无线传感器网络是物联网架构中传感层的一项关键技术。物联网应用正扩展到人类生产生活的各个领域,这也要求无线传感器网络能够提供更高的服务质量。无线传感器网络是由部署在目标区域的传感器节点按照自组织机制形成的一类复杂网络,网络中的节点通过感知处理和协同转发的方式将监测区域的数据发送给用户。传感器节点根据自组织机制形成的拓扑结构直接影响着网络的性能表现。无线传感器网络的拓扑具有复杂性和动态性的特点,因此可以利用复杂网络理论来研究网络的演化机制和性能表现。本文基于复杂网络理论对高服务质量的无线传感器网络模型进行了研究和分析,主要的工作包含以下两个方面:首先,针对异构无线传感器网络在演化过程中出现的能量空洞问题和反向连边问题,本文提出了一种基于复杂网络适应度模型的异构无线传感器网络演化模型和两种基于拓扑跳数的自组织机制。近年来,无线传感器网络逐渐向着大规模、异构化的方向发展。在大规模异构的无线传感器网络中,网络的负载和能耗会急剧的增加,使得汇聚节点附近高负载的节点过早的死亡,导致能量空洞的出现。此外,在网络演化的过程中,节点之间产生的反向连边会造成不必要的能量消耗和过高的传输时延。通过考虑网络的拓扑跳数,本文提出的两种自组织机制能有效减少网络在演化过程中产生反向连边和均衡汇聚节点附近节点的负载。同三种经典的演化模型相比,本文提出的模型能提供更高的网络服务质量,如更长的生命周期、更均衡的能量消耗、更短的路径长度和对抗蓄意攻击时更强的鲁棒性。其次,针对自组织演化机制无法从根本上解决网络中能量消耗不均和传输时延的问题,本文通过向现有网络中依策略添加捷径的方式生成了具有小世界属性的异构无线传感器网络。小世界网络能有效的改善无线传感器网络中能量消耗不均和传输时延的问题。然而,捷径的高成本和管理问题限制了网络中捷径的比例,如何利用少量的捷径使得无线传感器网络具有更好的性能表现变得尤为重要。本文基于度和拓扑跳数来衡量节点的重要度,提出了一种依策略添加捷径的机制。通过优先在重要节点和汇聚节点之间添加捷径,使得网络中靠近汇聚节点地高负载节点减少了能量消耗,远离汇聚节点的传感器节点降低了传输时延。仿真实验表明,与随机添加捷径的方式相比,本文提出的策略能减少网络的能量消耗、降低传输的时延和提高网络的抗毁性能。