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无线传感器网络是由大量部署在监测区域内移动或静止的微型传感器节点以自组织和多跳方式形成的无线网络系统，可进行网络覆盖区域内对象信息的感知、采集和处理，并负责信息间的相互协作，最终传递给观察者。凭借着广阔的感知面积、良好的容错性、较高的准确性、低廉的成本和较长的生命周期，无线传感器网络在医疗、军事、生态监护、工农业自动化控制以及诸多公共领域取得了较为广泛的应用。本文致力研究面向于健康监护和自动化农业生产控制应用的无线传感器网络协议栈，并对其中诸如低功耗时分复用模型以及Mesh路由协议等关键问题进行了深入研究，主要工作与创新点有:
(1)时分复用调度机制最优能耗模型
无线传感器网络中的MAC协议常采用时分复用调度机制以降低功耗。在该机制中，节点间通过获得较高的同步精度降低系统功耗，但此过程也需要消耗能量。因此系统功耗和同步精度之间存在着相互制约的关系，而同步周期和传输时隙长度是影响这两个指标的重要参数。本章建立了时分复用调度机制中能量消耗与同步精度之间的关系模型，在保证节点间同步的基础上确定了使系统功耗最小的最优参数:同步周期和时隙长度。并且仿真实验证明在此模型下采用最优参数后，IEEE802.15.4的GTS机制可有效降低系统的功耗。
(2)基于统计学的Mesh路由协议
AODV是传统的无线Mesh路由协议，但是其存在着两个根本性的缺陷，即对于链路对称性以及路由管理帧投递成功率过度依赖。为了解决传统方式的缺陷，本文提出了基于统计学的Mesh路由协议:
路由建立依靠管理帧的单向传输，不需要节点间管理帧的交互，降低了路由算法对路径对称性的依赖;
将一段时间内路由管理帧的丢包率作为路由判据，因此消除了某些管理帧丢失对路由建立的影响。
测试结果表明在链路质量频繁变化的无线传感器网络环境中，本文提出的协议相比传统AODVjr有着更高的数据传输可靠性。
(3)无线传感器网络协议栈设计与实现
设计并实现了一套基于星型与Mesh两层网络结构的无线传感器网络协议栈——SWBDCP，网络中包含路由节点与终端节点，路由节点间作为骨干通信网络组成Mesh网络并负责数据的转发，同时还担负着星型子网管理的责任。协议栈有两层协议结构构成，分别为物理层和介质访问控制层:物理层负责无线信道数据的收发并为介质访问控制层提供必要的链路信息;介质访问控制层的主要功能包括信道的接入、子网的管理以及路由的转发。测试结果表明，相比于通用的网络协议标准结构更简单的SWBDCP，数据传输更可靠，网络丢包率可降低50％。
(4)无线传感器网络的应用推广
将研究成果成功地运用到了健康监护与农业自动化控制两个领域，分别完成了昆山福利院智能健康监护系统以及昆山玉叶智能农业系统两个示范工程，为未来无线传感器网络在我国经济建设、国民生活的方方面面发挥更加重要的作用奠定良好基础。