近年来，随着无线通信的迅猛发展，传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)作为一项新兴的信息采集技术日益得到重视。无线传感器在很多领域和应用中都得到了有力的推动和普及。与传统的无线网络相比，无线传感器网络有能量约束、通信范围有限、计算能力有限、高度冗余数据集等特点。能源优先是无线传感器网络的主要设计原则，其中感知数据、数据处理和射频信号是影响传感器节点能量消耗的主要因素。根据无线传感器网络的分层模型，能量有效性的实现主要集中在数据链路层通信协议与网络层路由算法的改善。本文针对传感器网络中数据链路层与网络层当前算法的不足，主要工作与创新点概括如下：①针对SMAC(Sensor-MAC)协议固定占空比机制的不足，提出了可动态改变争用窗口的DMAC(Dynamic-MAC)协议。在无线传感器网络数据链路层中，SMAC协议是一种基于CSMA(Carrier Sense Multiple Access)工作模式的MAC算法。DMAC协议在其基础上引入了快速冲突解决算法(Fast Collision Resolution，FCR)，可以根据流量高低变化指数倍的调整退避算法中竞争窗口的大小。当网络流量变低时，争用窗口缩小，以增加节点的睡眠时间；当流量较高时，争用窗口增大以适应网络需要发送更多的数据包，减少数据的碰撞、重传。从而达到节省能量消耗的目的。②DMAC协议引入了TDMA(Time Division Multiple Access)工作模式，并可以在CSMA与TDMA两种模式间平滑切换。当在CSMA工作模式下，争用窗口大过一个阈值，节点发送数据仍会导致冲突、重传时，节点将进入TDMA工作模式。每个节点可以在特定的时间使用同样的频带进行通信，从而完全避免了在争用信道的模式下，高流量导致的信道冲突，具有零信道接入延时和带宽利用率高等优点。在OMNET++仿真平台的MiXiM仿真器上搭建了无线传感器网络的仿真环境，仿真结果表明DMAC协议在端到端的延时，能量使用率方面，分别优于SMAC、THMAC协议。③针对现有分簇算法的不足，本文提出了基于备份节点策略的EDC(energy-efficient dual-pathed clustering)算法。多数传感器网络的分簇路由算法中，当簇头死亡后，簇内节点将无法与外界通信，这造成了簇内节点感知信息无法传输给汇聚节点，并且导致网络内节点剩余能量不平衡等问题。EDC算法为每个簇内节点分配一条备份路径，节点在其簇头失效后仍可以通过其备份节点传输数据。④EDC策略基于能量优先算法对每个簇内节点分配一个备份簇头作为冗余路径。备份簇头的分配优先原则为：射频范围内剩余能量最高的临簇簇头；射频范围内剩余能量最高的临簇簇内节点；射频范围内剩余能量最高的本簇簇内节点。在OMNET++仿真平台的MiXiM仿真器上搭建了基于IEEE802协议的无线传感器网络仿真环境，与LEACH、DED算法相比，EDC显著的减少了节点死亡的速度，平均了网络内节点的能量消耗。同时，由于算法优化了执行效率，有效地减少了网络重建所需要的时间。