同的时间段内,桃园中无线传感网络通信协议比时间同步的多跳通信协议的数据包有效接收率的平均值提高12.9%。(3)用桃园现场测量数据对几个无线传感网络链路质量估计度量方式进行了拟合和选择,以拟合得到的无线链路度量模型为基础,设计实现了新的信噪比-链路质量指数-接收率融合的(SNR-LQI-PRR)链路质量估计器。与采集树协议的链路质量估计器性能进行现场对比,对比分析表明：在除通信协议外其他条件都相同的时间段内,采用信噪比-链路质量指数-接收率融合的采集树协议的节点平均数据包正确接收率为83.1%,高于采集树协议节点的72.5%。采用时间同步的信噪比-链路质量指数-接收率融合的采集树协议的节点的数据包正确接收率平均值是69.4%,高于采用前述的桃园中无线传感网络通信协议的节点的58.0%。