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随着嵌入式计算技术、无线通信技术、传感器网络技术和自动控制技术的快速发展与日益成熟，物联网技术应运而生。物联网技术作为连接物理世界和信息世界的纽带，正在受到越来越广泛的关注，并且已经逐渐融入到我们的日常生活中在环境监测、交通和物流、健康医疗、工业领域和智能家居等领域得到了应用。本文研究工作面向环境监测应用，以实际物联网系统——太湖蓝藻蓝藻爆发监测系统、故宫展厅文物监测系统和故宫古建筑监测系统为应用背景，发现并解决物联网前端的网络接入和数据通信方面的关键技术问题，以保证物联网系统能够得以成功实施和应用。物联网前端的网络接入问题，即通过网关选择技术传感节点选择最优的接入网关，是实现物联网前端数据传输的基础。物联网前端的数据传输问题，即通过一定的手段实现低开销且精确的链路质量评估方法，根据链路质量评估的结果使用有效的控制（重传控制和功率控制），是实现非间断数据可靠传输和能量优化的关键。 本文研究工作的特点在于结合了这些物联网系统在应用场景中的实际要求和真实环境状况，如在太湖蓝藻爆发监测系统中，由于系统部署在太湖，采用自采集能量网关，网关能量和任务量受到位置、气象等信息影响会出现动态变化;在故宫展厅文物部署系统中，传感节点和文物一起部署在密闭的展柜内部，传感节点实时监测展柜内部的传感信息，系统运行的时间不低于一次展览的时间;在故宫古建筑监测系统中，传感节点采用Zigbee和WiFi双模通信节点，部署在古建筑的横梁、柱子等位置上面，系统采集古建筑环境的数据。针对这些节点技术、部署环境和应用需求的变化，为了保证环境监测系统数据的数据传输及能量优化必须解决以下三个网络接入和数据通信方面的关键技术问题:(1)如何以低的开销，实时、准确地选择网关;(2)如何以低的开销，准确地判断当前链路质量与应用需求对应的关系;(3)根据链路质量判断结果，如何设计有效的控制策略满足系统的应用需求。 针对上述三个问题，本文展开了以下三个方面的研究: 1.在基于能量自采集网关的环境监测系统中，针对传感节点频繁切换网关的问题，本文提出了能量预测的网关切换机制，该机制包括:(1)一种基于能量和网络拥塞的网关无缝切换方法，以保证数据非间断传输;(2)一种基于网关能量等信息的网关选择算法EasiGS，以选择最优网关;使用概率统计的方法，对EasiGS进行优化，降低传感节点切换的频次，从而降低传感节点频繁切换网关。仿真结果表明，与现有网关切换方法相比，该网关切换机制能够实现传感节点无缝切换网关。通过不同情况的分析和实验，优化后的EasiGS能够有效降低网关切换的频次。 2.在有最低寿命要求的环境监测系统中，针对系统传输实时性难以保证的问题，本文提出了一种基于综合链路质量评估的传感器网络重传机制。首先通过实际部署系统分析传感节点的链路质量存在相关性;然后实现了一种根据传感节点的链路质量信息和位置信息的分簇算法EasiAC;最后根据分簇信息、传感节点剩余电量、系统寿命要求提出一种重传算法EasiAR。实验表明，EasiAR能够满足系统寿命要求。此外，在系统可靠性方面，相比链路自适应重传方法(LRQ)，采用EasiAR算法的数据成功发送率提高20％。在系统实时性方面，相比LRQ，采用EasiAR算法的数据传输时延降低53.48％。相比自动重传方法(ARQ)，采用EasiAR算法的数据传输时延降低61.86％。 3.在链路质量波动严重的环境监测系统中，针对数据传输可靠性低以及能量消耗不均衡的问题，本文提出了一种基于于双模通信节点的传感器网络功率控制方法。首先通过实际部署系统分析，得出不同位置不同发射功率的节点的RSSI(Received SignalStrength Indication)与PRR（Packet Reception Ratio）有着不同的分布关系;然后实现了一种基于RSSI值的链路质量评估方法。根据RSSI值和重传丢包率，提出了一种低开销，高准确性的计算发射功率评价因子的方法。基于计算的发射功率评价因子，实现了Zigbee功率控制算法EasiPOC。并且基于WiFi和Zigbee在通信速率和功耗上互补的特点，即Zigbee通信传输速率低，但是功耗低，WiFi通信方式功耗高，但是传输速率高，实现了Zigbee和WiFi综合功率控制方法EasiPWC。实验结果表明，相比于采用固定发射功率的传输方式，EasiPOC算法能够适应链路情况的动态变化，能够有效降低能量消耗和保证数据传输可靠性。同时，实验结果表明，结合EasiPWC方法，能够实现系统传感节点能量的均衡并且进一步提高数据传输可靠性。