近年来,随着技术的快速发展,无线通信已逐步应用于工业制造领域。无线技术给工业制造领域提供了多元化的控制方式,在工业控制网络中应用无线通信技术,能真正地把每一个制造环境中的设备都连成系统,将所有的有线、无线设备都融合到统一的异构网络中。然而,工业现场环境复杂、设备密集,多径效应和电磁干扰严重。合作中继技术通过节点间互相转发信息实现空间分集,从而提高信息传输的可靠性。将合作中继技术应用于工业无线网络,可有效提高工业现场数据传输的可靠性。本文研究了基于合作中继的工业无线网络,首先,分析了满足工业传输要求的节点合作条件及最优带宽分配策略;其次,设计了具体的介质访问控制协议和功率控制方案;最后,研究了其在无线冶金工业监控中的应用,并设计了多平台上位机监控软件。　　 首先,考虑工业无线网络节点的传输需求,研究了其合作策略设计问题。基于合作博弈论中的纳什议价解,将其建模为非线性组合优化问题。基于图解法,获得了节点的合作条件及最优的合作带宽分配解。仿真结果表明,在最优的合作带宽分配策略下,工业无线节点都可以满足其传输需求,且可以获得更大的传输速率。　　 其次,基于IEEE802.11协议,设计了多中继情况下的合作工业无线网络的介质访问控制协议。引入了新的合作竞争机制,根据合作指标和合作节点数目来设定合作竞争窗口大小,实现了最优的信道容量。仿真结果表明,本文提出的合作模型和合作协议的优越性。进而,在多跳中继网络环境下,建立权衡网络吞吐量和发射功率的优化模型,基于凸优化方法求解模型的最优值,实现传输模式选择和功率控制,仿真结果验证了传输模式选择和功率控制算法的有效性。　　 进一步,在分层次协议设计的基础上,定量刻画工业无线传感器网络协议设计与能耗的关系,提出跨层优化模型,给出分布式的跨层优化算法、可靠传输控制协议和协议栈设计体系,实现工业传感器网络监控系统现场级、车间级和企业级三个层次之间的无缝通信,提高工业无线传感器网络的生存期,减少网络维护费用。　　 最后,针对高耗能、高污染的冶金行业工业环境,以钢铁冷轧厂污水处理系统为背景,根据污水处理中的设备多种工业总线接口并存,电磁环境复杂,处理厂区较大等实际问题,通过设计嵌入式协议转换技术方案,解决了远程监控系统构建和兼容性问题。在现有国际无线通信标准IEEE802.15.4基础上,改进了通信网络各层协议,以解决数据传输过程中信号产生的衰变、中断、频散和多径时延等问题,攻克无线技术应用于工业监控系统的技术难点,完善了系统监控功能。