无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种分布式网络,由部署在监测区域内大量价格经济的微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统。其主要目的是通过协作的方式来感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的各类信息,并有效地传送给信息需求者。近年来无线传感器网络在各个领域的应用越来越广泛。如何提高网络系统的能量利用率、均衡网络中节点的能耗和延长网络生命周期一直是研究者们关注的重点。路由协议作为影响网络节点能量消耗的一个重要环节,其运作效能在很大程度上决定了网络系统的性能。因此,研究高效且能耗均衡的路由协议对改善无线传感器网络的性能具有很好的理论价值和实践意义。本文主要对无线传感器网络路由协议在能量效率方面进行了深入的研究,在全面分析现有的各种无线传感器网络路由协议的基础上,重点选择最具代表性的基于分簇思想的层次路由协议作为探讨研究对象,详细阐述了层次路由协议的基本原理和运作特点,并对其运行性能进行了分析总结。本文的创新在于提出了对提高网络的能量利用率,延长网络生命周期的改进方案与相关算法,主要工作如下:(1)提出了一种综合考虑节点自身剩余能量和节点分布情况的路由算法(LEACH-ASH)。该算法首先针对LEACH算法中簇头选取的随意性可能导致的簇头分布不均衡等缺点,研究构建了一种新的综合考虑网络节点密度和节点剩余能量等因素的簇头选择机制;同时针对目前分簇算法中簇头数量固定的情况,提出了一种自适应簇头数计算算法。该算法确保了选出的簇头节点拥有较高的能量并且位置分布更加合理,有利于形成更优的簇结构。最后通过理论分析与仿真实验,验证了LEACH-ASH算法能有效降低网络的总能耗、平衡节点之间的能量消耗和提高网络的生命周期。(2)提出了一种适用于传感器网络的基于通信代价的能量优化路由算法(LEACH-EOH)。该算法针对节点与基站远距离通信的过程,不仅考虑了如何缩短数据传输的路径,而且还考虑了对数据传输过程中节点能量的选择。通过将数据传输过程中节点能量消耗和节点能量分布问题相结合,提出了一个通信代价表达式。算法基于邻居节点信息计算该通信代价,选择具有最小总通信代价的前向邻居节点作为下一跳节点。该算法能够优化能耗且具有较低的计算时间复杂度。