传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络是由大量的传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络区域中的信息并发送给观察者。无线传感器网络具有组网快捷、灵活等诸多优点,具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。 本文首先对无线传感器网络的概念、体系结构、特点以及关键技术做了简要介绍;然后对现有的各种无线传感器网络的路由协议做了对比研究,归纳出传感器网络路由协议的特点、设计要求和性能指标。 本文主要研究无线传感器网络的分簇式路由协议的设计。作者有针对性地选择了典型的分簇式路由协议——LEACH协议作为研究对象,分析了LEACH协议的不足并提出自己的改进思路。原有的LEACH协议采用簇头节点随机选取的方式,改进后的LEACH协议以节点剩余能量的多少为主要依据来选择簇头节点,仿真结果显示改进后的LEACH算法在性能上有所提高。 在研究LEACH协议的基础上,本文提出了一种新的分簇式路由算法—多跳自适应分簇路由算法(MHAC)。该算法将自适应成簇技术与多跳通信方式相结合,节点根据本地信息独立地决定成为簇头节点或成员节点,簇类覆盖的区域大小限制在一定范围内,所有的簇头节点组织成一棵路由树,采用多跳通信方式向基站传输数据。仿真结果显示该算法能有效地延长网络寿命,节省网络能耗,实现网络负载平衡。 最后,本文还基于ZigBee对分簇式路由协议进行了研究。在分析星型结构、网状结构和簇树结构这三种网络拓扑结构基础上,提出了与分簇式路由协议相应的簇树网络组网方案。