无线传感器网络是当前一个热门的研究领域,它涉及无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理和微电子制造等学科的高度交叉。在无线传感器网络中,传感器节点能够实时监测、感知和采集覆盖区域内监测对象的信息,并通过多跳自组织的方式将数据传送回汇聚节点。无线传感器网络在军事和民用领域都具有广阔的应用空间,已经引起了国内外学者和产业界的高度重视。论文围绕无线传感器网络路由协议展开研究工作,重视理论与实际相结合,文中所提出的部分算法不仅通过仿真平台进行了性能评估,并基于自行开发的S-Mote节点完成了对算法的实际部署测试。对目前在无线传感器网络应用中广泛使用的TinyOS平台下的路由协议进行了研究,指出在仅以链路质量代价为路由选择标准中,可能出现的负载不均衡性。目前在TinyOS多跳路由协议具体实现的研究中鲜有针对以上问题的研究与设计工作。本文根据在应用中节点相同数据流和不同发包频率而产生异构数据流的情况,分别提出并在TinyOS系统上实现了MintRoute-HNLB和SLNC-MHop负载均衡路由算法。MintRoute-HNLB协议中引入热度申明和热点节点规避机制,选择次优父节点分担热点节点的数据转发任务:SLNC-MHop在基于链路代价父节点选择的基础上加入了负载均衡策略,通过在设定的观察时间内,与同级节点平均工作负载的比较来判断本节点负载是否过荷,负载过荷节点发布负载过荷通告,由同级中负载最轻的节点协助完成数据包的分流任务。仿真结果显示,算法有效地实现了网络负载均衡。所提算法在自行开发的S-Mote节点上进行了实际部署测试,进一步验证了算法的可行性。针对无线传感器网络中存在节点移动的情况,本文对按需路由协议进行了研究。提出了AODV-NCSD路由算法,综合考虑节点的剩余能量和通信状态等级,对路由发现及建立的过程进行优化。仿真结果表明,AODV-NCSD提高了网络生存时间和数据包传送率,并减少了网络中RREO报文的发送数量。其次,提出了基于权重标准选择备份路径的策略AODV-WBR,减少了由于主路径断裂后路由重建而引起的数据传输延迟。在对分簇型路由协议研究中,以HEED分簇算法为研究原型,提出了HEED-CHEE分簇算法,对“孤儿节点”和“孤立簇头节点”采取最优邻居中继入簇的处理策略,并考虑簇头剩余能量建立簇头间多跳路由传输机制。仿真结果显示,HEED-CHEE与HEED算法相比,能够有效地减少簇头能量开销,保护低能量簇头和延长网络生存时间。对HEED算法与TinyOS中多跳路由相结合的iHEED协议进行了改进,提出并在TinyOS上实现了iHEED-CHLevel算法。iHEED-CHLevel在HEED算法与多跳路由协议相结合的基础上,用分层成簇的思想保证分簇后簇间的连通性和融合数据的可靠传输。本文根据在某高架桥上部署的基于无线传感器网络的结构健康监测系统,研究了与应用相关的路由协议的设计。介绍了该系统中的S-Mote节点,着重论述了根据应变数据监测节点的部署情况而设计的与应用相关的分簇多跳路由协议MHop-CL,通过仿真实验对MHop-CL路由协议进行了性能分析,并在某高架桥上进行了实际部署,完成了对系统及所提路由协议的测试工作,为无线传感器网络应用提供了一定的参考价值。论文最后对所研究的内容进行总结,给出了本文的主要贡献和创新点,并展望了今后要做的研究工作。