无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量具有无线通信、传感及数据处理功能的传感器节点组成,其主要用途是通过网络节点间的协作,采集、处理和传输数据,对网络覆盖区域中的环境信息进行搜集。随着近年来微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)、超大规模集成电路(Very LargeScale Integrated circuits,VLSI)和无线通信等技术的迅速发展,无线传感器网络的应用空间日趋广阔,遍及军事、环境监测、医疗保健、智能家居、城市交通、空间探索等领域。大部分传感器网络设备具有体积小、存储能力有限、功耗及传输速率低的特点。由于节点具有能量供给受限的特点,在面向应用的无线传感器网络中,如何延长网络生存期限和维持网络拓扑结构的稳定性是必须要解决的重要问题,因此低能耗成为关键的设计指标之一。在对于无线传感器网络的设计过程中,我们不仅要关心单个节点的能量消耗,更需考虑整个网络能量的均衡消耗,才能有效延长无线传感器网络的生存期限。本文对基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络的最优化设计问题进行了探讨和研究。在Sofie Pollin提出的Slotted CSMA/CA机制模型的基础上,对网络中的传感器节点数目、每个节点需分配的竞争访问时段的长度、节点的吞吐量要求及功率消耗间的关系等进行了推导,并将这些分析结果应用于超帧时间分配及重叠区域内节点归属问题的最优化设计中。通过对分簇拓扑结构的无线传感器网络进行最优化设计,实现了平衡网络中各簇首的流量负载、有效利用受限的能量资源以延长网络的生存期限的目的。