无线传感器网络技术经过过去十余年间的发展，已经逐步在检测、识别、定位和跟踪等应用领域发挥着积极的作用。然而，由于许多关键技术的研究和开发还存在诸多开问题，使得应用领域的深度拓展遇到技术瓶颈，亟待加以解决和完善，是目前国内外相关学者热点关注的研究课题。论文选择以无线传感器网络的覆盖机制、非视距定位和网络生存期三个关键技术为突破口，分别相应开展在工程应用成本、非视距误差和能量有限三个约束条件下的应用基础研究，提出了一些创新性思路和方法，并从理论和技术的层面对其可行性和实用性予以验证及评估。这些探索性的工作和取得的进展或成果，对WSN应用领域的拓展具有十分重要的科学意义和应用价值。论文的主要工作和创新性研究成果如下：（1）针对工程应用成本约束，基于无线传感器节点的圆盘感知模型提出了一种带状区域菱形覆盖机制（SARC），实现了对监测目标区域无线传感器节点的低销分配、检测覆盖和网络优化，有效降低了系统建构的成本。在WSN工程实施前，需要大致知晓整个系统的成本开销。为了能够为工程实施提供必要的区域覆盖指导和预算参考，针对成本约束问题，提出了一种带状区域菱形覆盖机制。在该覆盖机制中，完成了数学模型的定义和描述，通过对节点覆盖模型的研究，选择圆盘感知模型实现了网络覆盖机制的设计，进而给出了网络所需覆盖节点数量的解析式和网络覆盖的具体优化方法。通过实验验证了设计模型在优化前后的差异，并提出了有益降低工程实施成本的建议。在10001000区域内，首先对实现全覆盖和k-连通的菱形覆盖机制进行优化，然后比较了不同最优模型在提供全覆盖和k-连通时所需节点的数量，仿真结果表明，在全覆盖的前提下，为了维持网络的高连通性，需要在传感器节点数量上作出一定的牺牲。同时，对3-连通全覆盖优化前后的SARC模型进行了数值仿真和对比，其中重点考察了0.3RC RS2的情形，实验表明，当RC RS0.5时，提出的最优模型可以减少大约1/3以上的节点开销。另外，为了方便区域部署并考虑节点由于能量耗尽或损毁造成的失效等因素，还考察了RC R S3的情形，通过仿真实验表明，为了在网络健壮性和传感器节点开销上取得一个折中，建议在工程实施中选择3-连通全覆盖优化模型，且尽量满足RC R S3的条件，以降低系统架构的成本。（2）针对非视距误差影响，利用线性规划估计和顺序位置估计方法提出了一种新的“类”线性规划协同定位算法，并对误差传播恶化问题加以处理，实现了非视距环境下的定位精度提升。在密林、峡谷、曲折巷道等苛刻环境中，节点通信受到非视距影响问题突出。学者们尝试通过多种方式试图加以解决，一是采用GPS模块为节点提供位置服务，但成本较高，且在一些遮蔽区域定位依然不佳；二是通过增大网络节点的数量，尽量规避非视距误差对精度带来的影响，但同时也加大了整个系统的开销，数据阻塞或丢包现象严重；三是从算法入手进行软处理，研究非视距下的多节点协同定位方法。此处的工作基于第三种展开。线性规划方法需要有至少到三个锚节点的视距距离估计，以建立线性目标函数。然而在WSN中，往往没有足够的锚节点分布，因此该条件基本上很难得到满足。为了获得更多节点的定位信息并扩大定位覆盖范围，联合运用线性规划方法和顺序位置估计方法，提出一种新的“类”线性规划框架。通过对最小二乘估计，线性规划估计以及顺序位置估计的深入研究，提出了“类”线性协同定位估计算法，并对算法可能导致的传播恶化问题加以处理。该算法采用了一种并发的研究方式，运用线性的定位方法解决了难以处理的非线性问题，在抑制非视距误差对定位精度产生的影响上取得了较好的效果。实验对算法在覆盖累积分布统计、平均覆盖率和定位误差等方面的综合性能进行了评估。首先对新框架在覆盖度与定位精度两个指标下进行考察，同时研究了锚节点和盲节点数对这两个指标的影响。采用累积分布函数对覆盖度和定位数量进行分析，新框架在2-hop和3-hop上具有较大的优势，这得益于在协同定位中对非视距误差的抑制。其次，做了平均覆盖度和定位误差性能的实验，新框架在3-hop上的性能具有较大优势。同时发现在相同条件下，增加hop并不能收到更好的平均覆盖度，增加盲节点也会对定位精度和计算复杂度产生一定负面影响，因此需要针对实际应用在二者间进行折中处理。（3）针对节点能量有限约束，设计出了一种简单能量有效路由协议，运用于对WSN节点能耗趋势的评估，进而提出了一种非均匀渐进部署算法（NUPDA），实现了网络节点能耗的均衡化以延长生存期。网络终端在执行探测、处理和通信等任务时均需要消耗较大的能量，由于传感器节点所携带的能量有限，因此往往会因为能耗问题导致监测盲洞、网络割裂甚至感知能力完全丧失的现象。学者们大致从两个方向开展网络生存期延长技术的研究，一是开发自然能源提取技术，通过捕获太阳能、风能等形式的外界能量进行网络能源补给；二是在现有携带的有限能量前提下，开展低耗能节点设计和网络能量均衡技术的研究。此处的工作基于后者。首先从无线传感器节点的能耗模型入手加以分析，依据可扩展性、能量有效和简单实用的原则，设计出一个简单能量有效路由协议，给出了实现该协议的基本流程和操作方法；接着对该协议的性能加以评估，主要进行了首个节点“死亡”、因最近邻居节点失效导致不可达Sink、网络节点存活率低于对应门限的时耗和节点平均剩余能量的实验；同时还进行了信息采集的验证，得出的结论为了解WSN中节点能耗趋势，和开展后续算法设计奠定了基础。基于以上工作，重点对2-D部署模型加以研究。首先定义了单个节点和整个网络的生存期，并建立2-D数学模型；然后根据能耗趋势对感知区域进行等级划分，在不同等级上通过增加节点数量对生存期加以干预，进而提出能够实现网络能耗均衡的算法---非均匀渐进部署算法；接着计算出了不同等级非均匀分布的的最少节点数量和对应的生存期，并在相同节点数量的前提下，与网络均匀部署方案加以对比，实验表明该算法达到了网络节点能耗均衡的目的，有效延长了网络的生存期。