无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)是由部署在监测区域内数以万计的廉价的微型传感器节点组成,这些传感器节点通过无线通信方式形成了一个多跳的自组织网络,能够协作地实时检测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并将采集的信息传送给远方的观察者。随着近年来的发展,WSN已逐渐成为工业界及学术界的一个研究热点,在科研、民用和军事等领域有着非常广阔的应用前景。由于WSN自身的一些特殊特点,如电源能量有限、计算能力有限、通信能力有限和网络拓扑结构灵活多变等,已提出的大量路由协议并不适用于WSN,而且,现存的各种路由协议在设计时普遍缺乏安全方面的考虑,因此,在保证一定安全性的前提下,如何有效的节省和平衡节点能耗,是目前WSN的一个重要研究方向。本文首先简单介绍了WSN的体系结构、特点及国内外研究现状,并对目前WSN中典型的平面路由协议和分簇路由协议进行了分析,重点阐述了典型的分簇路由协议LEACH。然后,分析LEACH协议的优缺点,提出了改进方案。其一是针对LEACH协议没有考虑到簇间的能量消耗均衡问题,提出一种基于非均匀分布双簇头的路由协议(NUDC),核心思想是根据LEACH的簇头选举算法随机选举出主簇头,再根据阈值在距离基站较近的簇内产生副簇头,来分担主簇头转发的负载,同时,采用簇间多跳传输方式,通过网络内的副簇头和中间节点将数据多跳路由到基站,从而减少了远离基站的簇头的能量消耗,延长了网络的生命周期。其二是分析WSN路由协议中常见的攻击类型,针对NUDC协议在安全方面的不足,在NUDC路由协议的基础上融入安全机制(NUDC-S),使用密钥预分配方案产生簇内密钥和簇间密钥来加密数据的传输过程,从而提高网络的安全性。本文在NS2仿真平台下对NUDC和NUDC-S进行了仿真实验,仿真结果表明,NUDC均衡了能量消耗,延长了网络的生命周期,NUDC-S虽然在能耗上稍微有所增加,但在一定程度上提高了网络的安全性。