无线传感网络(wireless sensor network, WSN)是由部署在监测区域内大量的微型传感器组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作采集、感知和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。对于无线传感网络而言，良好的网络拓扑结构，能够为无线传感网络的许多关键技术奠定基础。目前对煤矿的安全监测主要是通过有线通信方式，存在布线繁琐、成本高以及线路依赖性强等缺陷和不足，已经成为制约煤矿安全生产的瓶颈问题。无线传感网络具有结构灵活、自组织、多跳等优点，是弥补目前煤矿井下监控系统缺陷的有效工具。

为此，本论文将无线传感网络和煤矿井下的特殊环境相结合，设计并实现煤矿井下无线传感网络系统，形成完备的煤矿安全生产监测系统。在该监测系统中，可以对煤矿井下的多种环境参数进行监测，实时了解煤矿井下的环境和设备状况，及时做出相应决策。所以，本论文的研究内容具有重要的理论意义和实际应用价值。
本系统采用ZigBee无线通信技术作为无线传感网络的实现基础。在煤矿井下使用ZigBee无线传感网络节点构建无线传感网络，各个无线传感网络节点将采集到的环境信息通过多跳的方式传递到远程监测中心，以实现远程监测。本文首先对ZigBee技术进行介绍，然后通过对基于功率控制的无线传感网络拓扑控制的研究，结合煤矿井下这个特殊环境，提出一种发射功率自适应的优化算法，实现了无线传感网络节点的低功耗设计。最后进行了无线传感网络系统的设计与实现，通过无线传感网络系统及其节点的各种实验，对其性能进行了分析。

本论文所设计的ZigBee无线传感网络系统不仅能够满足组网通信的基本功能，还能够自适应的接入多种矿用传感器，从而提高无线传感网络节点的灵活性，使其更好地适应煤矿井下的特殊环境。论文所做的工作为煤矿安全生产监测奠定了坚实的基础。