随着物联网的兴起,无线传感器网络的应用日益广泛,路由算法作为无线传感器网络组网的基础和网络层的核心技术,成为无线传感器网络研究的热点问题。二维无线传感器网络路由算法的研究已经很成熟,但是针对水下、地下和空间等三维空间网络环境的实际应用,二维无线传感器网络的路由算法的研究成果很难直接应用到三维无线传感器网络中。考虑到传感器节点能量有限的特性,本文设计了三维无线传感器网络路由算法。首先,根据节点的能量和位置坐标,本文设计了两种节点分簇算法。基于最优簇头数理论设计了迭代分裂分簇算法,使得簇头比较均匀地分布在网络中,节点轮流充当簇头,保证了整个网络负载均衡；基于生物细胞选择和计算机分布式系统设计的相似性,设计了生物细胞分簇算法。其次,为了最小化网络能耗和最大化网络生存时间,本文设计了两种路由算法。能量角度路由算法根据节点到邻居节点的距离与发送能耗的比值,同时考虑当前节点、目的节点和邻居节点组成的空间夹角选择下一跳节点,以保证选出的节点发送距离最远且能耗最少；最优距离路由算法是在理想状态下,基于能耗模型求得节点到下一跳的最优距离,同时为了防止下一跳节点偏离目的节点,考虑当前节点到源节点和目的节点之间连线的垂直距离,以保证整个路径能耗最少。最后,将两种分簇算法和两种路由算法结合,采用分簇算法将网络中所有节点进行分簇,然后分别在簇内和簇间运行路由算法传输数据,以实现节约能耗、延长网络生存时间的目的。对所设计的路由算法进行了仿真实现,并基于不同网络拓扑对路由算法进行了性能评价。从分析结果得出,与现有的典型路由算法相比,本文设计的路由算法均能够有效地降低网络能量消耗,延长网络的生存时间。