无线传感器网络是由大量具有感知能力、信息处理能力和通信能力的传感器节点组成,这些传感器节点之间以多跳的方式连接在一起。作为移动计算、无线通信和传感器技术相结合的产物,无线传感器网络已经成为当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、高度集中的前沿热点研究领域。在有限能量条件下降低能耗以延长网络生存时间是无线传感器网络面临的首要挑战。在大规模部署的网络中,如何提高网络的有效工作寿命、保证网络的易用性和数据传输的有效性以提高网络的整体性能是一个重要的研究课题。本文围绕这一主题展开了研究,侧重点在网络的拓扑管理、路由技术和数据传输容错技术,并对无线传感器网络体系结构、网络协议设计和模拟仿真技术进行了分析。针对无线传感器网络协议中可靠性及能量有效性,提出能量感知的无线传感器网络可靠路由ECCR (Energy Aware Communication cost Reliable Routing Protocol). ECCR通过本地节点选择、路径预留和路径延迟广播来减少由于路径不可达带来的重传,进而提供一个可依赖的传输环境。针对无线传感器网络节点因能量消耗、硬件故障、通信因素等导致的链路失效问题,本文提出一种基于复杂网络小世界模型Kleinberg的无线传感器网络簇间拓扑优化方法SWM (Small World Method),该方法依据簇头节点的局部视图View List信息中的长链与短链构建WSN簇间拓扑。本文详细阐述了所提出容错路由协议的实现过程,并对其性能进行了分析,利用网络仿真工具作仿真实验。仿真实验表明ECCR优于在汇聚节点和感应节点之间建立有效路径的传统的方法可以有效利用节点的剩余能量和有限存储资源。同时可以均匀的分配传输路径,进而实现节能目的。利用小世界模型构建的无线传感器网络簇间拓扑优化方法演化的无线传感器网络拓扑在节点失效概率为0.2时下网络寿命比DECDC提高25%,并具有良好的能量均衡性和较低的消耗代价。该方法构建的拓扑具有较好容错性和较强的鲁棒性。使用该协议的无线传感器网络其监测结果具有很高的可靠性。因此该协议可以被广泛应用到森林资源及地理环境监控领域,具有一定社会及经济效应。