为了满足无线传感器网络(wireless sensor networks, WSNs)中无线数据传输服务质量的要求,以及尽可能地消除恶劣的无线传播环境对通信性能产生的影响,WSNs需要采用有效的节能策略和新的通信技术来保证可靠的服务、有效的覆盖、高效的传输。功率控制策略通过控制减少传感器节点的冗余功耗,可以有效地降低能量开销,延长工作寿命而被认为是一项高效的节能策略。无线中继协作技术作为改善和提高无线通信性能的最有效手段之一,借助中继站(或者中继节点)的转发来改善无线信号的传输质量,实现改善源信号强度较弱地区的覆盖质量以及对盲区的补充覆盖,有效提高系统的吞吐量,特别是网络边缘用户和盲区用户的吞吐量。鉴于中继协作通信技术在未来网络中的重要地位和潜在的商业价值,工业界和学术界针对该技术已经展开了广泛深入的研究,其标准化工作也已经取得实质性的进展。本文首先回顾分析了WSNs发展历史,网络特点以及其节能策略的研究状态：然后追溯回顾了中继协作通信技术的发展历史,分析讨论了现如今中继协作通信技术的研究热点内容和状态,指出了其中存在的不足和局限性。本文工作主要包括两个方面：节能策略和中继协作通信技术。鉴于超宽带(ultra wideband, UWB)在无线信道中传输时,其信道模型为Log-normal衰落,本文中有关中继协作通信技术的内容均基于Log-normal衰落环境。对于节能策略,本文针对WSNs的网络结构特点和UWB技术特征,提出了一个基于簇结构的传输功率优化选择算法,然后给出了其实现方案并评估了其实现代价。接下来,本文主要围绕工作于Log-normal衰落环境的中继协作系统的性能建模与分析开展研究。鉴于现有研究基本上均假设目标研究系统工作于Rayleigh等衰落信道而忽略了Log-normal衰落(主要指室外的大尺度衰落效应以及室内无线通信存在的遮蔽效应)产生的影响且UWB信号的衰落统计特征服从Log-normal分布,本文研究分析了多种自适应传输策略、UWB两跳中继系统、多中继UWB中继协作通信系统、链式多跳中继系统、以及多支路多跳中继系统在Log-normal衰落信道中的通信性能。本文有关无线(中继/协作)系统性能建模与分析的工作主要包括如下几个方面：1.提出了三种不同的自适应传输策略,即最优实时功率与速率自适应策略,恒功率最优速率自适应策略以及恒速率截断信道倒置策略,在Log-normal衰落信道中的信道容量分析模型并推导出了遍历容量的封闭表达式；2.分析了门限数字中继策略在Log-normal衰落信道中的误码率性能并推导出了端到端误码率的封闭表达式；3.在考虑中继节点和目的节点处接收信号经历多用户干扰的前提下,分析并研究了放大转发和译码转发跳时UWB中继协作通信系统在Log-normal衰落信道中的通信性能,推导出了这两种不同中继策略下跳时UWB中继协作系统的误比特概率和中断概率的封闭表达式；4.针对单中继跳时UWB中继协作系统,研究分析了中断概率和ε-中断容量性能并推导出了相应的封闭表达式；然后,在多中继场景中,研究了三种不同的中继选择策略(最优S-R链路策略,最优R-D链路策略,最优S-R-D链路策略)下的中断概率性能并推导出了相应的封闭表达式；5.提出了放大转发多支路多跳中继系统在Log-normal衰落信道中端到端通信性能的分析模型,指出了系统端到端信噪比的统计分布性能。然后,在此基础上分别推导出了采用最大比合并与选择合并策略情况下的平均误码概率、中断概率以及遍历容量的封闭表达式。最后,推导出了译码转发多跳链式中继系统的端到端误码率的表达式。