无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的基本功能是把每个部署在监测区域传感器节点的数据传输到控制终端,使得数据在传输过程中的路由选择、网络的拓扑结构和负载均衡性以及数据传输的实时性等,成为了无线传感器网络的重要研究内容。因此,在能量有限的无线传感器网络中,研究优化网络拓扑结构,为网络数据传输提供稳定路径的路由协议,是具有挑战性的研究课题。目前无线传感器网络的路由协议中,基于平面拓扑的路由协议拓扑结构简单,节点具有相同的功能和等级,但节点间路由表的维持,大大增加了网络的负担。基于层次拓扑的路由协议的分簇结构很好分配了节点的任务,簇内的通信避免了远距离数据传输所造成的过大能量消耗,数据在簇首的融合降低了网络内传输的数据量,体现出良好的节能效果。但簇首节点的能量过快消耗,不利于网络的覆盖度和健壮性,网络的工作寿命受到了限制。本文针对以上的问题,提出了基于混合拓扑的路由协议,采用分簇结构使其在节能效果上有很好的效果,同时在簇首的选举和簇间的通信进行改造,使其在网络负载均衡上有更好的效果。本文研究基于预测的无线传感器网络混合拓扑路由协议(PHRP协议),首先分析比较了平面路由协议和层次路由协议。然后深入分析链路质量在节点之间数据传输的影响,选取PRR为衡量链路质量的量度标准,对其进行平滑化处理和时效性研究,并量化为A-ETC,为上层路由协议提供策略判断的标准。结合节点与簇首之间的相对距离、链路质量和无线通信传输模型,准确预测出节点在本轮后的剩余能量,得出簇首的预测机制。根据节点与簇首之间的相对距离、链路质量和簇首的剩余能量提出了预测能量距离,为节点加入簇结构提供最优的选择标准。簇间通信提出能量距离最小路径,充分考虑了每个簇首节点这数据传输中的能耗,体现良好的负载均衡。实验结果表明,PHRP协议在簇结构建立阶段采用基于节点预测剩余能量的判断依据,平衡了每个簇结构规模的同时,减轻了簇首在簇内通信的负担。在簇间与基站的通信阶段采用多跳的能量距离最小路径,相对于单跳传输减轻了簇首的能耗,同时也平衡了簇首间的负载。所以,在运行寿命和负载均衡性的仿真实验当中,PHRP协议的效果都优于LEACH协议、LEACH-EE协议和CP-DCRP协议。