无线传感器节点一般由容量有限的电池供电,且无线传感器网络通常会被部署在无人看护的户外或环境复杂的危险区域,因此能量受限是无线传感器网络的突出特点。优化传感器节点的能量消耗,延长网络的生存时间,是无线传感器网络能够进入实际应用的关键环节。由于通信能耗占传感器节点总能耗的绝大部分,设计能量优化的路由是延长网络生存时间的一个重要途径。本文在分析数据传输能耗的基础上,针对现有能量优化路由中存在的问题,考虑节点能耗的有效性、均衡性,算法实现的复杂度,以及不同的网络结构和应用需求,分别基于能量代价、物理学场论、模糊逻辑以及非均匀分簇,设计了平面型和层次型的能量优化路由算法,并分析、验证了性能。本文的主要工作包括:1.综合考虑节点能耗的有效性和均衡性,设计了一种新的能量代价标准,提出了基于能量代价的分布式能量优化路由算法。算法基于邻节点信息计算能量代价,选择具有最小总能量代价的前向邻居节点作为下一跳,具有较低的计算时间复杂度。结合无线传感器网络在煤矿井下的应用,提出了基于能量代价的井下长带状无线传感器网络路由算法。2.结合无线传感器网络中数据流量分布的向心性特点,借鉴物理学中场的概念与机理,提出了基于虚拟势能场和虚拟静电场的两种多Sink能量优化路由算法。算法基于节点的跳数和剩余能量构建了虚拟势能场,根据Sink的邻居节点和传感器节点的剩余能量分配正、负电荷的电量,构建了虚拟静电场,以场中的虚拟力大小进行路由选择,利用数学物理方法解决了能量优化路由问题。3.证明了在传感器节点一跳通信范围内单跳长距离传输方式的能量有效性,提出了采用社会福利函数预测邻节点间剩余能量不均衡程度的方法。将能量优化参数:节点靠近最短路径的程度、节点靠近Sink的程度以及节点的能量均衡程度输入模糊逻辑系统,提出了基于模糊逻辑的能量优化路由算法,实现了多因素模糊路由决策。4.针对分簇路由的三个阶段:簇头选举、簇间路由和簇的生成,分别设计了相应的能量优化策略,提出了一种能量优化的无线传感器网络分簇路由算法。算法实现了综合考虑节点的剩余能量、密集度和向心性的基于权值的簇头选举,构建了基于簇头剩余能量和最小跳数的能量优化簇间路由,实现了基于簇头的中转数据量和节点到簇头距离的成簇机制。全文的工作围绕无线传感器网络的能量优化路由展开,从不同角度提出了多种能量优化的路由算法,并通过仿真实验的方法验证了算法的有效性。