无线传感器网络(WSNs)是由大量无线传感器节点组成，分布在一定区域内的各个节点之间通过无线通信链路以自组织的形式组成一个完整的网络系统，其主要功能是感知环境信息，信息经过处理后传递至用户。由于无线传感器节点通常采用电池供电并且应用环境条件复杂，很难对节点的能量进行补充。所以，传感器网络研究面临的首要挑战是如何高效使用每个节点的有限能量并且延长网络的生存时间。本文在以下几个方面作了研究：第一，作为能量有效、基于层次结构的路由协议的典型代表，LEACH协议存在的不足表现为网络中会出现极大簇和极小簇并存；当节点能量不同时簇头选择不合理；在簇头死亡后簇内节点仍会消耗能量。本文提出了一种基于LEACH改进算法，使用引入簇成员数门限和合并极小簇的方法避免极大簇和极小簇同时存在；通过对簇头能量消耗的估计，在簇头能量耗尽前使成员节点休眠来减少节点能量浪费。分析和仿真结果表明，改进后的算法在平衡节点能量和延长网络寿命方面具有更优越的性能。第二，在基于博弈理论的协作策略模型基础上，定义了节点转发数据包的代价函数和利益函数，通过节点的支付函数建立了节点转发数据包数量与能量之间的关系，其目标是建立一种网络协作模型，实现均衡节点能耗，从而延长网络生存时间。模型通过能量因子和转发数据包数量来调节节点行为，均衡网络的整体能耗。在此基础上，提出一种基于协作模型的无线传感器网络分簇路由协议DCACM。通过增加协作节点对簇头数据进行转发，有效降低簇头能耗。第三，在综合考虑无线传感器网络中节点运行方式、节点初始概率和信道侦听的基础上，提出了一种基于最优搜索模型的无线传感器网络分簇路由协议DCOS，并给出了相应的搜索模型。模型的目标是使成功通信的概率在搜索资源受限制条件下达到最大值。分簇算法的设计目标是均衡网络能耗，进而最大化网络寿命。在分簇算法中，簇头的产生综合考虑了覆盖网络的最少节点数、节点剩余能量和相邻节点数量；在网络运行过程中，通过设置簇头的等待时间上限来避免簇头消耗能量；通过设置节点门限，避免在分簇处理时的能耗不均衡。第四，论文研究了温室环境测控系统的基本原理和控制结构，提出了基于无线传感器网络的设计方案。研究内容包括基于CC2430的无线节点设计开发、基于CC2591功率放大模块的设计开发；无线网络实现技术和树形组网。最后，对设计的模块进行了性能测试，并给出了整体实验结果。