无线传感器网络、物联网、M2M[网络、移动社会网络等新兴网络的迅猛发展与广泛应用,将进一步推动信息技术渗透到人类活动的方方面面。然而,这些网络都面临着两个共同的问题：(1)通常工作在无线环境下,链路稳定性较差,具有较高的误码率：(2)网络中的无线节点通常使用电池供电,是能量受限的低功耗设备。具有以上特点的网络,可以统称为低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network, LLN)。高误码率和低功耗给LLN网络带来了可靠性与节能之间的矛盾。一般而言,为了提高可靠性,数据传输过程中通常会增加数据冗余、增强差错恢复机制；而考虑到节能需求,则需要降低数据冗余,减少数据传输次数。考虑到LLN网络常见的应用领域,这两者不能做简单的取舍。数据传输可靠率过低,可能导致业务中断,这在某些应用领域(如军事侦察、实时监测、医疗看护等)可能带来严重的后果。另一方面,能耗过高,可能导致节点和网络提前失效,使得业务彻底中断。因此,研究兼顾节能需求的LLN网络可靠传输技术,具有重要的意义。LLN网络中的数据,根据所携带信息的特点可以分成多种类型,其中最具典型性的有两种：(1)数量众多的常规数据。这类数据往往包含诸如温度、湿度、血压、短文本等短信息,数据数量众多,但每个数据所封装而成的报文长度都较短。这类数据对可靠性有较高的要求,但是对时延的容忍度较为宽松。(2)体量巨大的实时多媒体数据。LLN网络中另一类非常重要的应用是实时多媒体应用,如实时音/视频监控、视频会议等。这类数据信息量大、占用网络资源多、对时延要求高,但是对数据的丢失容忍度高于普通常规数据。这两类数据特征鲜明、需求相反,需要分别考虑。目前已经存在大量关于节能和增强数据可靠性的研究。但是,这些研究中很大一部分是单独针对节能或者可靠性进行的,不能直接应用于LLN网络；还有一部分研究将节能与可靠性进行了结合,但往往基于某种具体场景,无法适应LLN网络应用类型多变化、网络架构差异化、数据类型多样化的特征。因此,本论文结合不同数据类型的特点,以提高数据可靠性、降低能耗为目标,兼顾网络架构与应用特点,进行了如下研究：(1)针对数量众多的常规数据,结合其数据短、报文多的特点,采用自动请求重传(Auto Retransmission reQuest, ARQ)机制保证其可靠性需求。分别针对树状网络结构和平面网络结构,对传统的ARQ机制进行了改进,提出了低开销高能效ARQ算法与分段ARQ算法,在保证高可靠性的同时降低了ARQ机制带来的能量开销。本文对ARQ机制的改进,打破了传统ARQ中相关功能节点固化的限制,形成了可以灵活选择差错检查节点、重传请求发起节点及处理节点的动态ARQ系统,并且从理论和应用效果上进行了分析与验证。(2)针对体量巨大的实时多媒体数据,考虑到其实时性要求高、报文的丢失容忍度互不相同、占用网络资源多等特点,研究如何利用最少的信道资源(给定信道带宽),在给定时延约束下保证实时流的有效传输。在不同的擦除模型下,提出了其信道传输能力上限,形成了一套比较完整的RST (Real-time Stream Transmission,实时流传输)容量理论体系,并设计了高效的纠错编码机制,以最少的信道资源和传输代价,达到理论传输能力上限。(3)为了进一步提高数据发送成功率,改善网络中报文转发的效率,并减少网络中冗余报文的数量、降低数据冲突概率,本文使用费马点理论建立了r-费马域,设计了基于费马点与费马域的联合路由算法,同时提出了事件发生预测与修正模型,形成基于事件预测的报文减缓机制,在提高数据传输成功概率的同时,降低了网络能耗与节点能耗。与此同时,本论文对所有新提出的理论模型和算法/协议都进行了理论分析和/或仿真比较,对其正确性和有效性进行了验证。