作为构建未来海洋监测系统的一种有效手段,水下无线传感器网络的研究受到了学术界越来越多的关注。但是,由于水下恶劣的工作环境、难以续充的电池供电、不稳定的通信链路以及时有发生的恶意破坏,使得大规模推广应用水下无线传感器网络面临着重重困难。在本文中,我们尝试构造长生存时间的、健壮的水下无线传感器网络,并研究了受损的水下无线传感器网络连通性修复问题。本文研究了延长水下无线传感器网络生存时间的问题。文中提出了向网络中加入中继节点并合理调整节点间流量分配的方法以节约通信能耗进而提升整个网络的生存时间。文章给出了生存时间优化问题的形式化表达和启发式解法:交替的流量和中继节点调整(Alternative Flow and Relay-node Adjustment,简称AFRA)方法。一系列仿真结果表明,比之以往的相关算法,本文所提出的方法能够更有效地提升水下无线传感器网络的生存时间。本文研究了提高水下无线传感器网络健壮性的问题。其优化目标是在确保网络健壮性得以提升前提下,尽量延长网络的生存时间。文章中提出了启发式算法:基于最优刚性图的拓扑控制算法(Topology Control Algorithm based on Optimal Rigid Graph,简称TCA-ORG)。它利用最优刚性图的性质提高网络的健壮性,并通过合理设计边的权值函数以优化网络的生存时间。文中的仿真结果证明了该算法能够达到本文所设定的优化目标。本文还研究了修复水下无线传感器网络连通性的问题。文章的目标是在确保水下网络连通性得以修复的前提下,尽量减少中继节点的使用量。在给出问题的形式化表达后,本文提出了启发式解法:交替的树构建和费马点选择(Alternative Tree Construction and Fermat-point Selection,简称ATCFS)方法,并通过仿真结果证明了该方法的有效性。相比其它同类算法,该方法不仅使用更少量的中继节点完成了连通性的修复,而且构造的网络拓扑更加稳定和高效。综上所述,本文在水下无线传感器网络拓扑管理方面开展了一系列研究工作,针对水下网络的特点,提出了延长网络生存时间、提升健壮性和修复连通性的方法,并通过仿真验证了这些方法的有效性。