提供能量高效、可靠的数据传输对无线传感器来说是一项挑战。这是由于无线链路具有广播特性,本身是不可靠的,数据传输易受干扰和衰落等因素的影响。传统无线自组织网络与传感器网络中的路由协议往往采用确定性路由方式,即首先建立一条端到端的传输路径,在每一跳转发时,有明确的下一跳转发节点。显然,这种路由设计思路沿用了有线网络中的路由协议设计,将节点间的无线链路抽象为点对点的有线连接。由于无线链路的无线广播特性,链路质量具有随机性与不稳定性,为了提高无线多跳网络数据传输的可靠性,往往需要引入链路层(MAC)重传机制,即如果发生分组丢失或碰撞等差错,则启动链路层重传。然而,重传不仅会带来额外的能量消耗,而且也会增加端到端的传输时延。近年来,研究人员提出利用无线信道的广播特性和无线网络中存在的多个收发节点的空间分集来改善无线链路的传输可靠性、时延及能量效率等性能。利用这一特性可以在不同的协议层面实现协作传输,如在物理层的协作传输技术通常被称为协作分集技术。由于物理层的协作分集技术往往涉及到放大转发、空时编码及波束形成等技术,给硬件设备提出了更高的要求。而对于低成本、低功耗、能量等资源受限的传感器网络来说,在链路层实现协作转发机制更为适合。本文主要围绕链路层协作转发技术在无线传感器网络中的应用这一主题展开研究,主要的贡献和创新包括：(1)研究了无线传感器网络中的多约束服务质量(Multiconstrained QoS)问题。尽管已有的研究提出了利用多路径路由技术来保障无线传感器网络中的多约束QoS(如端到端可靠性、时延)问题,但多路径路由会带来较大的传输能耗,因此并不适合能量等资源非常有限的无线传感器网络。为了改善传感器网络多约束服务质量(QoS)问题的能量效率,本文提出利用机会路由来保障传感器网络中多约束服务质量,并将该问题描述为一个多目标多约束优化问题。通过深入分析该问题中多个目标函数的特性,提出了一种高效的传感器网络多约束QoS地理位置机会路由启发式算法。(2)研究了无线传感器网络中基于竞争的无状态地理位置协作转发问题。基于竞争的地理位置路由,典型的实现机制类似于IEEE802.11中的分布式协调MAC协议,分别用RTS/CTS和DATA/ACK消息来预定信道／发现下一跳转发节点、传输数据。RTS报文中包含了目的节点和当前发送节点的位置信息。监听到RTS报文的邻居节点竞争成为下一跳转发节点。竞争策略通常是通过候选节点根据转发优先级设置不同的退避时延来实现,计时器最先超时的节点返回CTS报文声明成为下一跳转发节点。监听到CTS的其他候选转发节点则放弃竞争。之后数据报文以单播形式传输。然而,由于无线链路本身的不可靠性,竞争成功的下一跳节点并不一定能成功接收到数据报文。本文提出了一种基于竞争的地理位置协作转发协议,有效地扩展了邻居节点的协作范围,不仅能够降低产生路由空洞的概率、改善端到端传输的成功率,也可以增大单跳的平均前进距离,从而改善端到端传输时延与能量效率。(3)研究了如何提高无线传感器网络中反应式路由可靠性的问题。反应式路由协议又称随选路由或按需路由,当源节点需要发送数据时才发起路由查找过程,因此路由协议的开销小,较适合资源受限的无线传感器网络。提出了一种无线传感器网络中针对反应式路由协议的协作转发增强机制,该增强机制可以应用于大部分反应式路由协议。在路由发现阶段引入了动态退避时延机制,使得RREQ报文能够在协作机会多的路径上更快的传播到目的节点。目的节点收到RREQ后回复RREP应答报文,RREP沿着该RREQ的反向路径传输,在此过程中,RREP报文通知此路径沿线潜在的协作节点,为协作转发数据报文做好准备,将RREP报文的传播路径称为向导路径。在数据发送阶段采用机会转发策略,通过邻居节点的协作转发,数据将沿着向导路径以类似于贪婪转发的方式到达目的节点。(4)研究了多跳分簇无线传感器网络中高效可扩展的广播路由问题。在大规模的传感器网络中,分簇(层次级网络)是一种有效的网络拓扑结构,通过分簇能够有效地提高网络的可扩展性与生存期。在无线传感器网络中,簇首节点可能是能量受限的普通传感器节点通过周期轮流的方式充当簇首节点,往往不能与汇聚节点进行直接通信,簇首节点之间以及与汇聚节点的通信往往需要通过簇内成员的多跳中继传输来完成。全网簇首广播通常是分簇网络的基本操作之一,常用于实现网络控制、时间同步、路由发现、资源分配与管理等。本文提出了一种多跳分簇无线传感器网络中基于协作转发的高效可扩展的全网簇首广播路由协议。