路由协议作为无线传感器网络核心支撑技术,一直以来备受国内外学者的关注。多年来针对二维环境的路由协议研究已经较为成熟,然而针对三维移动型传感器网络环境的路由协议研究仍处于起步阶段。在绝大多数诸如大气探测、海洋勘探和动物群落跟踪等应用中,传感器节点往往以不同密度分布于三维环境中,且节点的位置因各种因素而频繁更改。如何在这种动态拓扑的网络环境下,设计能量高效和数据传输高可靠性的路由协议是当前学术界的研究热点。本文主要从基于拓扑结构的路由协议和基于地理位置的路由协议两个方向进行研究,提出一个结合二者优势的混合型路由协议。在基于拓扑结构的路由协议方面,本文首先提出一种基于LEACH的改进协议T-LEACH,该协议设计了三大机制,主要在以下三个方面进行了改进:(1)结合树路由机制,降低簇头节点的能量消耗,提升网络生存期。在簇头间形成数据采集树,降低了边缘节点的能量消耗,使得大规模节点移动型网络应用成为可能。(2)提出簇头节点移动反应机制,解除了固定簇头节点位置的限制,降低了网络部署成本,有利于发挥传感器网络的优势,同时也使得LEACH算法在均衡消耗网络能量上的优势得以体现。(3)结合功率控制技术,减少了单跳传输的能耗,提高了节点的生存时间。通过本文提出的多跳传输机制,T-LEACH算法可以有效地降低节点的能量消耗,从而进一步提高网络的健壮性。为进一步提高数据传输的可靠性,本文结合T-LEACH协议,提出了基于节点密度加权的路由协议方案,该方案通过同时运行T-LEACH协议和加权的基于地理位置的路由协议,利用T-LEACH协议收集全局密度信息,对贪婪算法和恢复算法进行加权,一方面利用全局节点密度信息解决局部最优问题,另一方面令数据在节点密度较高的主干区域传输,显著提高了网络生存期,既规避了LEACH算法周期性通信中断的问题,也对路由空洞问题提出了解决方案。最后,通过在项目组设计的无线传感器网络三维环境路由协议仿真平台上,对本文提出的路由协议与现有的LEACH、CBR-Mobile和Greedy等协议进行了仿真实验和对比。实验证明,本文提出的路由协议在能量消耗,网络生存期及数据交付率等方面优于上述现有的协议,具有良好的应用前景。