无线传感器网络涉及许多个学科,知识相互交叠,随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算、分布式处理和无线通信等技术的极大进步成为当今世界IT领域备受关注的研究热点之一。无线传感器网络由大量微型廉价的节点通过无线通信自组织成网络,相互合作感知和采集监测对象的信息,计算、融合处理并发送给用户,将客观物理世界与逻辑信息世界联系在一起,具有十分广阔的应用前景,可应用于军事、医疗、环保、工农业控制等众多领域。由于无线传感器网络自身特点——有限的能量、计算能力和通信能力,使其与传统网络有很大差别,能量高效均衡成为无线传感器网络的首要设计目标。路由协议是无线传感器网络的核心,而经过验证层次路由协议能量均衡性较高,它将网络划分为多个相互连接的簇,簇头节点负责收集成员信息并与汇聚节点进行通信。层次路由协议可有效减少数据通信量,提高网络的可扩展性,适合大规模部署网络并显著延长网络生命周期。本文以能量高效均衡为重点,研究无线传感器网络层次路由协议。1.针对经典分簇路由协议LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)中随机产生簇头节点,簇头节点数目不确定,并且未考虑节点地理位置和剩余能量,提出基于ACO(Ant Colony Optimization)的分簇路由协议ACO-CH(Ant Colony-based Cluster-Head Algorithm)。首先通过对整个网络系统能耗进行分析确定最佳簇头数目；在网络初始化阶段由汇聚节点来指定初始簇头节点,簇头节点均匀分布于监测区域；采用基于蚁群优化的自适应分簇策略,利用信息素浓度概念,综合考虑节点能量及位置信息进行簇头选择和簇的形成,使网络不断进化为最优的拓扑结构,合理分配簇头负载从而延长网络寿命。2.针对大规模无线传感器网络的特点,簇内采用单跳通信方式,簇间采用多跳通信模型,提出ACO-UDC(Ant Colony-based uneven Double Cluster-heads Algorithm)路由协议。靠近汇聚节点的簇头由于转发大量数据,能耗大过早死亡,从而导致网络寿命过短。因此将网络划分为非均匀的簇,采用非均匀半径来构造大小不等的分簇,靠近汇聚节点的分簇半径小于远离汇聚节点的分簇半径；采用双簇头策略,主簇头与簇成员通信,采集信息并进行数据融合,副簇头负责转发信息；簇间多跳路由引入了蚁群优化算法,根据能量和位置信息,在迭代过程中不断优化路径。最后通过仿真证明,ACO-UDC路由协议可有效地降低通信能耗,均衡节点的能量,从而延长了整个网络的生命周期。