无线传感网络技术近年飞速发展,在医疗救护、环境监测、军事及工农业生产方面具有广阔的运用前景,成为本世纪信息技术中一个新的研究发展方向。由于传感器节点本身的能量有限,能量有效的介质访问控制协议、路由协议、拓扑控制机制及应用层协议等,是无线传感网络协议栈设计中必须重点考虑的问题。同时,多层协议协同设计的策略更有利于无线传感网络能耗性能的优化。目前,仅依靠网络层的路由协议,即平面路由、层次路由、地理位置路由等算法,都不能有效的解决降低全网能耗、平衡全网负载的问题。GAF算法将拓扑控制技术、数据路由技术相结合,采用网络分层和节点睡眠调度策略,极大的节约了全网节点的空闲及监听能耗,有效的延长了网络生命期。本文以GAF算法为基础,针对算法在全网拓扑划分方式上的不足给出三种改进方案,以进一步降低节点的能量消耗,实现全网各节点的负载平衡。首先,针对GAF算法固定的拓扑划分方式可能导致每个簇中心附近的节点负载过大从而提前死亡的问题,给出了一个簇循环移位方案,使全网在满足最小化簇内能耗基础上又可达到各节点的负载平衡；其次,本文分析了一个单元格虚拟分层的拓扑改进方案,以实现节点无线发射功率不变的前提下扩大单元格覆盖面积,增加休眠节点数以节约全网能耗的目的；最后,针对GAF矩形的簇结构限制了其对角线方向的网络连通性问题,给出一种非对称的簇分布算法,缩短了分组数据到汇聚节点的传输距离,提高了路由效率。本文采用Matlab软件进行仿真环境的搭建,对三种算法的性能进行了理论及仿真分析。实验结果证明相对于标准GAF算法,改进算法在系统负载和生存时间上都有一定的性能提升。