随着传感技术、通信技术、微电子电路的持续创新和进步,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)在制造业、农业以及国防科技等领域的应用中越来越普遍,几乎所有的远程监测应用都使用了WSN,这些应用通过传感器从现场感知信息并将其以无线方式传输到计算机层面。但传感器节点体积小,自带的电源容量受限,所以怎样降低节点在感知信息和转发信息过程中的能量消耗以延长网络寿命是WSN的重点问题。本文从高效利用网络节点能量的角度出发,分析现有分簇路由协议的特点,针对节点均匀分布和节点非均匀分布两种状态下的相关路由协议进行了研究和改进,并将设计的节点非均匀分布状态下的WSN路由协议应用于校园防火监测系统。节点均匀分布下的WSN路由协议设计(RPUDN):在节点分布均匀的网络中,可简化分簇过程,快速成簇,减小控制开销。协议将节点覆盖的区域划分为多个等距环,以能耗最小化来计算离汇聚节点最近一环的最优簇首数,再以各环节点的能耗相等算出其余环的最优簇首数,进而得出每环平均每个簇的节点数,节点以计数的方式完成分簇阶段,然后在簇内选出一个优质的节点负责簇首工作,最后利用改进的引力搜索算法建立多跳路由的目标函数,外环的数据沿最优路径向内环转发,直到目的节点。MATLAB仿真实验证明:RPUDN协议可以有效减小节点的能量耗费,大大延长网络寿命。节点非均匀分布下的WSN路由协议设计(RPNDN):在节点分布不均匀的网络中,如果节点仅依据接收信号强弱申请加入最近的簇首,则密集区域的簇首能耗要比稀薄区域的大,造成节点能耗不均衡。协议以节点剩余能量、节点密集度和节点与目标节点之间的距离为影响参数选出最优簇首;分簇阶段参考静电场库仑力的作用模型,普通节点申请加入虚拟力大的簇首;最后,簇间多跳路由综合考虑簇首能量和距离两个因素,并根据剩余能量随网络运行的变化自适应确定权重,建立通信代价函数寻找数据转发路径。MATLAB仿真实验证明:RPNDN协议可以有效平衡节点负载,提高网络的性能。最后,将本课题设计的节点非均匀分布下的WSN路由协议应用于校园防火监测系统并对其性能测试,在有可能发生火灾的地方安装温度传感器,传感器根据收到的指令进行感知温度信息,当监测温度超过设定限值时,启动报警系统,向管理员发送紧急信息。测试结果表明通过系统收集的数据与实际数据误差小,传输数据的能耗和丢包率低。