随着半导体技术、微系统技术、通信技术、计算机技术与分布式信号处理等技术的发展,促进了一种新型信息采集网络--无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)的产生和迅速发展。WSNs由各类集成化的微型传感器节点协同感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的数据,通过嵌入式系统对数据进行处理,并通过随机自组织无线通信网络将这些数据传送给基站,最后通过互连网或卫星网络到达管理节点。无线传感器网络目前广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测和医疗卫生等领域。路由协议作为传感器网络中的一种重要支撑技术,直接关系到组网的质量。由于无线传感器网络在网络特点、业务特点和应用需求等方面与传统网络存在显著差别,无线传感器网络路由协议设计面临一系列新的挑战。本文对无线传感器网络路由协议的能量有效性问题、多基站网络问题和网络最大生命期问题进行深入研究。覆盖控制技术影响着无线传感器路由设计,覆盖控制问题不仅包括单纯的覆盖含义,更是与节能路由、路径规划和可靠通信等具体应用紧密相连。本文主要对无线传感器网络多跳路由和网络覆盖技术进行研究,主要研究内容和创新如下：(1)量化了部署节点感知半径、密度与面积覆盖率、k重覆盖的关系,以及覆盖控制模型中,在保证节点对监测区域有效覆盖前提下,近似取得需要休眠节点数量。在节点呈泊松分布的网络模型中,根据不同的区域覆盖率,采用区域局部节点覆盖率计算方式,在通信半径和感知半径不同情况下,考虑节点复杂重叠对覆盖率的影响,适当允许主动覆盖空洞的出现,使得最少节点仍然可以达到非常接近设置值的覆盖率。(2)提出了一种新的无线传感器网络最大生命期数据聚合路由算法,根据聚合数据率权函数,建立以聚合数据率与系统吞吐量的关系模型,在满足系统吞吐量下,在聚合数据率和网络最大生命期之间建立一种平衡模型,通过采用聚合数据率候选采样点样本空间,在算法复杂度较低情况下,解空间收敛到网络全局最优值,最终在达到降低聚合数据率的同时,最大化网络生命期。(3)提出了一种无线传感器网络最大生命期和最大流路由算法,网络最大生命期相当于获得网络最大流,根据最大流最小割定理,网络一定存在一个可行解满足网络最大流,在算法复杂度较低情况下,本文将网络最大生命期问题转化为网络最小归一化负载问题,不断调整负载较重节点的数据转发压力,最终建立一棵负载较轻的数据聚合树,最终实现网络生命期和数据流最大化。(4)提出了一种基于Anycast树的无线传感器多基站Anycast网络路由协议。将TCP/IP协议下的控制数据包进行简化,删除了一些控制字段来适应无线传感器网络的需要。在无线传感器网络Anycast路由建立过程中,每个Sink节点建立一棵Anycast树形链路,所有节点根据路径代价模型选择加入一棵树。根据通信质量要求,设置相应的权值数据,选择合适的节点作为父节点,最终形成一条最佳路由。(5)在Anycast通信模型基础上进行扩展,提出了K-Anycast通信模型来实现“一对多选多”的通信问题。对多基站无线传感器网络中的最大生命期路由算法进行了研究,建立以网络生命期最大化为目标的非线性规划数学模型,以此提出一种多基站k-Anycast通信模型,该模型主要是在网络中从源节点到k-Anycast组之间建立多条路径最多到达k个基站来进行数据传输。