在无线通信技术、低功耗处理器与芯片制造技术飞速发展的今天,伴随着各种实际应用的需求,无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSN)应运而生。它的出现和发展对现代科学技术产生了极其深远的影响,同时也显著地改变了人类与自然界的交互方式,从而成为当今的热门研究领域,在国防、军事、环保、自动化、医疗,智能家庭等领域都有广阔的应用前景。在WSN执行监控任务时,运行环境恶劣,节点撒播后能源将无法补充,因此能源问题无疑成为限制WSN应用的一个瓶颈。如何设计高效轻便的平面路由协议,使得在给定节点能量的前提下充分提高能量有效性,延长网络寿命,且确保网络具有一定可扩展性成为了一个关键问题,具有非常重大的意义。平面路由协议的核心是下一跳节点选择,传统的选择方法以及基于节点间梯度的下一跳选择策略无法解决节点间能量消耗不均衡的问题,易导致节点过早死亡,从而难以有效地延长网络寿命。在国家自然科学基金资助项目(编号：60132030)与国家教育部高等学校博士点基金项目“传感器网络关键问题研究及其在节水灌溉中的应用”(编号：20040486049)的资助下,本文对上述关键问题开展了如下研究：针对路径多样性不足带来的能量消耗不均衡问题,提出了基于遗传多目标优化的定向扩散路由协议GADiD(GA based Dijkstra- Directed Diffusion)。协议利用探测数据包策略与改进的Dijkstra算法共同生成可达的初始路径集；并以此路径集为初始种群,引入遗传优化算法增强路径的多样性,提升了路径集的整体质量。仿真结果表明,GADiD大幅度延长了网络寿命,且在平均传输时延与节点平均能耗上也取得了较好的优化效果。为了从根本上解决已有下一跳节点选择带来的能耗不均衡问题,提出了基于模糊梯度的能量均衡路由协议(FGEE)。协议对节点间的梯度值进行模糊分级,并将等级选择策略与质量评价函数相结合进行下一跳节点选择以实现全局的能量均衡；设计并利用低能量节点的拒绝与推荐策略为低剩余能量节点进行负载分流,以实现局部能量均衡。仿真结果表明,该协议能极大地延长网络寿命并降低节点的平均能耗。为了提高FGEE的性能,设计了高能量节点的激活策略并将其应用于FGEE中,提出了基于节点剩余能量调配的能量均衡路由协议(RESEE)。协议利用低能量节点的拒绝与推荐策略、高能量节点的激活策略共同实现局部的能量均衡。实验结果表明,RESEE在FGEE的基础上进一步延长了网络寿命,能量均衡的效果得到了明显提升。借鉴分簇的思想设计了一种更加轻便高效的能量均衡策略——节点联合协作策略。在利用模糊梯度策略进行全局能量均衡的前提下,采用该策略实现精确的局部能量均衡,将该协议命名为基于节点联合协作的能量均衡路由协议(CCEB)。实验结果表明,CCEB能更均衡地利用有限的能量,有效的降低节点的平均能耗,较大地延长无线传感器网络的寿命.也正面了CCEB具有很好的可扩展性。随着联合体规模的增大,CCEB延长网络寿命的效果越明显且能量均衡性能逐渐提升,但联合体生成与协作策略的复杂性随之上升。因此,如何在复杂度与性能上取舍有待进一步研究。