无线传感器网络的能耗问题是本领域当前的研究热点和难点之一。通信协议栈决定了无线传感器网络各层的工作模式，因此设计能量高效的网络协议便成为解决WSN能耗问题的重要途径。本文基于通信协议栈来研究WSN的能耗问题，重点研究了与能量优化最为密切的路由层和MAC层的能量优化策略，在分析了当前主流WSN路由协议和MAC协议的核心机制和性能特点的基础上，通过采用分布式功率管理算法，并引入跨层优化机制，设计了一种适用于WSN的能量高效型跨层式通信协议；实验结果表明：所设计的通信协议可以很好的改善WSN的能耗特性、提升网络的有效吞吐量、并延长网络寿命。 本论文的主要贡献如下： 1.研究了WSN中影响网络能耗的各种因素，分析了各种能量优化策略和功率管理技术对网络性能的影响。 2.在研究当前主流WSN路由协议的基础上，分析了WSN路由协议中与能量优化最为密切的因素。 3.研究了当前主流的WSN MAC协议，对目前普遍采用的CSMA访问机制和睡眠机制进行了详细讨论；分析了MAC层造成能量浪费的主要原因，总结了在MAC减少能量浪费的各种方法。 4.基于跨层优化的思想，提出了一种适用于WSN的跨层通信协议-HCL协议；该协议基于主动转发的思想，利用“热度”的概念来平衡网络能耗。通过实验手段，对HCL协议的各种性能进行了详细分析。