随着传感器技术、计算技术、通信技术和微电子技术的迅猛发展,集信息感知、信息处理和信息传输于一体的多技术融合的领域——无线传感器网络——逐步进入人们的视野。经过十余年的发展,无线传感器网络被广泛用于环境监测、电子医疗、农牧业应用和智能电网等多个领域。随着世界范围内物联网产业的迅猛发展,无线传感器网络正渗透到人们生活的方方面面,改善着人们工作和生活方式。学术界和工业界对无线传感器网络的巨大前景极为重视,纷纷投入人力物力进行科学研究。覆盖问题作为无线传感器网络中的基本问题之一,一直是研究者重点研究的对象。现有研究往往从一般网络设计的角度来解决覆盖问题。然而覆盖关注的是网络对部署区域的感知质量,不同的应用有不同的感知质量要求,因此一般意义下的覆盖问题求解方法用在一些具体场景中往往会偏于保守。基于这个思想,本文结合国际上最新科研成果,考虑各种场景中的覆盖理论和资源优化问题,针对具体的应用提出相应的求解算法。本文的主要贡献有如下几个方面：1)针对静态传感器网络中随机事件有效捕获问题,提出了(q,p)周期性节点调度机制,并通过最优化理论分别为同步网络、异步网络和区域同步网络得出了最优的周期调度(q*.p*)方案。在此基础上进一步提出了节点协同休眠算法用来进一步减少网络中的冗余节点数目。2)针对静态传感器网络中数据相关情形下的覆盖问题,提出了基于贝叶斯推理的截断贪婪算法来求解问题,并理论证明了得到的解与最优解之间的界。由于无线传感器网络的分布式特性,进一步提出了一个分布式算法,并理论证明了该分布式算法能得到与集中式算法一样的覆盖性能。3)针对移动传感器网络中随机事件有效捕获问题,研究了节点移动性与事件捕获性能之间的折中平衡关系。引进了一个节点移动能耗模型,提出了一个能量使用的有效性指标,并分析了不同效用函数下该指标的解析表达式。4)针对代价有效的栅栏覆盖问题,设计了一个周期调度算法。在此基础上提出联合利用节点的移动性和侵入者到达信息来提高栅栏覆盖性能,设计了节点协同巡逻算法SCP,并理论分析了其性能。提出了与集中式算法SCP相应的两个分布式算法S-DSCP和G-DSCP。5)针对相关感知数据的能量有效传输问题,采取了综合的跨层优化途径来求解问题,通过并行计算、最优化和拉格朗日对偶分解理论提出了一个分布式的算法来求解此问题,并理论证明了算法的收敛性和最优性。最后对全文进行了总结,并讨论了进一步的研究工作。