无线传感器网络是集合传感测量、网络通信、微电机系统以及嵌入式计算等多种学科知识的一门新兴技术。由于传感器节点体积小、成本低,其能量、处理能力、存储容量和通信带宽十分有限。在工程应用中,无线传感器网络流呈现非均匀汇聚的特性,会导致少数节点过度通信而较快地耗尽能量。网络中节点能量消耗不均衡,将造成网络生存期缩短和资源浪费。又由于节点维护或能量补充较难进行,因此,能量消耗问题极大地影响着无线传感器网络使用效率。保证网络能量均衡消耗不仅可以高效利用节点能量,延长网络生存期,而且可以提高无线传感器网络的计算、存储和通信能力。本文从无线传感器网络能耗模型、拓扑控制和路由算法三方面进行了无线传感器网络能量均衡消耗的理论研究和仿真,并基于ZigBee技术搭建了一个无线传感器网络交通信息采集和传输系统,进行了交叉口交通流采集实验。主要工作和创新点如下：(1)在簇内和簇间多跳异构监测无线传感器网络体系结构下,分别建立了六边形小区和“装箱”覆盖条件下网络的能量消耗模型和寿命模型。在六边形小区覆盖条件下,以簇内和簇间的两类关键节点同时死亡作为求解目标,求得了网络寿命模型的最优解。在“装箱”覆盖条件下,建立了异构传感器网络工作于“二分”模式时的网络寿命模型,并求解了大规模异构传感器网络寿命约束下的节点分布密度最优解。(2)针对现有拓扑控制算法较多侧重于尽可能减少网络冗余而忽略了网络容错性和稳定性的问题,提出了一个具有K容错性的无线传感器网络拓扑控制方案。该方案首先通过K容错拓扑控制算法建立了每个监测节点和Sink节点的K条不相交路径,随后提出了一个接力节点布署算法,布署了最少量的接力节点使这些路径连通。仿真结果表明该拓扑方案有效减少了网络冗余,且有很好的稳定性。(3)针对现有无线传感器网络路由算法仅考虑数据发送能耗的问题,建立了一种同时考虑接收和发送能耗的网络模型。在该模型基础上,提出了一种能耗均衡的无线传感器网络路由算法。该算法通过设置能量阈值两次简化网络,并通过一个代价评估函数来重置能耗权值以达到网络能量均衡消耗,不仅传输数据可靠,且可以保证网络有较长生存期。(4)基于ZigBee技术搭建了一个无线传感器网络交通信息采集和传输系统,开发了基于磁阻传感器的交通信息监测节点。对西安市环城南路与雁塔路交叉口的交通流进行了采集和传输实验,实验结果表明本文设计和开发的传感器节点采集和传输性能可靠,系统可以真实反映交叉口交通流量,具有很好的工程应用和推广价值。