由于无线传感器网络中节点的能源、计算能力和带宽都非常有限,因此设计能够有效节约能源、延长网络生命周期的协议成为其研究的重点之一。从减少网络能量消耗的角度出发,本文在三维空间上分别对无线传感器的覆盖控制及分簇路由协议进行了研究。在传感器节点高密度部署的环境中,如何计算同时满足“覆盖要求”(工作节点必须能够完全覆盖监测目标区域)和“覆盖度”(工作节点组成的通信网对监测区域的覆盖性能不会降低)的最优覆盖集,是一个NP难问题。针对具体的三维空间上无线传感器的应用,本文设计出最优覆盖集的求解算法3D_OCS(Optimal Coverage Scheme of Sensor Nodes Set Selection in 3D for WSN),该算法由两个子算法组成:三维冗余节点判定算法及节点睡眠调度算法。三维冗余节点判定算法优化了三维空间上冗余节点的判定过程,根据此算法判断一个节点监测区域是否被其一个或多个邻居所覆盖,只需检查监测区域中某些点是否被覆盖,而无需判断每一个点是否被覆盖;节点睡眠调度算法则避免了多个节点同时进入睡眠状态,从而解决了“盲点”问题。其次,本文提出了节能的循环分裂分簇协议ICDP(Iterative Cluster Dividing Protocol)。ICDP按轮运行,每轮分成两个阶段:拓扑结构的建立阶段和稳定的数据传输阶段。首轮网络拓扑结构建立阶段,基站BS(Base Station)通过递归调用本文提出的循环分裂分簇算法(ICDA)以选举簇头并划分簇;其他轮的网络拓扑结构形成阶段,都不再需要重新划分簇。固定簇的思想避免了每次建簇的开销。拓扑结构建立阶段中,还根据MTE(Minimum Transmission Energy)算法在簇头及BS之间建立的数据传输主干网,既减少了直接与BS通信的簇头数,又大大降低了网络中数据的传输量,从而有效地降低了数据传输的能耗。在稳定的数据传输阶段,簇内节点在自己的时槽内将数据发送给簇头,簇头节点对采集到的数据进行融合,然后将融合后的数据通过数据传输主干网发送给BS。最后,本文利用仿真工具NS2分别对3D_OCS算法及ICDP进行了仿真分析。结果表明,3D_OCS算法及ICDP使得整个网络在较低的能耗水平下获得了较长的生命周期,具有较好的能量优化特性。