无线传感器网络是继因特网之后,将对二十一世纪人类生活方式产生重大影响的IT热点技术。工业是无线传感器网络的重要应用领域之一。工业无线传感器网络以其低成本、易使用、易维护等优点,具有广泛的应用前景,已成为降低工业测控系统成本、扩展应用范畴的革命性技术。与应用于其他领域的无线传感器网络相比,工业无线传感器网络的一个主要特点是具有实时性和可靠性等要求。如何在恶劣的工业现场环境下,利用稀缺的通信资源,满足工业应用需求,是工业无线传感器网络研究的挑战性难题。　　 传输调度是实现合理有效地利用无线通信资源,保障变形控制和满足工业应用需求的关键技术。面向工业无线传感器网络的传输调度属于一类NP完全的多目标优化问题。不仅如此,多跳通信任务、硬实时要求、与位置相关的空间信道资源使得传输调度问题面临着复杂的时空约束;大规模网络、周期性任务等特点使得问题的求解面临着组合爆炸问题;大规模、分布式等特点使得集中式算法无法满足应用需求,而分布式局部调度算法却面临着无法满足性能要求和保证全局最优的困扰;非周期性任务、信道状态的动态变化、拓扑结构和路由的改变等不确定性因素对传输调度方法提出了更高的自适应要求。种种因素限制了现有方法的应用,增加了问题分析和求解的难度。　　 论文围绕工业无线传感器网络的容限分析和传输调度方法展开研究。具体的研究内容和创新性成果概括如下:　　 论述了无线传感器网络、特别是工业无线传感器网络的概念、特点和技术需求,系统归纳了无线传感器网络中传输调度问题的评价指标、分类方法、研究现状,并指出了存在的问题和未来研究重点。　　 基于IEEE802.15.4信标调度机制中的典型算法——超帧持续期信标调度算法,充分利用工业应用周期性数据传输的特点,基于概率论方法分析了树簇型IEEE802.15.4网络的容量:并进一步分析了影响树簇拓扑网络容量的因素,得到了网络规模的增长速度远远大于网络容量增长速度的结论。仿真实验验证了理论推导的正确性。该研究解决了传统网络容量分析方法脱离具体传输协议、忽略传输半径对网络性能影响而带来的结果理想化问题,为实际的网络性能分析和协议设计提供了理论上的支持。　　 针对工业无线传感器网络的实时通信要求,分别研究了线簇型网络和树簇型网络完成汇聚传输所需时隙数和信道数的下限值;并分析了网络结构、网络规模和数据更新周期对于时隙数和信道数下限值的影响。在此基础上,基于理论分析的下限值,提出了面向线簇型网络和树簇型网络的实时汇聚传输调度算法。仿真和物理实验验证了所提算法在实时性和低开销等方面的优势。　　 针对现场环境复杂多变的特性和工业应用的可靠性要求,提出一种基于低开销信道状态认知的自适应可靠传输调度算法。首先提出了基于动态规划方法的在线信道认知和建模,优化了模型准确度和信道探测代价;在此基础上,提出了基于全局时隙调度和局部信道调度的可靠传输调度算法。仿真和实验结果表明,该算法一方面在提供环境适应性的同时克服了现有在线信道建模方法忽略探测代价的弊端;另一方面在分担全局传输调度负担的同时尽可能保证了调度的最优性,提高了资源利用率,保证了报文传输的可靠性。　　 针对传输调度受功率控制和路由影响的问题,提出一种具有环境适应性的多信道路由、传输调度和功率控制联合多目标优化的算法。首先基于SINR物理干扰模型,设计了考虑截止期约束的功率控制算法,解决了传输半径和功率固定带来的高能耗和强干扰问题。其次,提出了报文重传次数的优化方法,在保证可靠性的同时提高了资源利用率。基于优化的传输半径、功率、数据率以及重传次数,提出了一种路由和传输调度联合优化算法,解决了网络拓扑和网络载荷动态变化导致的高控制开销的问题。最后,利用李雅普诺夫稳定性直接判据证明了算法的收敛性,深入分析了路由算法、信道数、网络规模、数据率和功率对于网络性能的影响,并进行了仿真验证。　　 总之,论文对工业无线传感器网络的容限分析和传输调度方法进行了较为深入的研究和探讨,旨在为无线传感器网络的实际应用,特别是工业应用,提供强有力的理论依据和技术支持。