无线传感器网络技术的兴起，给信息感知、信息处理、信息传输和信息应用等技术带来了革命性的变化。客观上的物理世界与逻辑上的信息世界的融合将不再是梦想，从此人类社会与自然界的交互方式发生了翻天覆地的变化。近十年，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）已经成为面向未来的信息技术研究中最受关注的研究方向之一。特别地，随着物联网（Internet of Things）概念在中国的提出，以及“感知中国”和“智慧地球”等宏伟愿景共同构建了信息化社会的美好蓝图，同时也为WSNs技术的未来发展指明了方向。本文从实际应用背景出发，基于复杂网络的相关理论将WSNs系统中的传感器抽象为网络节点，个体间的耦合作用、通信路径抽象为边。各种复杂耦合的WSNs系统都可以用网络进行描述，进而可以在网络体系框架下研究WSNs的动力学演化、同步行为及控制策略。复杂网络理论受到了国内外该领域的科研工作者们的广泛关注，网络科学也成为跨学科研究中最为活跃的领域之一。网络同步作为WSNs系统动力学机制中典型的集体行为和涌现现象，关系着诸多的实际问题，因而受到了广泛而深入的研究。本文研究的重点是分析WSNs系统上同步行为的本质因素，从而控制和优化系统网络的同步行为。首先，本文针对WSNs的拓扑结构、交互机制和耦合策略分别提出了两种WSNs同步演化模型，分析其同步实现条件；其次，在演化模型的基础上通过研究自适应演化机制，和设计新型的控制策略来实现WSNs的同步；最后，通过对其控制系统的稳定性分析，实现对系统深层次的优化，尝试解决和优化WSNs中传感器节点的能量效率、网络同步性能和可控性等部分问题。本文的主要研究内容如下：（1）提出了WSNs的Poisson-适应度动力学演化模型。利用Poisson过程，研究WSNs中传感器节点按照连续时间随机增长的机制，提出一种新型的Poisson-适应度演化模型。该模型中各个传感器节点的适应度依赖于时间的变化，并引入传感器节点的能量分布，通过排队理论分析模型中各节点的消亡；然后，利用统计物理学的方法进行理论解析和证明。并通过数值仿真结果表明，该动力学演化结构能够有效地延长WSNs系统的生存周期，并提高路由效率。（2）提出了一种WSNs的耦合同步演化模型。在耦合复杂网络的基础上进一步研究WSNs系统的同步，针对一致连结的WSNs模型，通过构建Lyapunov函数,给出该类传感器网络模型实现同步的一个判定准则。在该耦合同步网络模型中引入自适应反馈控制策略，考虑时变耦合反馈增益，并证明了此类网络在该控制策略作用下总可以动态地实现同步。特别地，该控制策略对传感器节点间的耦合强度和WSNs系统的拓扑结构都具有较强的鲁棒性。（3）设计了一种WSNs的自适应同步控制系统与优化控制策略。从控制学的角度来研究WSNs系统的自适应同步控制系统，以此来提高WSNs系统的同步性能。针对同步能力较弱的WSNs拓扑结构，其需要通过调整耦合强度才能够实现WSNs同步。自适应同步控制被证明是一种有效的控制策略，其基本原理是通过调整网络中部分传感器节点的耦合强度，从而使得整个网络的时变非线性行为得到有效的控制，进而实现对网络中所有传感器节点动力系统的同步。本文针对同步能力较弱的WSNs拓扑结构，通过自适应同步控制来实现WSNs同步；特别地，本文还结合反馈控制的方法，对该网络控制系统的稳定性进行了优化，经优化后的控制系统对WSNs的耦合强度和拓扑结构具有很强的鲁棒性。数值仿真结果表明该同步控制系统是有效的。