本文立足海洋技术发展的技术前沿要求,着眼我国海军面临的沿海安全问题,从实际需求出发,着重研究和解决制约水下可靠通信和自组网的数据传输与路由问题,目标是构建水下具有自组织、高覆盖、高效率、高可靠性的水声通信网络,以满足当前国家海洋技术发展的战略性需要。主要方案和技术途径包括:1.研究了水声传感器网络的基本构成单元,分析和建立了水下传感器网络相关模型。对水声网络架构的七层分层结构,两种通用的拓扑结构,信道模型,能耗模型以及移动模型进行分析和推导,并在此基础上搭建了水声传感器网络仿真系统,可以很好地模拟水声传感器网络的实际传输情况。2.提出了基于喷泉码与混合自动反馈重传的码率自适应水声传感器网络可靠传输协议,该协议充分利用了水下节点的广播特性,将长距离的不可靠传输转化为多个节点的短距离协同传输,通过每个节点的独立编码以及接收节点的联合译码获得网络的空间分集增益,以较低的能耗达到较高的成功投递率,同时降低系统的通信延迟,实现了时延和系统可靠性的折衷。3.提出了一种新的基于网络编码与机会接收的水下跨层路由协议。该协议利用了水下节点的多播特性,增加了路由辅助节点,使得协议能够对突发的链路损坏具有更高的鲁棒性,同时设计了路由维护与数据发送同步进行的传输方式,从而更好地为水下通信提供可靠的通信链路且降低了系统时延。4.提出了基于均衡能耗和热点规避的功率自适应水下传感器网络路由协议。该协议同时考虑了提高能量使用效率和能量均衡,根据节点剩余能量的不同灵活采用不同的传输模式,可以明显的改善水下节点的电池使用效率,并且极大地提升网络的使用寿命。论文通过对水声传感器网络的研究,分析了影响水下可靠传输和路由的主要因素,基于网络仿真器构建了水声传感器模拟系统,提出了水下可靠数据传输协议并针对两种不同水下场景提出了两种水下路由协议,提高了水下数据传输的可靠性和鲁棒性,为水下自组网设计提供了有效的参考。