中国寒旱区面积约占全国土地总面积的三分之二以上,蕴含着大量的石油、天然气、煤炭等自然资源,同时寒旱区内的冰川、冻土、沙漠、高原等都具有非常重要的研究价值。部署于寒旱区的生态环境野外监测网不仅为寒旱区科学研究提供了重要的科学依据,还为寒旱区重大工程的建设和经济持续发展做出了重大贡献。然而,大部分野外观测台站部署在恶劣的自然环境下,导致信息获取能力差,进而严重阻碍了寒旱区科学研究的进展。因此,本文将研究与设计适用于野外观测仪器组网的路由协议与部署优化算法,以解决该网络信息获取和传输能力差的问题。首先,针对寒旱区野外观测仪器网络在多跳路由中能量消耗不均匀,易造成“热点”问题,本文提出了一种能量均衡的非均匀分簇路由协议。该协议根据时间序列选举簇头,并结合非均匀竞争半径形成不同大小的簇,使得靠近基站的簇规模小于远离基站的簇规模。这样,在簇内通信中,靠近基站的簇头节省的能量可用于转发远离基站簇头的信息。该协议综合考虑了节点的剩余能量、周围节点的密度以及节点与基站的距离来选择簇头,使簇头的分布更加合理。同时,将混合粒子群算法应用于多跳路径搜索,选择最优路径完成簇头之间的信息传输,平衡簇头的通信能耗。仿真结果表明,该协议能够有效均衡网络能量消耗,延长网络生命周期。其次,为进一步解决多跳过程中能耗不均匀的问题,本文提出了一种基于遗传算法的非均匀分簇路由协议。该算法在簇头选举阶段,综合考虑节点当前的剩余能量、密度以及距离构造适应度函数,选择合适的节点作为簇头;在数据传输阶段,簇头根据自身到基站的距离选择采用单跳或者多跳的方式进行通信。多跳通信时,通过考虑中继节点的剩余能量及其与基站的通信能耗来选择合适的中继节点。为了验证算法性能,本文分别在能量同构和能量异构的条件下对该协议进行仿真。实验结果表明,该协议能够有效均衡能量消耗,延长网络生命周期,且适用于异构网络。最后,针对寒旱区野外观测仪器网络在监测区域的节点部署问题,提出了一种基于Voronoi图的虚拟力节点部署算法。该方法采用更加符合实际情况的概率感知模型,首先在监测区域构建Voronoi图,以此确定每个节点的泰森多边形,然后计算每个节点所受的虚拟作用力,根据虚拟合力的方向和大小更新节点的位置,从而达到提高网络覆盖率的目的。仿真结果表明,该节点部署算法可以有效提高网络的覆盖率,并且在覆盖均匀度方面也有很好的效果。本文工作围绕野外观测仪器组网路由协议和节点部署算法展开,针对节点能耗不均匀的问题,提出了两种新的路由协议来减少和均衡能量消耗,并且针对野外观测仪器组网问题,提出了有针对性的节点部署方案,从而优化网络部署。下一步将在路由协议中加入移动节点来进一步提高网络能量效率,同时设计基于野外地形特征的三维节点部署算法。