无线传感器网络通常由大量散布在特定检测区域的传感器节点构成,是用于对特定数据进行收集与分析的系统。它的应用非常广泛,例如生物栖息地的环境监测,军事侦查,工业生产控制,智能家居和智慧医疗等等。一方面,传感器节点受制于功能所需和硬件限制往往伴随着有限的计算、通信以及能耗的能力。在大多数的应用场景中,传感器节点携带容量相对固定的电池并被随机地分配到传感区域。选择节能稳定可靠的数据路由协议至关重要,路由协议或相关技术需要确保信息在传输过程中的能量消耗处于较低的水平,才能有效的延长传感器网络的网络寿命。另一方面,由于无线传感器网络通常暴露在开放区域中,使得其极易受到攻击者的破坏,而传感器节点本身受制于电力、存储和计算能力等影响,使得其抵抗攻击的能力较弱;由于传统的安全机制如加密、水印等又为传感器网络路由协议带来了额外且复杂度更高的计算消耗。所以通常需要考虑到其自身安全性的实现方面才能够被应用在各个领域。本文对近年来无线传感器网络路由协议在能量有效性改进以及安全性实现方面作以广泛的调研。由于分层路由协议具有良好的网络稳定性和有效的通信能力而被广泛应用,其内在簇结构及数据聚合功能可以更有效地降低能量消耗,提高数据的有效传输性能。同时为了建立相对安全的通信通道,我们需要确保通信的节点在传感器网络中是可信的,所以建立一个可靠的信任模型指导传感器节点的信任推断至关重要。首先,本文设计并提出了一种基于Dirichlet的信任管理系统,该系统根据无线传感器网络中实际交互情况以及对于安全性的要求,联合层次路由协议的结构特性,通过结合历史非正常数据的直接计算方案与第三方安全节点的推荐计算方案两种方式得出各个传感器的综合信任值,由此进行恶意节点识别与后续第三方安全节点的选举。通过仿真实验表明,相比基于如Beta或高斯分布的信任机制,可更加快速和有效的识别施加了如on-off这一内部攻击的恶意节点,同时在无线传感器网络的一般节点交互中,该信任机制所得到的节点信任值也为后续选举安全节点提供了量化参考。第二,本文设计并提出了联合能量有效与安全的层次路由协议,针对无线传感器网络降低能耗的基本要求,根据路由协议在数据传输过程的能耗最小得到动态的最优簇头个数,以此为簇头选择阶段中关键因素,同时结合节点剩余能量、节点密度等条件可有效降低无线传感器网络中的能量消耗。可避免由于某个靠近基站较近的节点或某个处在网络边界的节点多次成为中继节点而导致的热区问题,以至于大量的能量损失。联合传感器节点自身信任值选举安全的簇头节点,在优化能耗方案的同时提升协议执行的安全性。仿真结果表明,本文提出的层次路由协议在能量有效的改进方面优于现有的两种对应的改进方案,同时因为引入信任参数,亦可降低网络中因恶意节点的攻击而导致的丢包现象,即该协议具备在无线传感器网络中优化能耗以及抵御攻击的能力。