随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和无线通信等技术的进步，无线传感器网络(wireless sensor networks)得以迅猛发展，并已成为计算机学科的一个新领域，具有十分广阔的应用前景。它是由部署在监测区域内，大量廉价微型的传感器节点，以无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并发送给观察者。环境监测是无线传感器网络应用的一个重要领域。本文以面向环境监测的无线传感器网络为背景，针对环境监测中两种可能的应用情况：持续反馈式和查询／回复式分别进行通信协议的设计。由于环境监测往往是对大面积区域进行的，需要大量的传感器节点，所以在设计路由协议的过程中，我们采用聚簇的方式。通过对已有路由协议的研究发现，LEACH协议较适合于持续反馈式应用，但对于大范围的应用环境来说却存在三点不足，我们对其进行改进，使之更适合于大范围的持续反馈式环境监测应用，经过分析验证，改进后的协议较原有的LEACH协议有效地延长了网络生存期；对于查询／回复式监测，我们对PEGASIS协议所提出的链式结构进行改进，用若干链式簇结构来替代整个网络的长链结构，为了达到更好的查询性能，引入P2P中Chord协议的查询思想，提出了BQRP(Based Query Routing Protocol)，经过分析，BQRP较适合于大范围的环境监测应用，且数据查询需要的时间仅为O(MlogN)。在无线传感器网络中，介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式，用来构建传感器网络系统的底层基础结构，所以MAC层的设计也是通信协议设计的关键，为不同的应用模式寻找适合的MAC协议也是我们研究的重点。