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近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微型机电系统(MEMS)等技术的飞速发展,使得低成本低功耗、多功能的微型无线传感器的大规模生产成为可能。由这些具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的微型传感器组成的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)具有非常广阔的应用前景和研究空间。无线传感器网络是能量受限的网络,如何高效节能以最大化网络的生存周期是无线传感器网络研究面临的首要挑战。基于监测应用的数据收集式无线传感器网络具有集中式数据收集、多跳数据传输和多对一数据流模式的特点,这些固有的特点容易导致网络中负载过高的节点能耗速度过快,造成能量空洞,使整个网络过早死亡或陷于瘫痪。相关研究表明,均衡网络各节点的能量消耗能够高效利用网络能量最大化网络生存周期。本文首先介绍了目前无线传感器网络节能机制方面国内外的研究现状,重点分析了现有解决无线传感器网络能量空洞问题的方法。其次,从理论上分析了能量空洞问题的可避免性和经典的LEACH协议,指出了LEACH协议在簇头分布不均、簇头开销过大以及簇头与Sink节点单跳通信耗能过大的缺点。在分析基于负载均衡的分簇策略和基于概率向量的均匀分簇策略在解决上述问题思想方法的基础上,给出了基于能耗均衡的非均匀分簇策略。其核心思想是通过分簇拓扑控制来提高网络能量利用效率,均衡网络能量消耗,解决无线传感器网络的能量空洞问题,延长网络生存周期。本策略综合考虑了簇内通信和簇间通信的相互影响,保证了簇头节点与Sink节点端到端链路的可靠性,提出等效距离的原则来确定簇头节点的位置,通过数学分析建模将均衡网络能耗、最大化网络生存周期问题归纳为几何规划中标准的符号优化问题,利用最速梯度下降法求解得到模型的最优解来确定簇的大小。通过实验对本策略与基于负载均衡的分簇策略和基于概率向量的均匀分簇策略进行了分析比较,结果显示本策略能有效降低网络能量剩余率,延长网络的生存周期。最后通过在OPNET上搭建了基于IEEE802.15.4协议的无线传感器网络仿真平台验证了本策略在实际网络中的应用效果。