无线传感器网络是由大量具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络智能系统。它集成了传感器、微机电系统、无线通信和分布式信息处理技术,是一种全新的计算模式,将对21世纪人类生活方式产生重大影响。在过去的十年中,无线和传感技术有了巨大的发展,但是由于需要满足一些特殊的要求,无线传感器网络的真正应用,尤其是在工业中的应用仍然谈之尚早。面对众多的工业应用场景,该领域中并没有一个通用的体系结构和系统解决方案。而且实际应用中还有通信的可靠性、协议的设计、硬件平台的设计、目标的定位、协同信号处理、数据压缩、数据融合与决策等多个问题需要研究和解决。 为了实现无线传感器网络的实际部署应用,本文以工业为背景针对无线传感器网络在实际应用中的可靠性问题进行了探讨。首先选取生产线自动化为场景提出一个适用于讨论无线传感器网络与工业过程集成的原型系统,并给出系统解决的方案。在此框架的基础之上,本文分别对其中三个关键问题进行了研究。 1) 通信协议。基于工业应用通信协议需求分析的基础之上,对无线传感器网络中主流的协议进行了研究和比较,并选择ZigBee为无线传感器网络可靠性应用的最佳配置方案。 2) 节点的系统设计。首先根据无线传感器网络的主要特点,提出节点的系统设计指标和体系结构。在此基础之上,给出了基于ATmega128L和CC2420的节点硬件电路设计和控制软件程序设计。 3) 测距和定位。研究和比较了基于信号强度的测距技术和基于信号传播速度的测距技术。在mica2平台上实现了基于信号传播速度的TOA和TDoA方法,通过实验分析评价了两种方法的性能。最后,对采用TDoA方法进行节点定位进行了误差分析。 总之,本文完成了无线传感器网络可靠性应用的若干关键支撑技术的研究,在本文工作的基础之上,可以进一步探讨无线传感器网络可靠性应用的其它问题,并将其应用扩展到多种领域。