无线传感器网络通过在监测区域和复杂应用环境中布置数以万计的微型无线传感器，面向不同应用，利用短距离无线通信技术形成一个多跳自组织网络系统。随着无线通信、传感器等技术的日趋成熟，无线传感器网络可以在任何时间、任何地点、任何环境条件下获取人们所需信息，为物联网的发展奠定基础。作为物联网底层网络的重要组成部分，对于物联网中的每个对象来说，探测它们的物理状态的改变能力，记录它们在环境中动态特征都是需要考虑的，就这方面而言，无线传感器网络在缩小物理和虚拟世界之间的差距方面扮演了重要角色，它描述了物体的动态特征。然而，在无线传感器网络和物联网这样的分布式系统中，首先，网络模型是否具有优良性能直接决定了网络使用寿命和应用范围；其次，由于不同节点的晶振频率在物理环境不断变化过程中会逐渐产生偏差，而分布式系统中对于时间同步精度的要求较高，所以在一个理想模型下构建时间同步机制显得尤为重要；最后，无线传感器网络作为物联网底层网络的关键技术，通过对物联网技术与应用进行研究，使其与基于IP的互联网相互融合也是物联网亟待解决的问题。高效低能耗的网络模型和时间同步机制目前已经成为无线传感器网络研究领域的热点问题，而基于IP的无线传感器网络与互联网的相互融合也是未来物联网的发展方向。本文通过对无线传感器网络模型、时间同步机制以及物联网技术特点进行深入研究，分析了无线传感器网络建模过程需要明确的性能指标，总结了不同类型时间同步机制的优缺点以及影响同步精度的主要因素，并解析了物联网发展过程以及关键技术特点。在无线传感器网络中，除了Sink节点或者极少量其它节点带有可以获取准确时间信息的硬件设备外，所有其它节点必须通过有效的时间同步机制进行信息交换，相互保持时间同步。但目前针对无线传感器网络设计的时间同步机制通常存在算法复杂度高、时间同步收敛时间长、能耗较大以及对偏离正常误差范围数据极其敏感等问题。物联网与底层无线传感器网络相互融合的关键是实现网络的完全IP化，基于IP的优化网络是物联网中异构网络融合的关键技术突破。因此对于物联网来说，以IP协议为基础，有效的物联网寻址策略可以为上层的各种应用提供服务，同时允许IP协议下的各种异构网络可以在优化网络上运行。本文针对无线传感器网络模型、时间同步机制存在的问题以及面向物联网底层无线传感器网络基于IP的网络融合发展方向，提出了若干创新性思想及解决方案，本文的创新点及贡献主要包括以下五个方面：1.在解析物联网两层基本涵义的基础上，提出了包括底层网络分布、汇聚网关接入、互联网络融合、终端用户应用四部分的物联网系统架构；设计了由网络各层及其协议集合、网络管理中心、应用终端平台组成的面向物联网的网络协议体系，并从硬件和软件两个层面讨论了实现物联网的关键技术；在分析当前物联网标准、技术、安全以及应用开发方面存在问题的基础上提出了未来物联网发展的六个理念；研究建立了一种基于物联网的汽车零部件生产质量跟踪管理应用模型。2.将元胞自动机思想应用到无线传感器网络模型建立方案中，提出一种基于元胞自动机的网络模型结构。该模型从微观的角度，研究适用于无线传感器网络动态网络拓扑、多径数据传输以及低能量开销的网络模型建立机制。网络中的每个节点用一个元胞来表示，两个元胞间的每个链路的任意排列组合形成整个网络的元胞空间。无线传感器网络通过相关的元胞状态和元胞更新规则建立模型。该模型以最小的资源代价换取了较强的网络可靠性。3.针对无线传感器网络节点数目增多时，传统的参考广播同步算法网络开销非常大的问题，提出了一种能量有效的无线传感器网络参考广播时间同步算法。该算法首先只对不相邻的两个接收节点在多个参考广播消息的条件下求平均相位偏差，并且对计算得出的相位偏差进行最大后验估计；其次采用最小二乘线性回归方法周期性地拟合时钟偏移，完成同步过程。该算法在同步精度方面取得了一定的改进，同时，有效降低了网络的能量消耗。4.首次在Voronoi图的基础上提出了无线传感器网络洪泛广播时间同步策略。通过利用Voronoi图建立多跳网络拓扑结构定义虚拟根节点，并利用K-means方法对节点接收到的同步消息数据进行聚类，在聚类结果中去除偏离正常误差范围的数据后，采用线性回归的方法对时间漂移进行补偿。该策略可以有效解决目前时间同步方案中存在的时间同步收敛时间长、能耗较大以及处理过程对偏离正常误差范围数据极其敏感的问题。5.提出应用于物联网的寻址策略，实现基于IEEE802.15.4协议的底层无线传感器网络与互联网的实时通信。采用的分层地址自动配置策略，首先在底层网络内部允许节点使用16位短地址导出的链路本地地址进行数据分组传输，该链路本地地址需通过执行基于分簇的重复地址检测机制保证唯一性；其次，每个底层网络中的Sink节点通过上层IP路由器获取全球路由前缀，并与接口标识符相结合，形成Sink节点的全球地址，实现无线传感器网络与互联网的数据交换。同时，通过在报头压缩编码中植入链路本地地址和全球地址控制位，提出了一种适用于物联网应用的报头压缩方案，该策略在网络开销、时延、吞吐量、能耗等性能方面存在一定的优越性。通过研究物联网技术应用、无线传感器网络模型、无线传感器网络时间同步机以及物联网寻址策略，论文从多个角度解决了面向物联网的无线传感器网络关键技术存在的问题，对基于无线传感器网络的物联网应用与发展起到了一定的推动作用。