无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是综合多门学科技术的新兴技术之一,具有数据采集、处理和传输的功能。传感器节点自组织形成网络感知环境参数信息,实现对客观物理世界的认识。目前,WSN的应用已经渗透到各行各业,具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。然而,传感器节点携带的电量有限,并且节点物理结构的特殊性使其存储、计算和通信等方面的能力受到限制,因此设计出高性能的WSN路由协议尤为重要。研究表明,层次路由协议与平面路由协议相比,在网络拓扑结构、能量利用效率等方面更具有优势。采用分簇策略和多跳路由机制的WSN路由协议可以有效均衡WSN的能量消耗,延长网络的生命周期,随着研究的进展,大规模WSN的路由协议也逐渐趋于层次化。粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)具有实现简单、自组织性好等优点,适合应用在组合优化和网络路由等问题上,而且PSO算法可以满足WSN对高性能路由的要求。通过引入PSO算法原理,可以动态优化WSN分簇和路由选择等问题,提高网络的稳定性,延长网络的生命周期。本文的主要工作和创新点为:(1)通过分析WSN在多跳通信时的拓扑结构和能耗模型,在对网络进行分簇的基础上,提出一种非均匀的节点部署策略,该策略量化了簇内节点的数量关系,并设计了相应的路由协议。(2)针对WSN的特殊应用环境,提出一种两层WSN中继节点的部署方法,该方法基于中继节点在网络工作过程中大致同时改变的原理,将中继节点的更替看作中继节点的虚拟移动,以找到部署中继节点的最佳位置和数量。(3)提出新的WSN分簇路由算法,在充分考虑传感器节点的剩余能量、簇间距离和节点间距等因素的基础上,重新设计适应值函数,应用PSO优化簇首选择,以均衡网络能耗,延长网络的生命周期。