随着传感器技术和无线通信技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)在近几年得到了广泛的应用。由于WSNs中的传感器节点多由自身携带的微型电池供电且难以充电,因此WSNs中的能量资源十分有限,如何降低传感器节点能耗和延长网络寿命是WSNs亟待解决的关键问题。国内外众多学者针对该问题进行了大量的研究工作,研究结果表明通过WSNs拓扑结构和路由算法优化能够有效延长网络寿命,所以研究能耗均衡的路由算法对WSNs的应用具有重要意义。无线传感器网络路由算法中,在均衡节点负载并合理利用网络能量方面,采用分簇的层次型路由算法具有明显优势。本文对基于分簇的路由算法能效问题进行了深入研究,并在现有能耗均衡策略的基础上,重点研究了分层结构网络的能耗均衡问题,论文研究的主要内容如下:(1)对WSNs的工作原理、特征以及传感器节点结构和能量消耗等方面进行了详细阐述,通过对WSNs各类经典路由算法的对比和分析,研究了分簇路由算法的特点,并以此为根据给出了分簇路由算法的设计原则。(2)针对能量同构的WSNs中节点能耗不均衡而引起的能量空洞问题,提出了一种非均匀分区的WSNs能耗均衡路由算法。该算法分析了分层结构网络的层间距与各层网络能量消耗之间的关系,并以此为根据做出合理的网络划分,达到了均衡网络各层能耗的目的。其次,同一分区内节点成簇并设计了与节点剩余能量和簇内能耗最小相关的代价函数作为簇头选择的依据,保证了簇头选择的合理性和簇群分布的均匀性。最后,在网络的不同层次间,外层簇头以内层簇头为中继来构建最短路由路径,减少了网络簇间传输能耗。(3)针对WSNs中节点能耗不均衡和网络能量利用率不高的问题,提出了一种能量异构的WSNs非均匀分簇算法。该算法根据网络总能耗与网络簇头数量的关系计算出总能耗最小情况下的最优簇头数量,将能量异构策略与网络各层能耗关系相结合,保证了在总能耗最小情况下的各层网络能耗均衡。此外,还提出“三重约束”策略来优化网络不同层次间的数据传输,既实现数据的“跨层传输”,又构建了最短路由路径,进一步降低了网络簇间传输能耗。最后,通过仿真实验对比发现,本文所提出的两种WSNs能耗均衡路由算法在节点存活数量、节点平均剩余能量和“热区”内节点的表现状况等方面均表现优秀,充分验证了本文所提出的算法在优化网络生存周期方面的有效性。图[29]表[8]参[32]