随着国家海洋开发战略的不断推进,水声传感器网络技术得到了快速发展,并且被应用到了多个领域,同时该技术也面临一定的挑战。在水声传感器网络体系中,传感器节点多是配置能量有限的电池,且其多被放置于水下较深区域,更换起来成本较高,因此提高节点的能量利用率具有重要意义。水下传感器节点多随机分布于广阔水域,和水面SINK节点之间距离较大,因此常采用多跳路由的方式实现数据自底向上传输,导致上层节点具有较大的能量负载,能量很快耗尽,而下层节点仍有较大能量剩余,故产生能量空洞问题。能量空洞问题已被广泛研究,但所提方法多不实用或无法适用于水下三维网络情景。本文针对随机部署的三维水下传感器网络情景,提出使用节点深度轮换的策略和节点位置交换策略来避免能量空洞问题,为了实现上述目标,本文主要开展了如下的研究工作:（1）随机部署的网络中,节点的移动会带来拓扑的变化,导致网络连通性受损。为了解决该问题,本文提出了网格化的分簇模型,将整个三维水下区域划分为多个单元网格,每个单元网格可以作为网络簇,在理论上计算出了保证网络连通的约束性条件,网格化分簇模型使得数据传输单元从单个节点转化为单个网格,将不规则分布转化为规则分布,解决了因为节点随机分布导致的路由混轮的问题,使得网络结构更加清晰,易于管理。（2）为了避免能量空洞问题,在上述模型之上,本文提出了基于簇头的深度轮转机制和基于地理位置进行簇头交换的机制,两种机制均可以实现簇头之间的位置轮转,从而使得簇头间的负载更加均衡。进一步,为保证簇内的负载均衡,本文提出了簇内簇头的轮换策略,根据剩余能量动态选择合适的节点作为簇头。通过簇头之间的位置调整机制和簇内簇头轮换策略,可以有效的实现整个网络的负载均衡。（3）为了保证簇头轮转机制和簇内簇头轮换策略的有效运转,本文设计了相关的信息交互协议。首先对网络数据包字段进行设计,随后设计了簇头选择协议来进行簇头的选取,通过路由选择协议实现网络的多跳路由选择。由于簇头间的位置轮转和簇内簇头轮换会导致网络拓扑的变化,本文设计并实现了网络拓扑重构协议,保证了轮换策略的可行性。论文对以上所提方法进行了广泛性能评价,通过实验对比可以发现,当整个网格化分簇模型运行时,使用轮转策略,可以明显的提高节点负载的均衡性,有效的延长整个网络的寿命。