无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)是当前在国内外备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。WSNs能够拓展人类的信息获取能力,将客观上的物理世界和逻辑上的信息世界联系起来,具有十分广阔的应用前景,受到学术界和工业界的高度重视。　　 路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,是WSNs的关键技术之一。传感器节点的计算能力、存储能力、通信能力以及携带的能量都十分有限,每个节点只能获取局部网络的拓扑信息;网络拓扑结构动态变化,网络资源也在不断变化。这些特点使得许多成熟的路由技术不再适合于WSNs,迫切需要根据其自身特点研究合适的路由协议。分簇路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点,成为WSNs当前重点研究的路由技术。本文围绕WSNs的分簇路由技术展开了研究,侧重点是通过网络分簇优化及网络分簇和簇问路由的有机结合,缓解或避免由于传感器节点能耗不均所导致的网络“热点”问题(1lot-spots problem)和“能量空洞”现象(energy-hole phenomenon),构建能量高效均衡的WSNs分簇路由协议。本文的主要工作和创新点如下:　　 第一,论述了WSNs的基本特点和关键技术,分析了WSNs路由协议设计的影响因素和基本要求,阐述了WSNs分簇路由协议设计的核心问题。对现有的重要WSNs分簇路由协议和算法进行分类的基础上,分析了它们的优缺点及其性能问题,为设计新的性能更好的分簇路由协议和算法奠定基础。　　 第二,提出了一种能量均衡的WSNs两层分簇路由协议TL-EBC(energy-balanced clustering routing protocol of two-layer hierarchy)。WSNs分簇路由协议研究的一个关键问题是如何最优化组簇,既能有效降低单个节点能耗,又能均衡整个网络能耗。TL-EBC采用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法实现网络节点最优化组簇;并设置总簇头负责收集、处理簇头数据并发送至基站,以均衡不同位置簇头间的能耗。仿真结果表明,TL-EBC能有效降低节点死亡速度,均衡网络能耗,延长网络生存周期。　　 第三,提出了一种能量均衡的集中式非均匀分簇路由协议EBUC(energy-balanced unequal clustering protocol)。本协议采用非均匀分簇和簇间多跳路由有机结合的方式。应用PSO算法,EBtJC选择一组最佳节点担任簇头并将网络划分为大小不等的簇,不仅最小化簇头和簇成员的距离以减小簇内通信能耗,同时使得距离基站较近的簇具有较小的几何尺寸来优化网络能耗。这样,距离基站较近的簇头在簇内通信中消耗的能量较少,节省下来的能量用于簇间的数据转发任务,不同位置簇头的能耗得以平衡。EBUC采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量和节点与基站距离,每个簇头在所有簇头集合中运用贪婪算法选择其中继节点。实验结果表明,EBUC能有效节约单个节点能量,均衡网络能量,延长网络生存时间。　　 第四,提出了一种能量高效均衡的分布式非均匀分簇路由协议DEEUC(distributed energy-efficient unequal clustering protocol)。本协议采用分布式控制策略实现网络非均匀分簇和簇间多跳路由,适用于大规模WSNs。DEEUC采用基于时间的簇头竞争算法,广播时间取决于候选簇头的剩余能量和其邻居节点的剩余能量。同时,通过控制不同位置候选簇头的竞争范围,使得距离基站较近的簇具有较小的几何尺寸。这样,网络中不同位置节点之间的簇内和簇间通信能耗得以互相补偿,实现总能耗的平衡。DEEUC采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、簇内通信代价和簇间通信代价,每个簇头在邻居簇头集合中运用贪婪算法选择其中继节点。仿真实验表明,DEEUC能有效节约单个节点能量,均衡网络能耗,延长网络生存周期。