20世纪90年代以来,随着无线通信、嵌入式计算和传感器及微机电系统等技术的快速发展,具有感知能力、计算能力和无线网络通信能力的微型传感器以及由其构成的无线传感器网络(WSN)引起了人们极大的关注。能量消耗和网络覆盖是无线传感器网络的两个核心问题,网络覆盖决定了无线传感器网络对物理世界的监测能力,能量消耗则决定了无线传感器网络的生存时间。网络覆盖与能量消耗密切相关,节点部署则是影响网络覆盖的重要因素。本文主要针对无线传感器网络的能耗问题和无线传感器网络的覆盖与节点布置关系问题进行了深入的研究。传感器节点的数量直接关系到整个WSN的成本及性能,如鲁棒性、容错性等,这也是WSN设计时首先要考虑的问题。本文首先通过对WSN覆盖问题的分析,从理论上证明了在WSN中,满足完全无缝覆盖条件的节点最大有效覆盖面积及其最大有效覆盖面积率,针对在一个给定的探测区域内,得出了实现完全无缝覆盖至少需要多少个节点的解析式;接着,本文对国内外无线传感器网络覆盖优化问题的研究进行分类,比较了现有3种网格划分方法的无线传感器网络。旨在充分利用每个传感器节点的传感覆盖范围,得出监测区域面积、传感器节点数及传感器覆盖范围之间的关系。对于确定性布置节点网络,为了得出信号传输距离为D(D可变)时,不同网格划分网络的能耗,本文引入了最小跳网络协议,得出了正六边形网格划分网络中信号传输在最小跳网络协议条件下的能耗表达式;进而引入加权平均算法,得出了更为准确地正方形网格划分网络的能耗表达式。仿真计算结果表明,在相同的区域内,正六边形网格划分方法比正方形网格划分方法使用更少的节点数,而且在数据长距离传输上能耗更少。总之,正六边形网格划分方法显示了很好的特性。对于随机布置节点网络,首先,本文通过利用节点的传感半径划分正六边形网格来研究网络的覆盖性:接着,通过建立相应的数学模型与数学推导,从理论上证明了正六边形网格划分网络中节点分布服从泊松分布的可能性,进而得出了正六边形网格内节点数、节点通讯半径与网络连通性的关系;最后,进行了计算机仿真实验,从仿真结果可以看出,该算法不仅能够实现任意期望的连通覆盖,而且还能够在较小密度的节点分布下,实现网络的无缝覆盖,保持网络的连通。