随着全球信息化建设的持续推进,无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）凭借其配置简单、成本低廉等自身优势,正逐步渗透于各个应用领域。WSN特殊的部署环境和有限的节点能量在很大程度上约束了网络的寿命和性能,如何设计合理的路由协议来优化网络的能量分配以延长网络寿命成为了近年来WSN研究的热点之一。为了实现WSN的节能和延寿,论文首先对分簇路由协议的研究成果进行分析归纳,在此基础上,针对分簇过程和传输路径两方面存在的不足进行了研究与改进,主要工作内容如下:1.提出了一种面向分簇过程优化的分簇路由协议CRCPO,解决了分簇过程中分簇数和分簇方式不合理带来的能耗问题。该协议在中型规模网络模型下推导得出了满足簇首单跳传输的分区数估算公式,接着由汇聚节点结合分区数和改进的KMeans算法对网络进行统一分区,最后综合考虑节点的位置和剩余能量两个因素,周期进行动态的区内成簇和稳定的数据传输。仿真表明,CRCPO协议通过集中式均匀分区和分布式动态成簇形成了稳定合理的分簇,并且有效降低了分簇过程的广播能耗,与EECS协议相比,网络首个、30%和50%节点的死亡时间分别延长了67.0%、32.2%和35.5%。2.在CRCPO的基础上,提出了一种面向分簇过程和簇间路径优化的分簇路由协议CPIPO,改善了大规模网络中节点间的不均匀负载分布。该协议在大规模网络模型下推导得出了满足簇间多跳传输的分区数估算公式,并结合改进的KMeans算法进行集中式非均匀分区,使得与汇聚节点近距离的分区规模较小,远距离分区规模较大。为了合理构建簇间多跳转发路径,CPIPO协议不仅考虑了节点的剩余能量,还定义了节点余弦值和余弦门限值,保证了远距离节点通过合理的跳数和较低的能耗将数据传递给汇聚节点。仿真表明,CPIPO协议在大规模网络中采取非均匀分区时节点的存活时间更长,簇间多跳路由的合理构建有效减少了数据的转发能耗,与EEUC、DEBUC和SNNUC协议相比,网络首个节点的死亡时间分别延长了57.4%、26.9%和12.3%。针对两种改进的分簇路由协议,从理论推导到仿真测试表明:在分簇过程中通过控制网络分区能够产生稳定合理的分簇,在传输过程中通过优化簇间路径能够合理分配数据流量,减轻路由节点的中转负担,因而可以实现网络的节能和延寿。