无线传感器网络是当前世界各国关注的热门课题,它是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信技术自组织构成的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。由于传感器节点自身能量非常有限,在实际应用环境中,一个很重要的问题就是如何降低节点的能耗从而延长网络的生命期。路由协议的设计对提高无线传感器网络的整体性能具有举足轻重的意义,如何合理地设计路由协议从而节省传感器节点的能量并最终延长网络的生命期就显得特别重要。此外,在无线传感器网络拓扑结构中采用分层结构特别是分簇结构,已被证实非常适合于大规模、高密度随机部署的无线传感器网络。本学位论文从无线传感器网络的网络层关键技术入手,重点对无线传感器网络分簇及路由算法进行研究。　　 论文共分为六章。　　 第1章综述无线传感器网络,并给出论文的课题背景、研究现状、主要内容及章节概要。　　 第2章研究基于网络负载平衡的分簇算法,提出响应式分布分簇算法(Responsive Distributed Clustering Aigorithm,RDCA)。该算法不需预先得知节点自身及其他节点的位置信息,而仅根据局部拓扑信息快速进行分布式的簇头选举,并根据代价函数进行簇的划分,适用于周期性获取信息的无线传感器网络。理论分析和仿真结果表明,该算法能显著改善原DCA算法的负载平衡性能,同时与LEACH协议相比具有较小的协议开销,能够减少能量消耗,并延长约40％的网络生命周期。　　 第3章主要针对网格式拓扑条件下的路由权值选取进行研究,给出路由权值选取方案ELP(Engergy,Link quality and usage Proportion)。ELP是一种基于节点剩余能量、链路质量以及链路利用率的路由权值表示,该权值的获取仅依靠局部拓扑信息。理论分析和仿真结果表明,在相同的系统参数条件下,使用该权值的路由算法可获得较高的包接收率、网络吞吐率以及生命周期。　　 第4章设计了一种分布式二级路由(Distributed Two-Tier Routing,DTTR)协议。该协议由簇内路由及簇问路由两部分组成,簇内采用基于TDMA的单跳星型组网方式,而簇间采用多跳Mesh方式组网。在簇间多跳路由算法中引入了博弈理论,通过多阶段有限次重复博弈,并采用基于链路质量标识(Link Quality Indicator,LQI)的链路质量度量,较好地解决了网络在多种约束下的均衡问题。理论分析与仿真结果表明,DTTR协议能在保证数据传送可靠性的基础上平衡节点能量消耗,从而降低因为个别节点暂时能量耗尽而使网络阶段性失效的危险,吞吐率得以提高而剩余能量标准差明显降低。　　 第5章将理论与实际相结合,设计了一种用于精细农业微灌监控系统的无线传感器网络系统结构,详细描述了各功能模块的硬件及软件设计与实现,包括传感器节点、太阳能控制器节点、视频节点、网关以及远程控制中心软件。系统的实际运行情况验证了设计的合理性及有效性,对无线传感器网络在智能农业等方面的应用进行了有益的探索。　　 第6章总结本学位论文工作的主要研究成果,并对进一步研究的问题进行讨论。