无线传感器网络是由大量的具有感知和计算能力的微型传感器节点通过无线通信方式形成的多跳自组织网络,它是一种集成了数据采集、处理和传输的全新技术。具有部署灵活、容错性强、成本低廉等特点,在军事侦察、环境监测、工业控制、灾难拯救等领域有着广阔的应用前景。目前,无线传感器网络存在的技术问题中,路由协议在于寻找从源节点到达目的节点的优化路径,实现数据稳定、可靠的传输,是网络通信的基础与保证。节点定位技术在于实现对随机散布在监测区域内的未知节点的准确定位,以便了解事件发生的具体位置。为解决以上两个关键技术问题,本文在总结和分析现有研究成果的基础上,重点对路由协议以及节点定位技术进行了研究。本文的主要贡献包含以下几个方面:(1)提出了一种基于蚁群算法的QoS路由协议。该算法在选择下一跳节点的转移概率公式中,除了考虑距离因素以外还考虑了能量因素,可以有效均衡网络能量;另外,为满足QoS要求,在信息素更新规则中,同时引入剩余带宽和时延约束。仿真实验表明,该协议在平均端到端时延、平均带宽方面均具有良好的性能,所生成的路径能够满足QoS要求,同时均衡了网络中节点的能量,延长了网络寿命。(2)针对LEACH协议所存在的簇头随机选举、分簇不平衡、节点间直接通信的缺点,提出一种LEACH协议的改进算法。该算法依据优化后的簇头节点数目将无线传感器网络分成若干个区域;在各区域中综合考虑节点的几何位置及剩余能量来选择簇头节点;另外,对距离簇头节点较远的簇内节点采用中间节点转发的方式进行通信。仿真结果表明,与LEACH协议相比,新算法具有较好的网络稳定性,可以延长网络寿命。(3)针对AHLos算法中所存在的误差累积的缺陷,提出了基于加权虚拟力的协作定位算法。该算法考虑两种情况:对邻居信标节点不少于三个的未知节点首先采用原子多边算法进行定位,并对定位结果进行判定,对定位结果不满足精度判定标准的未知节点采用本文所提出的加权虚拟力定位算法,该算法利用信标节点对未知节点的虚拟力使得未知节点从估计位置逐渐向真实位置移动;对邻居信标节点少于三个的未知节点,借助一跳和二跳信标节点间的协作进行定位。仿真结果表明,与AHLos算法相比,所提出的算法有效提高了网络的定位精度和定位比例。(4)设计了一套井下巷道定位系统。包括对系统结构、节点硬件及软件的设计;并且针对井下狭长的巷道结构,提出了一种简易的井下巷道冗余节点部署策略,可以满足移动节点的定位要求;然后针对定位过程中定位圆无法相交的情况,提出了对定位圆进行半径扩展的距离修正定位算法。楼道环境中对该系统的模拟实验表明,该系统可以实现对环境的实时监测,对数据的可靠传输,以及对携带移动节点的工作人员的准确定位。