随着微系统技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，20世际90年代术在美国发端了具有现代意义的无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)技术。该网络由部署在监测区域内大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并将其传送给远处的用户。其后，该技术相继被一些重要机构预测为将改变世界的重要新技术之一，相关研究工作也在世界许多国家轰轰烈烈地开展起来。本文在目前已有的传感器网络研究基础上，针对改善网络对环境变化的适应性、优化拓扑结构和节省网络耗能等几个方面开展了大量的调查研究工作，并取得了一定的成果。 适应环境变化是大规模传感器网络的一项重要评测标准。但是，已有的启发机制并不能很好地解决该问题。为此，本文提出了一种改进的节点动态参与启发机制(DynamicJoiningMechanism，DJM)，根据网络通信质量的要求改变节点状态来维持一个由活跃节点构成的网络拓扑。另一方面，在层次型结构中，传感器网络被划分成相连的簇，每个簇由簇头和簇员构成。簇头负责传送簇内、中继簇间消息到基站，簇内其他节点采集感知信息并发送给簇头。然而，传感器节点能力有限，难以较好地担当簇头的职责，特别当网络规模较大时需要很多簇头，相应的开销也会增加。因此，本文设计了一种应用多入多出通信方式(MultiInputMultiOutput，MIMO)的新型层次型传感器网络结构。该结构降低了网络整体耗能，减少了簇头个数。最后，通过实验模拟验证了该方法的有效性。 本文的主要工作和贡献包括： 研究和分析了无线传感器网络的特征和主要研究方向。 深入分析了经典ASCENT启发算法及其存在的问题，并设计了一种改进的节点动态参与机制来解决该问题。 研究了层次型传感器网络结构，簇头选举算法及改进算法。 对现有传感器网络中协作式MIMO系统的优缺点进行分析后，研究了如何利用MIMO等通信方式构建一种新型的异构分簇传感器网络结构，以节省网络耗能，并研究了该结构下相关簇划分机制。 搭建了实际的无线传感器网络实验平台，并介绍了在该平台上使用的两个具体应用实例。