无线传感器网络是集数据采集、信息处理和无线通信等功能于一体的新型分布式自组织网络,在军事、环保、医疗和空间探索等领域具有巨大的应用潜力。MIMO技术不仅能通过空间复用,提高信道容量,同时也能通过分集增益,用于对抗无线信道衰落,提高无线链路的可靠性,降低发送端的通信能量消耗。通过多个无线传感器节点协作构成的协作MIMO系统具有能耗小,传输快等特性,能降低网络能耗,延长网络生存时间,提高网络传输速率。在基于协作MIMO技术的无线传感器网络中,分簇算法是决定协作MIMO实现与影响网络能耗性能的关键步骤。传统的无线传感器网络的分簇算法并不能满足协作MIMO应用的需求,目前对基于协作MIMO技术的无线传感器网络分簇算法的研究仍相对薄弱,本文主要针对该问题展开分析与深入探讨。本文介绍了无线传感器网络研究背景与研究方向,比较与分析了多种传统的无线传感器网络分簇算法,概述了MIMO技术以及协作MIMO技术的发展历程与基本原理,介绍了多种协作MIMO系统。通过推导固定速率MIMO,突发速率MIMO,单跳协作MIMO与多跳协作MIMO能耗模型,本文得到在无线传感器网络运用MIMO技术的相关距离门限,以及最优跳数与最优发送端协作节点数的求解方法。结合上述的优化参数与距离门限,借鉴层次化网络拓扑控制思想,本文设计了使用于多跳协作MIMO技术的无线传感器网络分簇算法——多跳协作MIMO分簇算法。该算法通过轮与周的循环让无线传感器网络节点轮流充当簇首节点,通过距离预测与最优参数估计将无线传感器网络做区域划分,通过簇首率优化与簇首竞争实现各自区域内的簇划分,通过协作节点选择与多跳MIMO通信实现远距离数据传输。通过Matlab的能耗仿真与OPNET的网络仿真,证明该分簇算法与原始的低功耗自适应分簇算法相比克服了簇首节点分布不均,簇范围大小差别较大等缺点,具有更好的分布性与均衡性,更低的通信能耗,更长的网络生存周期,更适合协作MIMO技术在无线传感器网络中的运用。