随着无线传感器网络（WSN）的日益发展,其在我们的日常生活中逐渐地用于监测、跟踪、感知、测量和收集实时数据,例如智能楼宇,农林监测,工业过程监控等。这些应用往往都需要部署大量具有一定的物理感知能力和通信计算能力的传感器节点,以此来代替人类进行感知监测,而在大规模的无线传感器网络中寻找节点的最佳部署位置则是一个充满挑战的问题。其次,无线传感器网络路由过程中的不可靠链路通信会导致数据传输效率低和能量消耗不均等问题,从而影响整个网络的效率以及生命周期。此外,在大规模无线传感器网络中,节点部署后网络的覆盖率、连通度、生命周期、能耗以及成本皆与服务质量密切相关,而同时优化这些性能指标是一项充满挑战的任务。本文针对这些问题展开了以下工作:（1）针对无线传感器网络路由过程中能量利用率较低的问题,设计了一种基于链路质量的路由选择博弈算法GABLQ。首先定义了评价链路质量的指标,其次将链路质量、节点剩余能量和最小跳转发策略融入效用函数建立了博弈模型来确定最佳下一跳传输节点,最后根据分析博弈中纳什均衡的存在性得到了路由最佳传输路径。仿真实验中,就链路质量中参数变化对算法性能的影响进行了分析,并且将所提算法与NWPSO算法、LEACH-IMPT算法在存活节点数目、网络生存时间和网络能量消耗三方面进行了对比,结果表明所提算法可以有效均衡网络能耗,延长网络生命周期。此外,根据仿真实验中所得的路由路径,在真实的实验环境中验证了其链路质量的最优性,实验结果证明了所提方法在实际中的可行性。（2）针对无线传感器网络在带状区域中部署时,簇头节点所引起的网络负载不均的问题,提出了一种以菱形分区的WSN节点优化覆盖部署方法。首先建立适合带状区域的簇头能量消耗模型,以菱形分区的方式对研究区域进行等距分簇。在此基础上根据与基站的距离优化各簇内簇头节点数目,采用了簇头节点非均匀部署的更换机制。其次,通过网络能耗分析证明了相较于均匀部署情况下该方法网络生命周期方面的优越性。仿真结果表明,所提方法不仅可以提高网络利用率,而且有效延长了网络的生命周期。（3）针对三维环境中的多目标覆盖优化问题,提出了一种三维无线传感器网络中多目标覆盖优化方法。首先,对多目标优化问题中的各项性能指标进行建模以及公式化,并且搭建实验平台对理论模型进行实际验证。在此基础上,结合模拟退火算法来改进了粒子群算法,设计了多目标覆盖优化方法:MOOCDA。所提方法可以针对覆盖度、连通度、网络拓扑等不同部署需求来提供最佳的解决方案,此外,MOOCDA还可以根据具体性能指标的权重值来给出适应于用户需求的解决方案。实验结果验证了所提方法的有效性,通过与其它研究方法的比较更好的证实了所提方法的优越性。