无线技术的发展极大的促进了人类生活和交流的方式，无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）能够应用于布线困难和人员不能到达的特殊区域，实时监测和采集物理数据，并通过无线自组织网络将信息传送给终端用户，广阔的发展前景使其成为业界瞩目和媒体炒作的焦点。但是由于传器器节点硬件条件和布设环境的限制，能量有限成为其应用的瓶颈，节能问题是无线传感器网络研究中要解决的首要问题。　　 跨层设计将传感器网络模型两层、多层乃至整个系统进行综合考虑，是减小网络能耗的一种有效可行的设计方法。本论文根据跨层优化的思想，对无线传感器网络的物理层、数据链路层、介质接入控制(MediumAccessControl，MAC)层以及路由层进行了两层间和多层间跨层联合设计和优化。　　 本论文在物理层考虑了电路多模式操作、电池放电的非线性特性；在数据链路层，基于节能考虑，研究了两个正交调制方案：频移键控(FrequencyShiftKeying，FSK)和脉冲位置调制(PulsePositionModulation，PPM);在MAC层，针对小规模无线传感器网络，采用可变长的时分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)信道接入方式；在路由层，考察了单跳路由与多跳路由在不同类型网络中各自的优势。　　 基于正交节能调制方案，联合MAC层调度技术和路由优化理念，本文进行了两层和多层跨层设计，从理论上建立了无线传感器网络的链路能耗模型以及网络能耗模型；并且针对无线路径损耗信道，分别以最小化链路能耗和网络能耗为目标，借助于凸优化算法，对跨层设计进行优化与仿真。计算机仿真结果表明基于PPM的跨层模型的网络能耗，在各种节点分布密度网络中均比基于FSK的跨层模型网络能耗小；各种跨层模型优化后都具有较显著的节能效率；而基于FSK的跨层设计在稀疏型分布的长距离传输网络中，节能效果更为明显，基于PPM的跨层设计则更适用于密集型分布的短距离传输网络；同时在跨多层设计仿真中发现，在稀疏型网络中，多跳路由比单跳路由有节能优势，而在密集型网络中，单跳路由更佳。　　 本论文通理理论研究和计算机仿真方法所探讨的基于正交调制方式在无线传感器网络中的跨层节能优化算法，对无线传感器网络的设计和实际布设，具有重要的理论和实际意义。