无线传感器网络是一种高度融合传感器，无线通信，计算机等技术的网络模式，能够广泛应用于国防军事，环境监测，交通管理，医疗卫生，物联网等诸多方面。在无线传感器网络中，节点的能量和处理能力十分有限，那么如何降低传感器节点能耗，延长网络的生存时间，将具有十分重要的意义。由于节点的能量消耗大部分都是由数据传输引起的，因此为无线传感器网络设计能量优化的路由算法成为目前重要的一个研究点。本文提出了一种基于PON与WSN的混合网络架构，将ONU作为WSN提供高性能簇首。我们基于无线通信的能量模型，将WSN子网的能量消耗情况抽象为一个数学优化问题，并提出一种混合的启发式算法为网络中节点的路由选择提供依据，从而降低传感器节点的平均发包能耗。其次，由于成本的限制，在提升网络寿命的同时，需要考虑ONU布置的数目和位置。本文研究了ONU集的优化问题，并对于以往寻找最优ONU集的贪婪算法进行了改进，并获得一定的性能提升。对于不同规模的网络和不同的最大跳数限制，我们采用相同的混合启发式算法进行路由选择，并找出优化的ONU集合。最后，为使问题一般化，本文提出一种多层异构WSN的设计方案，研究了多层网络的结构和能量模型，并进行了具体的路由协议设计。仿真结果表明，相对于已有的经典路由协议，该路由协议可以极大地提高网络的生存时间，并能够较好地维持网络的稳定性。