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无线传感器网络被广泛应用于工业感知与监测等领域,为了更好地适应工业领域的应用及保障敏感型业务的传输,IEEE802.15.4e工作组在原有协议IEEE802.15.4的基础上进行了拓展,提出了多通道自适应的DSME(Deterministic and Synchronous Multi-channel Extension)协议,该规范提供了向后兼容性,信道访问方式由原来的基于单通道的超帧(superframes,sfs)的方式拓展为基于一种多超帧(multi superframe,multi sf)的特定时间结构,可有效容纳更多节点的接入。然而目前其仍处于研究的初期阶段,在工业应用领域仍存在大量空白,DSME标准目前仍未提供标准的工业解决方案。本文对其展开了相关研究并且对非竞争期阶段(Contention free period,CFP)做出了改进,为保证敏感型业务的QoS,以最大化网络能效与降低延迟为优化目标,提出了一个跨层的超帧规划方案MCARQ,分别在路由规划和网络时隙资源分配上做出了相应的优化。针对多跳网络中节点间负载分配及能量消耗不均的问题,本文在网络层的路由规划中将路由规划问题构建为MOP(Multi-objective Optimization Problem)问题,提出了基于多目标优化的最优能效路由优化方案RDSEGA。在该方案中,为了避免节点的增加带来的搜索空间爆炸问题,使用了KSP Yen’s算法对搜索空间进行剪枝,使用改进的精英保留遗传算法计算出最佳能效的全网路由优化方案。同时,针对路径交叉与变异过程中的结果路由不连续问题,提出了基于邻节点片段与相同节点片段交叉与变异的方法以最大程度地提高结果路径的有效性。实验结果证明,该方案降低了网络中的节点能量消耗,避免了节点持续处于数据转发状态,使得节点之间的负载更加均衡,网络的平均寿命提高46%,延长了网络的工作时间,为实际工业应用尤其是不方便更换节点的应用带来便利。针对网络超帧中的资源分配问题,在MAC层中将超帧CFP阶段的GTS(Guaranteed time slots)分配问题构建为目标分配问题,采用改进的模拟退火算法进行GTS的分配。同时,针对传统资源分配方式缺乏公平性的问题,对GTS进行多优先级设计,考虑能效与延迟等网络层与MAC的约束条件构造多优先级目标函数。网络层的路由规划为MAC的数据传输提供了稳定的传输路径。改进改进后的资源分配方案公平性约提高了30%,网络平均延迟缩短48.5%,经验证,所提出的跨层超帧规划方案可满足工业敏感型业务的QoS要求,并提供高可靠服务。