无线传感器网络是一种新的信息获取和信息处理模式,它综合运用了传感器技术、分布式信息处理技术、现代网络技术、无线通信技术及嵌入式计算技术等多项高度交叉的技术,广泛应用于军事、抢险救灾、防恐反恐、环境监测、工农业生产和卫生医疗等领域,已成为国内外研究热点。但是与传统网络相比,无线传感器网络在能量、存储空间、计算和通信能力等方面受限的特点,使得低成本和低能耗高效率成为无线传感器网络研究的关键问题。另外,随着无线传感器网络在军事等领域的广泛应用,在满足低能耗的同时,对路由协议安全性的研究已成为新的热点。论文首先介绍了无线传感器网络的研究背景和意义,对无线传感器网络的基本概念、网络结构、节点结构和协议栈以及面临的问题进行了简单介绍。接着对现有的无线传感器网络典型的低能耗路由协议进行了总结概括。在分析研究国内外学者提出的具有代表性的路由协议基础上,以低功耗自适应分簇路由协议LEACH作为主要研究对象,详细分析了LEACH协议的设计思想、网络模型、信道模型、工作过程及其存在的问题。主要针对LEACH协议簇首选举时没有考虑簇首节点剩余能量的问题,在原有算法的基础上提出了改进方案,以保证网络中节点的能量均衡；并引入睡眠机制,减少了网络检查节点存活状态时产生的不必要的能量消耗。对改进方案进行了仿真分析,证明其在改善网络性能、延长网络生命周期方面具有优越性。另外,在一些特殊领域的应用,例如军事应用等,无线传感器网络的安全性显得尤为重要。在分析无线传感器网络面临的安全威胁的基础上,对SPINS安全框架协议和基于EBS的组合最优组密钥算法进行了详细介绍。针对LEACH协议没有考虑安全性问题,提出了一种以EBS和μTESLA为基础的基于LEACH协议的密钥管理算法,该算法利用EBS进行密钥的产生和分配,采用μTESLA实现点到多点的广播认证。该算法降低了网络更新密钥的通信负载和密钥的存储负载,有效的提高了无线传感器网络的生存性和安全性。