随着三峡库区蓄水量增加,水体的自净能力降低,库区水环境状况正呈逐步恶化的趋势,库区水环境安全问题已经引起了国内外广泛关注。目前,现有的监测设备、方法和手段已经不能满足对任务的需求,迫切需要提高三峡库区水环境的实时在线监测能力。而无线传感器网络具有成本低、通信灵活、实时性好、处理数据能力强等优点,已广泛应用于环境监测等领域。采用无线传感器网络技术对三峡库区水环境实施在线监测是一种切实可行的解决方案。研究表明,三峡库区流域具有面积大、分布广、形状不规则的蜿蜒树状特征。对这样特殊的监测区域,为了获得很好的监测效果,本课题选取库区沿岸若干排污口为重点监测对象,建立了面向三峡库区水环境监测的分布式集群无线传感器网络架构模型,提出了基于能效的最优簇数目算法和基于最短路径算法的分布式集群无线传感器网络路由协议,均衡了网络内各节点能量消耗,延长了整个网络的生命周期。论文主要包括以下内容:(1)针对三峡库区流域具有面积大、分布广、形状不规则的蜿蜒树状特征,结合流域水污染形成机理,以沿岸若干排污口的“火炬”状扩散区域为重点监测区域,构建相应的若干“火炬”状无线传感器监测子网,进而建立由若干子网构成的分布式集群无线传感器网络架构。(2)为了尽可能降低“火炬”状无线传感器监测子网的能耗,采用最优分簇模式,建立了最优分簇数能量消耗模型,提出了基于能效的无线传感器网络最优簇数目算法。得出最优簇数目,使得簇内节点数具有较好的均匀性,避免簇内节点过多或过少引起能耗不均衡。仿真结果表明,该算法能够使得各簇内成员节点数目均匀,避免了极大簇和极小簇的出现,提高了网络性能。(3)根据三峡库区水环境无线监测网络对长期性、健壮性和低成本的具体需求,结合三峡库区水环境监测的分布式集群无线传感器网络架构特征,在上述最优簇数目算法的基础上,根据LEACH协议,结合Dijkstra(迪杰斯特拉)算法,提出了一种基于最优簇数目与最短路径算法的分布式集群WSN路由协议,并对该路由协议进行仿真实验和分析,验证了该路由协议的优越性。