无线传感器网络是由低成本,低功率,尺寸小并且能短距离通信的微型传感器节点通过自组织方式形成的网络。分簇结构的簇首选举和能量消耗是层次式无线传感器网络的两个重要问题。簇首选举决定了无线传感器网络的网络覆盖程度,进而决定了对物理世界的监测能力,能量消耗则决定了无线传感器网络的生存时间。簇首选举与能量消耗紧密联系在一起,在保证簇首选举能够获得最优簇个数的同时要尽可能的减少能量消耗。本文主要针对无线传感器网络能量高效的簇首选举算法和最优簇数的选择进行研究。首先介绍了无线传感器网络的基本概念、特点、用途和研究方向,分析了现有路由协议的优缺点。对经典的无线传感器网络分簇协议进行了深入的研究。簇的形成方法是协议的主要内容,而簇首选举算法又是簇形成的核心。本文详细分析了LEACH路由协议的簇首选举算法和最优簇数的选择算法。本文接着提出了能量高效的混合式簇首选举算法LEACH-C。研究证明传感器网络分簇的结构存在最优的簇首个数,使网络能耗最优。LEACH提出每轮选举出的簇首个数的均值是最优值k,而通过分析发现,在LEACH节点成为簇首的概率公式中候选簇首数只是一个估计值,不是系统实际运行中的候选簇首数。本文采用随机过程的方法分析发现,LEACH协议运行中簇首个数的均值并不是一个常数k,而是一个函数。在此基础上,提出了混合式簇首选举算法LEACH-C,通过在每轮数据传输的末端让基站向整个系统广播已经成为过簇首个数的信息包,使节点知道系统实际的候选簇首数,实现簇首个数的均值等于最优值k。而对于最优值k的选择上,对其计算方法进行了进一步地改进,得到改进后地最优簇数计算算法。模拟实验表明LEACH-C算法较之LEACH算法不仅延长了系统生存时间,而且基站能够接收更多的数据,对LEACH-C增加的能量开销进行分析指出所增加的能量开销很小。