随着智能化、网络化传感器技术的日益成熟，针对特殊场合的应用的无线传感网络(WSN)引起了人们的重视与研究。路由和节点定位问题是WSN网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提，更是特殊场合WSN网络研究中的重点问题。 首先对现有的适用于自由空间的WSN网络拓扑及路由协议和节点定位协议进行了分析，借鉴相应的系统结构与协议。在此为基础上对多层网状局域连通环境下的WSN网络拓扑及路由和节点定位机制进行了总体设计，给出了新的算法，着重分析了新算法的环境适应性和性能增益，根据应用需求完成了仿真和相关指标分析。 基于地下空间交通或矿井的局域性、环状连接成网的、多层结构环境中无线传感网络既有平面局部连通分布，也有垂向分层分布，形成多层网状连通的空间分布的特点，在经典的分层路由LEACH算法的基础上，给出了加入了蚁群优化算法的网络拓扑及路由方案(LEACH-ANT)，着重考虑算法的能量和网络生存时间的限制。同时，给出了考虑信号衰减和建筑材料的WSN节点的数学模型，使用改进的RSSI和MLE进行定位算法的实现。通过使用迭代的方式实现了层内的节点定位，并在层与层使用连通节点传递不同层的节点信息，完成三维空间的定位计算。 对以经典的LEACH算法和传统节点定位算法与LEACH-ANT网络拓扑及路由方案和改进后的定位算法性能进行了比较。仿真结果表明：在多层网状局域联通环境下，LEACH-ANT方案使得网络连通节点可以通过最优路径发送数据包，减少了网络中传感器节点的能耗，延长了网络生存时间；节点定位算法能够实现三维节点定位，与传统的基于信号强度指示测距算法相比精度有所提高。研究成果为地下多层复杂环境空间WSN网络应用提供了一定的理论基础。