随着芯片技术、通信技术和传感技术的飞速发展,目前传感技术正迈入无线传感器网络新时代。无线传感器网络由大量集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的微小节点组成,通过自组织方式构成网络,及时有效地将数据传输到信息接收端,可广泛用于国防军事、环境检测、反恐抗灾、医疗卫生以及交通管理等领域。无线传感器网络通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,节点靠电池供给能量,而电池能源又无法更换,所以通过有效的设计来节约节点能量、延长网络生命周期成为国内外研究的关键技术之一。论文以节约能量、延长网络生命周期为主要目的,首先介绍了无线传感器网络的概念、体系结构、特点、应用、研究现状以及研究热点问题,然后详细研究了无线传感器网络中已经提出的典型节能路由协议、数据融合算法和能量均衡算法,对各算法的优缺点进行分析和比较。本文的工作主要包括以下三个方面:第一,为提高节点能量使用效率和延长网络生命周期,提出一种新的高能效的路由算法——基于簇头预测和功率控制的节能路由算法(CHFPC),该算法利用能量和距离参数对簇头进行预测,并将功率控制这一机制引入分簇路由和数据传输的过程中,从而使节点的平均能耗降低,并延长网络的生存时间。用OMNeT++仿真的结果表明CHFPC算法在网络生存时间和网络总剩余能量上比LEACH算法分别提高了23%和15%,而且节点生命周期也明显长于LEACH算法的。第二,为解决现有数据融合算法中普遍的数据传输延时较大的问题,提出一种新颖的基于虚拟单元格的快速链式数据融合算法(CFDASC),该算法利用节点的位置信息将节点归属于一个个的虚拟单元格中,单元格中的节点轮流充当单元格内数据融合的簇头;将一串单元格的数据进行融合后发送给汇聚节点,从而使数据融合过程加快,降低数据的传输时延,同时减少了数据传输量,节约了节点能量,进一步延长了网络的生命周期。用OMNeT++仿真的结果表明CFDASC算法在分组平均传输延时指标上比PEGASIS算法平均降低高达50.03%,而节点能量消耗只是略大于PEGASIS算法,平均约高出6.07%。第三,详细分析和推导节点能量消耗不均衡与均衡两种情况下无线传感器网络的四个性能指标——网络生命周期、分组平均传输延迟、总能量消耗和网络吞吐量,并进行比较。比较的结果表明采用能量均衡策略的网络的总体性能明显优于不采用能量均衡策略的网络,因此在无线传感器网络中很有必要采取一定的能量均衡策略,以保证节点之间的能量消耗是均衡的。在此基础上,提出一种能量均衡策略EBS,该策略通过对热点节点的保护实现网络的能量均衡。OMNeT++仿真的结果也基本验证了理论比较的正确性。