无线传感器网络是近年来随着无线通信和电子学的发展而成为研究和应用热点的新型网络，它具有资源受限、网络密度较大、节点易于失效、通信距离有限、没有全局性的ID等特点。由于无线传感器网络这些独特的特点，不能将传统型无线网络的协议直接应用于传感器网络。此外，新应用场景的出现也对无线传感器网络的协议设计提出了新的要求和挑战：这包括网络各层协议、节能问题、安全问题、定位问题、中间件协议、设计平台等等。而在这些问题中，节能是几个重要的核心和基础问题之一。本文就无线传感器网络节能问题在数据链路层和网络层的关键技术展开研究，具体内容有：首先提出了在存在周期性数据传输模式的无线传感器网络中，用以节省能量的休眠调度协议。对于一个传感器节点而言，其处于工作状态下的能耗远大于休眠状态下的能耗，而在周期性的数据传输模式中，节点的工作状态是规律性的，因此根据这种传输模式的特性设计一种节能而又能保证数据包传输延迟的休眠调度协议很有必要。以往的一些MAC协议都是在S-MAC协议的基础上，从其它各个应用层面对S-MAC进行改进，均没有考虑周期性传输这一特点。因此本文利用这种规律性、通过对历史传输的记录及对未来传输的预测进行休眠周期间隔的计算，并提出了完整的MAC算法——TB-MAC(A Time Based MAC algorithm)。实验结果表明，TB-MAC比S-MAC节省了大量能耗，并获得了小于S-MAC的最大传输延迟。接着讨论了在无线传感器网络中如何最大化网络生命周期从而收集更多数据、并提高节点利用率这一问题。现有的工作都假设无线传感器网络内存在单一的采样频率，而在实际应用中，为了达到足够的冗余性使得网络更为健壮并降低采样数据的重复性，网络内通常存在多种不同的采样频率。本文针对这一情况，以树结构为基础，提出了一个基于能量平衡的数据收集算法EBDGA(AnEnergy Balancing Data Gathering Algorithm)。EBDGA以基站为根结点，集中式的构建一棵连通所有传感器节点的生成树，并根据节点的采样频率计算每个节点的加入代价。实验结果表明，无论基站位置发生变化还是节点密度发生变化，EBDGA中前80％失效的节点生命期均大于PEDAP-PA，前75％失效的节点生命期远大于PEDAP，并且获得了比PEDAP，PEDAP-PA更为显著的能量平衡性能，提高了大部分节点的网络利用率。本文还提出了聚集技术函数化下的通用算法EBDGA-A。EBDGA-A在EBDGA原有思想的基础上，通过集合演算理论获得节点实际的发送包数，以此计算新节点加入生成树后的代价。实验结果表明，当聚集函数变化时，EBDGA-A在基站位于节点中心区域时，前80％失效的节点生命期均大于PEDAP-PA和PEDAP，在基站远离监控区域时，性能稍差。为了使得路由协议更为健壮并具有一定的容错性，本文最后讨论了在无线传感器网络中设计多路路由协议这一问题。很多定位算法的研究以及GPS定位系统使得高精度的节点定位成为可能，本文提出了依赖传感器节点地理位置信息，生成从源节点到sink节点的多条路径的协议LBMPR(A Load(Energy) Banlancing Multi-Path Routing protocol)。LBMPR构建一个依赖于源节点和sink节点位置的矩阵，各条路径存在于矩阵中，数据通信均匀分布于不同的路径上，从而达到节点间的能量平衡，并延长了网络的生命期。实验结果表明，若选择适当的参数a和b，LBMPR可以获得满足应用要求的延迟，同时较之Mesh-2和Mesh-3，能获得更好的能量平衡性和节能性。