随着通信技术、嵌入式技术、传感器技术、无线技术的迅速发展和日趋成熟,具有广泛应用前景的无线传感器网络在多个领域出现,传感器网络在成网方式、通信模式、资源能力等方面与传统的计算机无线网络具有很大差异,也有别于传统意义上的自组织网络。传统无线网络的设计强调高服务质量的保障和高效带宽的利用；然而传感器网络与之不同,由于缺乏持续、稳定的能量供给,其重要设计目标是通过高效使用能量来最大化网络生命期。网络生命期体现了能耗效率的高低,从本质上反映出网络拓扑结构、节点可用能量和路由选择等因素的影响,因此如何延长传感器网络的生命期成为了当前无线传感器网络技术研究领域的热点之一。 本论文首先从网络体系结构的角度对传感器网络进行了研究,提出一种高效能耗、具备自适应能力的传感器网络体系结构(EEWNA),并提供了EEWNA的构件化表示方法。本论文还提出一种通用的传感器网络形式化描述模型,为拓扑控制和路由技术的研究提供了一套标准的形式化描述方法。 拓扑控制技术的研究是本论文的研究重点,首先对传感器网络中拓扑控制问题进行了系统分类和算法性能比较,为传感器网络拓扑控制算法和技术的研究建立起系统的理论框架。提出一种基于度约束最小生成树问题的拓扑控制算法TCS,与具有相同时间复杂度的同类算法相比,TCS所获得的拓扑结构在通信干扰和结构健壮性方面表现出更好的性能。本论文采用自顶向下的方法研究传感器网络拓扑,运用复杂网络理论刻画传感器网络的统计特性,根据统计特性要求寻找理想的拓扑形成方式,并结合到适应度模型,研究节点入网时功率设置和链接选择行为。本论文还针对分簇方式拓扑控制算法的部署受限或可靠性缺乏等问题,把分簇方式拓扑控制问题转化为携近似优化目标的簇划分及簇头选取两个子问题,提出了一种启发式的分簇方式拓扑控制算法HTCC,该算法创新之处在于权衡了空闲侦听能耗和网络通信开销两方面能耗。 在路由技术方面,首先以网络生命期作为能耗效率的指标,采用网络流理论构建传感器网络生命期模型,在该模型上考虑节点异跳单位传输代价的差异性,分析生命期最大化对路由过程的需求。基于高效能耗传感器网络模型,从路由层面分析节点负载压力对网络生命期的影响,并给出节点负载压力的启发式定义,研究能反映节点相对负载压力的路由策略。 最后对本论文的工作进行了总结,指出了需要进一步研究的内容和方向。 论文的研究内容作为无线传感器网络技术研究的重要组成部分,其研究结论可以应用于多种传感器网络技术所构建的网络应用中,以提高能量的使用效率和增长网络生命期,同时希望能为推动传感器网络的实用化进程和构建新型的传感器网络应用提供有益的参考。