无线传感器网络是由大量微型传感器节点以无线通信方式自组织形成的网络系统。网络的有效连通和对监测区域的全面覆盖是其能够正常工作的基本前提。然而,传感器节点容易因为环境变化、硬件故障等原因失效,从而影响网络的连通性能。同时,网络覆盖问题作为网络服务质量的重要指标之一,也需要得到保障和优化。针对无线传感器网络中容错连通和覆盖优化问题,本文进行了相关研究。主要创新性工作如下:1、研究网络中单一任意节点(不只是割点)失效所造成网络连通性破坏的修复问题,提出了基于协作通信的修复算法。该算法只利用节点之间的协作通信来重新建立通信链路,恢复网络的连通性。为了弥补协作通信方法的不足,又提出了以节点移动为辅的综合修复算法,在修复网络连通性的前提下,减少修复过程所需消耗的能量,提高网络性能。2、针对网络中多个任意节点失效的问题,提出了基于协作通信和节点移动的修复算法。该算法首先对监测区域进行网格划分,然后把复杂的多节点失效问题分解成多个相对简单的单一节点失效问题,再利用前面提出的基于协作通信和节点移动的修复算法来修复不同网格内的节点失效所造成的连通性问题。算法能够在尽量减少修复过程能量消耗的情况下,有效地修复多个任意节点失效引发的连通问题。3、为了使有向感知网络能够使用最少数量的感知节点来覆盖监测区域中的所有目标位置,提出了基于分簇的分布式覆盖优化策略。首先让网络中节点按照相应规则进行分簇,然后各个簇头节点负责各自簇内的最优覆盖集选取,得到覆盖所有目标位置的覆盖扇区集合,最后通过簇头等的周期性更新,保证网络的覆盖性能,延长整个网络的生命周期。4、考虑有向感知网络中目标位置的连通覆盖问题,提出了部署中继节点和感知节点相结合的方法。为了保证网络的连通,首先通过部署最少数量的中继节点来连接各个目标位置和sink,然后在每个目标位置周围部署一定数量的感知节点,感知节点以位于各个目标位置处的中继节点为簇头成簇,通过各个簇内覆盖集的轮流工作,使得网络对区域中目标位置的覆盖时间延长,提高网络性能。5、综合考虑多sink异构有向感知网络中容错拓扑构造和覆盖优化的问题,提出了容错连通目标覆盖策略。该算法首先让每个节点都有至少k条到sink的点不相交路径,然后网络中节点根据相关的分布式覆盖优化规则确定各自的感知方向,从而构成整个网络的覆盖集,最后通过周期的运行覆盖优化算法和合理的利用多条通信路径,延长网络的生命周期,提高网络的整体性能。