几何路由算法是无线传感器网络中一种极具前景的可扩展性路由算法。在二维无线传感器网络上，几何路由算法取得了相当大的成功。然而，在三维无线传感器网络中，尚缺乏类似于二维无线传感器网络中有效的几何路由机制能使得节点之间的路由路径较短并且均衡整个网络的负载。本论文针对三维无线传感器网络设计了一种有效的几何编址及路由算法――洋葱图算法。该算法仅利用网络的连通性信息，首先将网络分解为一个个连通且封闭的层次结构，进而将每一个层次结构映射到一个单位球面上，最终将不同层次结构形成的单位球面进行层次结构对齐，形成多层次的同心球结构（类似洋葱）。在映射过程中采用离散里奇流算法赋予每个节点一系列的虚拟坐标，使得在同一个层次结构形成的虚拟球面上，任意两个节点之间可利用虚拟坐标进行贪婪路由；在层次结构对齐过程中，采四元数旋转及拉伸对不同层的球上节点的虚拟坐标进行变换，将所有节点嵌入至一个共同的全局坐标系统下，从而引导在不同层次结构形成的虚拟球面上任意两个节点之间的路由。不同于之前的几何路由算法，洋葱图算法不依赖于网络的边界信息，反而在算法处理过程中能够产生网络边界作为副产品，且在路由过程中能够降低路由路径拉伸度，减少节点的平均存储开销以及均衡节点的负载。本论文通过大量的仿真实验验证了洋葱图算法在三维无线传感器网络上的有效性。