本文主要针对无线传感器网络中无线链路不稳定与传感器节点能量有限等问题,研究并设计了能量有效的随机型路由。为了减少环境等外部因素对无线链路的影响,主要使用机会路由协议来提高数据传输的可靠性,同时,利用功率控制与休眠调度等节能技术来降低网络能耗。然而,在路由协议的设计中综合利用这些节能技术与随机型数据转发机制会造成诸多困难。发射功率的调节不仅会改变节点自身的能耗,对无线链路质量以及机会路由中候选节点的选择也有着很大影响。此外,异步休眠调度中节点相关信息的缺乏与额外等待时延的引入,使得节点在数据转发过程中的路由决策非常关键。针对这些问题,本文主要利用马尔科夫链以及马尔科夫决策过程(Markov decision process,MDP)等理论对随机型路由协议中数据转发与路由决策过程进行建模,分别设计了基于功率控制的机会路由与带有异步休眠调度的随机转发机制,保证在提高数据包转发效率的同时,有效地降低网络能耗。本文的具体研究工作如下:(1)第一章阐述了无线传感器网络的特点与节能技术,对能量有效随机型路由协议设计所面临的问题进行分析,并介绍了本文的主要研究内容。(2)第二章研究了基于功率控制的机会路由协议的设计问题。利用马尔科夫链对机会路由中数据转发过程进行建模,进而研究发射功率的改变对路由度量以及网络性能的影响。通过一个分布式候选节点选择算法为每个节点确定其最优发射功率以及相应的候选转发集,最终得到了一种基于功率控制的机会路由协议。通过网络仿真,验证了所提协议在取得较好的网络性能的同时明显降低传感器节点的能量消耗,从而延长网络的生存周期。(3)第三章通过对节点休眠唤醒以及数据转发过程的建模,研究了两类带有异步休眠调度的随机转发机制。第一类转发策略延续了机会路由的思想,利用数据包端到端的期望传输时延对候选转发集进行优化,然后发送者在候选转发集中选择最先唤醒的节点作为中继节点转发数据包。第二类转发策略利用MDP理论来建模发送节点的单跳数据转发过程,发送者在做路由决策时以一定的概率选择直接转发或是等待其它节点唤醒。通过求解有限阶段有限状态的MDP问题,得到了最优的随机型转发策略。网络仿真结果表明:这两种随机转发机制在带有异步休眠调度的无线传感器网络中都能够有效地降低网络时延与能耗,特别是在低占空比情形下后者能够保证最优的网络性能。(4)第四章对本文的主要研究工作进行总结,并对下一步的研究方向进行展望。