近年来,随着嵌入式计算、传感器和现代通信等技术的飞速发展和日益成熟,使得由各种低成本、低能耗、多功能的微型传感器组成的无线传感器网络被广泛应用于国防军事、环境监测、抗灾救灾等领域。由于无线传感器网络中的节点一般采用电池供电,并且通常部署于恶劣甚至危险的环境中,对它们进行电源补充非常困难,因此,设计能量有效的路由算法以延长网络生存时间是无线传感器网络研究领域的一个重要课题。基于簇的路由(Cluster-based Routing)是无线传感器网络中一种重要的能量有效的路由协议。在现有基于簇的路由协议中,簇头节点与基站(Sink节点)之间存在两种通信模式:单跳和多跳。在这两种通信模式下,簇头节点间长距离通信以及与Sink节点临近的节点转发其它节点数据消耗能量过大等因素,会造成“能量洞问题”(Energy hole problem),从而使得这些能量空洞区域不能继续执行监测任务,导致网络过早死亡,从而浪费大量剩余能量。为了克服与缓解能量洞问题,本文提出了一种新的基于簇的路由协议——基于网格的隔层传输的路由算法GRACT(Grid-based Routing Algorithm with Cross-level Transmission)。GRACT有以下优点:(1)将感知区域分成层(level)和网格(Grid),每个网格内的节点通过竞争的方式选出唯一的簇头节点,降低了选举簇头节点的控制消息开销和处理时间;(2)采用隔层传输这一特殊的多跳传输模式来均衡簇头节点的能耗,每个簇头节点按比例P将其数据分组传给更靠近基站的邻层簇头节点,而将剩余的分组(即比例1-P)传送给隔层簇头节点。此外,本文为GRACT建立了性能分析与优化模型,提出并解决了两个优化问题(称之为GRACT-Ⅰ和GRACT-Ⅱ)以最小化网络总能耗和最大化网络生存时间。最后,通过仿真实验验证GRACT在节约能耗,延长网络生存时间等方面的效果。本文的研究成果,可以应用于无线传感器网络。