作为20世纪末发展起来的一种无线自组织网络,无线传感器网络是集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理于一体的传输技术。不同于传统的公网通信技术,无线传感器网络是以任务或数据为中心的,并以其易于布置、低能耗、低成本、方便控制等特点内广泛应用于军事、医疗、农业、环境、智能等多个领域。在农田领域中,传统的依靠人工采集和有线的数据获取在实时性、准确性和便捷性上均已经无法满足农业生产的需求。无线传感器网络技术与农业领域应用的结合是推动现代农业升级转型的重要推动力。因此设计优化无线传感器网络的组织结构,来适应和应用在农田环境中是一个重要的研究领域。本文针对农田监测环境具有部署特殊、规模大、农作物生长所受环境因子影响复杂等特点,将无线传感器网络分层路由路由协议当中的核心协议LEACH协议作为研究对象,从网络建模、节点类型、簇首选择及其轮换机制、路由选择算法等方面对协议作出适应性改进。主要研究成果如下:(1)农作物在农田环境生长时,其生长状况是受到多方面环境因素的影响,因此本文在初始化网络时设置了不同类型的传感器节点,模拟实际应用中,不同数量级的传感器节点产生不同参数下能耗的算法。(2)农田环境因作物的生长特点往往是规律的被排布在种植区域,区域中传感器节点的密度和个数会影响数据的采集质量。因此采取先分簇后选簇首的方式,引入虚拟格的形式,根据农田监测的范围设定网格长度,将网络分为均匀的虚拟格,并采取格融合的形式来均匀各个簇的节点。(3)研究LEACH协议在簇首选举算法的特点后,发现其不足并做出改进。新的簇首选举时考虑到节点剩余能量、节点密度、节点中心度,三方面来决定簇首选举概率,簇首的轮换机制考虑到当前簇首节点的剩余能量,提高了节点的复用率。结合虚拟格的形式,可有效减少节点间控制信息传递所产生的能耗。(4)农田环境最大的特点就是大规模,农作物分布广,LEACH协议簇首与基站的单跳传输方式既消耗能量,又是不可靠传输,因此设计了稳点阶段节点间基于贪婪算法的多跳传输,其中对跳出路由空洞的周边算法做出改进。最后考虑到周边算法的弊端,设计了避免路由空洞的算法,引入普通节点代替簇首节点参与多跳的算法。算法使得数据传输有效的通信,并且节省了能耗,提高了网络生命周期。