无线传感器网络是微机电系统、通信、传感器、网络等技术结合的产物,具有广泛的应用领域和使用价值。然而,过多的应用场景如果都综合在一个统一的网络架构上,势必使得传感器网络的设计过于复杂化,造成产品的价格提升,从而与传感器网络的设计初衷背道而驰。不同的传感器网络应用决定了不同的网络拓扑结构,也决定了网络中各个节点的工作方式。针对具体的网络应用来设计网络的通信协议,可以把网络的结构信息得到更好的利用,从而达到更好的系统性能,而且还可以控制网络的成本。本着上述思想,本文着重研究无线传感器网络在楼层以及公路环境下的应用,为这些应用建立了骨架型拓扑结构的无线传感器网络模型。该模型只需要覆盖交叉的直线,而不是整个平面。全篇围绕着该模型,设计无线传感器网络技术中的核心内容:节点放置方法、MAC算法、网络初始化方法以及路由算法。本文提出了采用节点离散功率模型来为网络节点建模,以此来实现最优的节点放置方式,从而减小网络能耗,并延长网络持续时间。本文的仿真结果表明,与常用的节点功率模型相比,该模型可以降低网络能耗达6%,并延长17%的网络持续时间。在现有的S-MAC协议基础上,利用网络拓扑结构,本文提出了流水线型S-MAC(PS-MAC)协议。该协议继承了S-MAC优秀的节能性能,同时减小了S-MAC引入的网络传输延时。本文还设计了快速的网络初始化流程,该过程在为网络节点分配ID时,也同时建立了网络节点的路由信息,从而使得本文设计的路由协议很简单。本文提出了骨架型拓扑结构的无线传感器网络,并且为该网络设计了一系列的核心算法,为该类网络的实施提供了理论基础。