无线传感器网络是一种全新的信息获取和信息处理、传输技术,通常包含大量的可自组织成多跳无线网络的分布式传感器节点。无线传感器网络具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的优点,可用于紧急搜索、灾难救助、军事、医疗等环境中,具有广泛的应用前景。无线传感器网络己经引起了学术界和工业界的高度重视,被称为是21世纪最有发展前景的技术之一。和传统的无线网络相比,无线传感器网络有能量约束、冗余高的低数据率数据和多对一的数据流等特点。能量有效性是无线传感器网络的主要性能指标。根据对无线传感器网络能量管理策略的分析,影响能量消耗的主要因素有:感知数据、数据处理和无线电通信,其中无线电通信是能量消耗的最主要的环节。无线传感器网络能量有效性的实现虽然可以在通信协议栈的不同层加以改进,但由于基础物理层的局限,改进主要在网络层通信协议的设计与实现。本文致力于研究无线传感器网络的路由节能问题。文章在分析和比较传感器网络路由协议的基础上,针对不同的应用背景,设计了三个路由协议算法:基于数据融合树的低功耗路由算法、基于簇的多跳高效节能路由算法和异构能量有效分簇算法。前两种算法是在节点同构的基础上设计出来的,它们的应用角度不同,前一种适合于中小传感器网络规模,而第二种适合大规模的传感器网络;第三个算法主要针对节点能量异构的情况提出的。为了验证所做的工作的效能,文中通过NS-2仿真工具进行功能验证和性能考察。本文的主要工作和创新点如下:1、现有的传感器网络路由协议分类和比较。根据不同应用对传感器网络各种特性敏感程度,将现有的路由协议进行了分类并对主要路由协议详细的分析,此外,文章还从传感器网络路由协议性能角度对现有的协议进行了比较,同时发现基于层次的路由协议要比其他协议节能效果都要好,能有效地平衡整个传感器网络的能量、延长了整个网络的生存周期。2、基于数据融合树的低功耗路由算法-DATEE算法。文章将组播路由中最短路径算法运用到传感器网络中,构造出数据融合树,当源节点到某节点的最短路径不唯一时,算法总是选择一条与其他源节点的共享路径最长的最短路径,这样所构造的数据融合树的总消耗降低。当源节点探测到感兴趣的数据后通过构造的数据融合树传递给sink节点。实验表明,该算法能够很好地适应由于节点失效或节点移动而引起的拓扑变化,在平均能耗、生命周期以及时间延迟方面表现出了良好的性能。3、基于簇的多跳高效节能路由算法-MHEEC算法。文章在基于层次路由协议的基础上,提出了一种多跳的高效节能的分簇算法-MHEEC。算法中节点根据其当前能量来竞争簇头,为了减小簇成员的能量开销,簇的覆盖局限在一定范围内,同时在簇的区域内加入了休眠机制;簇头之间建立路由树以多跳方式将收集到的数据进行数据融合后发送到父簇头节点,然后通过该节点将整个网络收集的数据发送到sink节点,这样簇头就可以避免因为进行数据传输而造成过早的死亡。实验结果显示,该算法和LEACH协议相比较,可以很好的节省能量开销,具有良好的性能。4、在异构的传感器网络下,提出了能量异构的分布式高效节能路由算法-DEHC算法。本算法是为异构网络而设计的。它采用了LEACH的簇头轮转思想,让簇头节点的选举与节点当前能量直接相关,通过估计网络节点平均能量的估计值作为参考值,根据当前能量与参考值的比值自适应地调整簇头轮转周期,较高初始能量和当前能量的节点比低能量节点可用于更多的机会成为簇头节点,从而延长网络的生存周期。仿真实验表明,在异构传感器网络下,该算法与现有的主要成簇协议相比,提供了更长的网络生存周期。上述三个算法与LEACH算法相比都具有良好的路由性能。在同构传感器网络中,与其他的两种算法以及现有的路由协议相比,MHEEC算法在减少整体能量消耗、节点能耗等路由性能方面都既有良好的性能。在异构传感器网络中,DEHC算法与其他的两种算法和异构网络路由协议相比具有很好的路由性能,而且DEHC算法对异构网络环境具有自适应的特点。