近年来，随着现代微电子和微机电系统(MEMS)、嵌入式系统、片上系统(system-on-chip，SoC)、无线通信、计算机网络以及互联网技术的飞速发展，传感器信息获取技术从单一化向集成、微型化进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要、最基本的技术之一，并且发展了一种全新的信息获取方式——无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)。无线传感器网络是无线Ad hoc网络的一个延伸，它诞生于军事领域，应用已扩展到工业、生活、环境监测等多个领域。无线传感器网络具备的强大的功能和抗毁性，使其十分适合应用于偏远、恶劣、甚至危险的环境中，对目标环境的实时、多方位监测。但由于工作环境和条件的限制，无线传感器网络节点电池不易更换，所以如何减低能耗，目前是无线传感器网络面临的最紧迫的问题。本文引进了近年来迅速发展的无线传感器网络技术，提出了将无线传感器网络结合移动通信网络应用在流域污染监测中的设计思想，为无线传感器网络技术在大范围监测中的应用，设计了一个新的框架：通过集成化的传感器终端实时、协作地采集流域环境中各种污染监测对象的信息，在对信息进行初步融合处理之后，以多跳路由方式将信息处理结果通过移动通信网络传送到公网，进而到达用户终端。在上述应用的设计基础上，本文进一步针对无线传感器网络能量控制这一国际研究热点，对传统的无线传感器网络通信协议加以多项改进，以实现提高无线传感器网络系统寿命的目的。并通过仿真实验证明，经本文改进后的网络，不但网络寿命得到明显的延长，网络的品质也得到了一定的改善。本文提出的流域污染监测系统设计思想，为流域污染监测提供了一种新的手段，并且对其他大范围环境下的网络监测，也有值得借鉴之处。另外，本文中对于无线传感器网络通信协议所做的改进，也同样可以为其他基于层次的无线通信路由协议设计作为参考。