无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是继因特网之后,对人们生产生活产生重大影响的IT热点技术。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。无线传感器网络是一种新兴而先进的网络系统,可以广泛用于国防、工业、环境、医疗等多个领域。无线传感器网络中的节点能量十分缺乏,硬件资源非常匮乏,通信与计算能力有限,传感器网络节点的电池更换通常很难完成。如何使用有限的能量来最大限度的延长网络的生存时间,是无线传感器网络目前需要解决的关键课题。高效节能的路由协议则是实现这个目标的有效手段之一。本论文得到了重庆市自然科学基金(No.2005BB2198)的资助,主要内容是围绕无线传感器路由协议,能量策略以及协议的实现来进行的。论文的主要工作如下:①分析比较了现有无线传感器网络的路由协议;根据传感器网络具体的应用要求,总结了目前路由协议中路由度量的标准,分析了其各自不同的特点,指出了无线传感器网络路由协议采用能量度量的重要性和必要性。②从网络协议栈的角度出发,分析了无线传感器网络的节能策略;指出了传感器网络中“能量空洞”以及“热点节点”形成的原因;推导出了基站的数量和位置与网络节点负载的关系,指出在节点均匀分布的前提下,基站数量越多,分布越均匀,越接近监测区域中心,节点的能量消耗越均衡;针对树型拓扑中多对一数据流的问题,提出了几种能耗均衡策略。③论文在分布式树型路由框架的基础上,结合了能量感知、数据融合、中继节点等节能策略,采用最少重传次数与节点剩余能量相结合的度量算法,设计出一种新型的无线传感器网络节能路由协议。该协议结合了按需路由和表驱动路由的优点,路由消息发送采用事件驱动和时间驱动相结合的方式来降低网络维护的开销。协议利用数据融合策略减少了多跳转发的通信开销,提高了消息报头的利用效率。论文采用40个节点,分别对洪泛路由协议、分布式树型路由协议以及节能型路由协议进行了仿真。仿真结果表明,节能型路由协议的性能明显高于洪泛路由协议以及分布式树型路由协议。采用节能协议的节点平均发射能耗和最大发射能耗分别只有采用分布式树型路由协议时的28.38%和15.56%,而节点消息的平均接收率与采用能量策略前相比相差在2%以内,并没有因为采用数据融合而使得传输可靠性出现明显下降。实验证明,节能型路由协议能够有效的降低节点的能耗和改善节点能耗不平衡的状况,并且具有一定的可靠性。④在TinyOS操作系统中利用nesC语言实现了这种节能型路由协议。论文详细阐述了在TinyOS中路由算法和节能策略的实现原理、实现手段和实现过程。采用Micaz节点为平台,以MIB600为网关,以温度、光照度等参数的采集为应用,实现了具有数据融合等功能的节能型路由协议,用户利用Socket方式经以太网得到观测数据。新算法程序相对于原分布式树型可靠路由,仅需增加420字节的ROM和50字节的RAM。