随着无线通信技术、嵌入式计算机技术与微机电技术的发展,无线传感器网络及其应用己经逐渐深入到人类生活的方方面面。而数据收集是各类无线传感器网络广泛应用的基础,更是连接物理世界和信息世界的重要途径。目前,分簇数据收集技术凭借其简单、灵活、高能效、便于管理、可扩展性强等诸多优势,受到了学术界和工业界的广泛关注。本文围绕无线传感器网络分簇数据收集技术展开研究,根据具体的应用情况,设计合适的分簇数据收集算法,既完成数据收集的任务,又满足提高网络能量效率,有效延长网络寿命,保证网络服务质量感知的性能需求。由于无线传感器网络研究与应用密切相关,在不同的应用中,网络的应用场景和数据收集的性能需求都会有所不同。本文在分析总结当前已有研究工作基础之上,针对不同的网络节点分布情况(节点均匀分布与节点非均匀分布)和提高能量效率之外是否需要考虑其他QoS性能(网络覆盖率与数据收集可靠性)着重进行了以下四方面的研究工作:(1)提出了基于分环的不等分簇数据收集算法UCDGAR。以节点均匀分布且无需考虑其他QoS性能的应用为前提,UCDGAR主要解决在大规模部署的无线传感器网络中,周期式重新构建不等簇结构导致能量消耗过多的问题。首先,UCDGAR通过理论计算获得网络能量消耗最小时的分簇参数。其次,通过这些最优的分簇参数将网络构建成不等簇结构。最后,通过簇首扰动算法,使不等簇结构一旦建立,只需周期式地轮换簇首角色,无需周期式重新建簇,有效地降低网络的能量消耗并延长网络寿命。(2)提出了具有最优簇规模的不等分簇数据收集算法UCDGAOCS。以节点非均匀分布且无需考虑其他QoS性能的应用为前提,UCDGAOCS主要解决簇首选择过程中消息代价过大以及簇首竞争半径不佳的问题。与经典的不等分簇数据收集算法相比,首先,UCDGAOCS采用广播计时机制代替消息协商机制,降低了网络的消息代价,减少了能量消耗。其次,从理论上获得了能量消耗最小时的最优簇首竞争半径,构建了最佳的不等簇结构,从而均衡了网络能耗。最后,在簇间多跳路由建立的过程中,引入了能量密度因子并利用节点定位技术实施定向路由发现,这不仅可以有效避免路由探测包的盲目泛洪,还能够进一步均衡网络的能量消耗从而延长网络寿命。(3)提出了具有覆盖感知的不等分簇数据收集算法CUCDGALS。以节点均匀分布且需要考虑其他QoS性能的应用为前提,CUCDGALS主要解决簇首与成员节点间的能耗鸿沟以及保障目标节点尽可能长时间被覆盖的问题。首先,提出了覆盖重叠因子,使其作为簇首选择和簇间路由中转节点的主要参数,其目的是使覆盖重叠因子较大的节点成为簇首和中转节点的可能性较高。其次,为了有效缓解簇首与成员节点的能耗鸿沟,每一簇单元运用有序加权平均算子竞选两种簇首,即主簇首和从簇首。主簇首负责接收本簇成员节点和其他簇首的数据并将其进行数据融合。从簇首负责向其他节点转发数据。CUCDGALS不仅能够有效地均衡簇首与成员节点间巨大的能耗差异,延长网络寿命,还能够提高网络覆盖率。(4)提出了基于多准则决策的不等分簇数据收集算法UCDGAMCD。以节点非均匀分布且需要考虑其他QoS性能的应用为前提,UCDGAMCD主要解决网络能量消耗不均衡以及防止节点失效和包丢失的问题。首先,采用直觉模糊层次分析法和层次模糊积分的多准则决策方法将多个影响簇首选择因素进行了综合评价。其次,提出了可以动态调节的簇首竞争半径,使其能够在节点非均匀分布和能量异构的网络场景中建立能耗均衡的不等簇结构。最后,在簇间数据传输的过程中,提出了按比例分配的路由算法。UCDGAMCD不仅能够均衡网络的能量消耗并延长网络寿命,还能够提高数据收集可靠性。