无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一种由大量传感器节点通过单跳或者多跳的方式进行协同感知而构成的自组织网络,目前已被成功应用于军事、农业、医疗、环境监测等众多领域。近年来,更加贴近实际应用环境的三维覆盖成为了当下的一个研究热点。然而,传统二维平面中所研究的覆盖方法在现实三维物理世界中应用时漏洞百出,并且大部分算法仅仅考虑网络覆盖率而忽略了网络能耗的问题,或者仅仅考虑网络生命周期而不能对整个监测区域进行覆盖。为此,本文对三维环境下无线传感器网络中的节点部署以及覆盖优化问题先后展开了以下研究:(1)针对无线链路感知中的节点部署问题提出了一种链路模型下无源感知系统中节点的三维覆盖部署方法。首先构建了3D-WSN中的链路覆盖模型,将传统的平面覆盖拓展到空间覆盖,以及将传统的圆盘感知模型拓展为更加切合实际的链路模型。其次,依据该模型的感知范围设计了基于立方体的三维网络覆盖率计算方法。在此基础上结合并改进了传统的遗传算法以及粒子群算法,较快的得到节点的部署位置,以此来解决无线链路感知中节点的三维覆盖部署问题。仿真结果表明,所提方法可以提高网络覆盖率并且可以迅速收敛,降低网络能耗。此外,我们搭建了真实的实验环境进行了覆盖验证,实验结果验证了所提方法的有效性。(2)针对考虑网络能耗均衡的节点部署问题提出了一种概率模型下基于RSS的三维覆盖部署方法。结合网络能耗的角度,根据发射器与接收器之间的距离计算得出接收信号功率损失,建立了无线信号在传播过程中路径损耗与距离之间的关系式,通过设定的路径损耗的阈值来限定节点间的最大距离,从而均衡网络能耗并且进一步提高连通性,以此来解决3D-WSN中能耗均衡节点最优覆盖部署问题。在仿真实验中,给出了不同参数下覆盖率的变化曲线,并与其他文献算法相对比来证明了算法的高效性;在搭建的真实实验场景中,通过比较RSSI值波动范围来判断路径损耗是否均匀,实验结果验证了算法的可行性。(3)针对不同区域中不同覆盖监测需求下的覆盖优化问题提出了一种复杂环境下移动式三维覆盖优化方法。根据三维环境下不同区域的不同覆盖需求,对三维表面进行单位立方体划分,借鉴三重积分求质量的思想,在三维表面构建了覆盖权重模型。通过该模型,结合三维探测概率进行覆盖空洞分析,单位覆盖权重较大且三维探测概率低于设定阈值即为覆盖空洞。根据覆盖空洞以及移动节点初始位置,计算出平均移动距离最小的修复路径组合,以此来解决不同监测需求下的覆盖优化问题。仿真结果表明,所提方法能在保证覆盖区域综合覆盖率的基础上实现重点监测区域重点覆盖,同时也降低了网络能耗,更加符合实际应用需求。