无线传感器网络是由大量、微型的传感器节点以自组织、自管理方式形成的网络，用以监测目标区域的信息。由于节点数目众多、工作环境复杂多变以及自身存在的不确定性，无线传感器网络容易出现故障，且故障表现形式复杂。故障诊断则是对无线传感器网络工作状态的实时监控，并进行故障预防、故障消除等。因此故障诊断对无线传感器网络具有重要作用。无线传感器网络作为一个整体系统，节点、网络之间是密切耦合的，尤其是在大规模的应用背景下，节点故障和网络故障相互影响增加了故障诊断的复杂性。本文针对无线传感器网络具体的分层结构来实施故障诊断方法，提出了具有故障检测能力、故障辨识能力的故障诊断机制与方法。具体内容如下：①归纳和整理了目前既有的研究工作，针对无线传感器网络的故障诊断主要是只以节点为对象或只考虑网络故障的问题，提出了无线传感器网络分层式故障诊断方法，将无线传感器网络分为节点层和系统层，分析各层特征和难点，分别针对不同层次提出相应解决方法。②在节点层故障检测中，针对目前多数无线传感器网络节点故障检测方法都以假设故障节点数据为离群值为基础，存在局限性的问题。本文提出一种基于节点相似性的无线传感器网络节点故障检测方法，利用节点数据的时空相关性，采用改进的相似性度量方法实时调整节点可信水平，以此进行故障节点的检测，并探讨了不同类型故障下的通用性问题。③在系统层故障诊断中，针对节点数目众多的无线传感器网络存在故障样本获取困难的特点，本文提出一种基于免疫机理的无线传感器网络故障诊断方法。将生物免疫机理融合到无线传感器网络故障诊断中，并提出了检测器生成、克隆、变异等相应的解决方案。通过NS2对无线传感器网络仿真获取抗原的特征参数，以此分析该方法的性能，验证其有效性。在分层网络基础上，提出基于相似性的节点故障检测，并尝试性地将免疫理论用于无线传感器网络故障诊断问题，通过仿真实验验证两种方法的故障诊断性能。