无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)在新一代网络中具有关键性角色,作为一种新的计算模式,推动科技发展和社会进步,已成为国际竞争的焦点和制高点,关系到国家政治、经济和社会的安全。在无线传感器网络应用中,覆盖反映了网络对物理世界的监测能力,常作为描述无线传感器网络监测服务质量(Quality of Service, QoS)的标准,是无线传感器网络应用的基础。由于应用规模大,能量、计算能力和通信能力受限等特点,往往在监测区域内对传感器节点进行大规模、高密度部署,这就造成部署代价与部署质量、节点能量受限与网络生存时间之间的矛盾。覆盖控制通过对节点感知能力的建模,结合具体应用要求,在监测区域内部署传感器节点,使其能有效的获取监测区域的信息;在不影响网络覆盖性能的前提下,合理调度节点状态以减少网络中活跃节点数量,延长网络生存时间;最终使传感器网络的各种资源得到有效利用,网络监控服务质量得到改善。本文深入研究无线传感器网络覆盖控制技术,开展无线传感器网络节点部署和节点调度问题研究。本文主要工作和贡献如下:1)提出两种覆盖保证的节点随机部署策略:平均面积覆盖部署策略和边界辅助部署策略,以解决节点部署中边界效应造成的覆盖过高估计问题,满足实际部署中覆盖质量要求。部署质量和部署代价是无线传感器网络相矛盾的两个方面。网络的成功应用依赖于节点部署中所达到的覆盖质量,即用较少的节点达到所期望的覆盖要求。通常用渐近性分析来求出满足覆盖要求的最少节点数。然而,由于存在覆盖过高估计问题,这种渐近性分析在实际的部署中难以达到部署要求。针对该问题,提出两种覆盖保证的节点部署策略:平均面积覆盖部署策略ECD(Expected-area Coverage Deployment)和边界辅助部署策略BOAD(BOundary Assistant Deployment)。从理论上对两种部署策略进行分析,给出满足部署要求节点个数的下限值。通过理论分析与仿真验证两种部署策略正确性和有效性。仿真结果表明,两种部署策略有效的缓解了覆盖过高估计问题。在目标检测应用中验证了两种部署策略的优势,并把两种部署策略扩展到一般监测区域和节点概率感知模型中。2)提出一种距离辅助的节点覆盖冗余判别模型,节点只需要获得与邻居的距离信息,就可以精确判别被邻居节点覆盖的程度。并在此基础上提出非均匀分布的无线传感器节点调度机制。针对传统依赖精确位置信息的复杂计算和无位置信息部署受限等弊端,从理论上对节点部署方式进行分析。在节点位置信息未知情况下,提出距离辅助的节点覆盖判别模型DANCI(Distance-Assistant Node Coverage Identification model),通过邻居节点到本节点的距离信息,判别该节点被邻居节点覆盖的程度。并在此基础上提出一种非均匀分布下的无线传感器网络节点调度机制NDNS(Non-uniform Distribution Node Scheduling),该机制利用距离辅助的节点覆盖判别模型,对节点覆盖冗余进行判别,适应于任意分布下的网络部署方式。仿真结果表明,在节点随机部署情况下,计算所得的覆盖冗余与节点位置已知情况下的最大误差仅为6.3960%。在保证网络覆盖的前提下,有效的延长了网络的生存时间。3)提出一种基于容忍覆盖区域的节点调度算法,解决位置信息未知条件下,由于不均等休眠带来的调度洞问题。位置信息未知的节点调度算法以节点的感知区域覆盖为调度目标,导致处于边界区域的节点由于没有太多机会进入休眠状态而先死亡,进而引起死亡节点向监测中心扩散现象;或者监测区域中心某些孤立节点由于没有太多机会休眠先死亡,引起死亡节点由监测区域中心向外部扩散现象,我们称这种现象为“不均等休眠”带来的调度洞问题。针对该问题,从理论上对节点覆盖模型进行分析,提出容忍覆盖区域的概念,并在此基础上设计一种基于容忍覆盖区域的节点调度算法。仿真结果表明,基于容忍覆盖区域的节点调度算法能够缓解“不均等休眠”现象,解决了由边界节点或孤立节点过早死亡造成的能量消耗不平衡问题,有效的延长了网络的生存时间。4)提出在实际应用场景中入侵目标至少被k个节点立刻检测到的理论模型,分析外界环境等因素对节点感知能力的影响,得出目标入侵监测区域时被检测到的概率。目标检测和环境检测是传感器网络的重要应用之一。节点的监测质量可以通过入侵目标穿越监测区域时被检测的概率来衡量,节点检测的概率为监测质量和决策提供基础。然而,在实际的网络部署和应用场景中,节点的感知能力通常受到阴影衰落及路径损失的影响。在此情况下,提出在实际应用场景中入侵目标至少被k个节点检测到的理论模型,并详细分析了节点在阴影衰落与理想感知检测两种情况下的检测概率,进而说明理想的感知检测与实际应用中检测概率的明显差异。通过该理论分析模型可以有效的估计出节点在具体的应用场景下的监测性能。