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不同于传统网络系统,无线传感器网络节点一般携带小容量电池进行供电,能量非常有限且不易补充,电池电量一旦耗尽,节点便处于死亡状态,这些因素严重限制了无线传感器网络的使用寿命。因此,如何尽可能地提高能量利用率、降低网络能耗成为制约无线传感器网络应用和发展的关键。在无线传感器网络中,LEACH协议作为最早被提出的分簇路由协议在能量利用率、可扩展性等方面有了很大的提高。但是LEACH协议在簇首选举机制、网络能耗均衡、数据传输等方面还有待进一步改进。本文重点研究了LEACH协议的运行机制,并将该协议和数据融合技术相结合,进行了统一的研究,提出了相应的改进算法,本文的主要工作包括以下三个方面:(1)深入研究和剖析了LEACH协议的基本思想和运行机制。对LEACH协议的能耗进行了建模分析,定量分析了最优簇首个数,指出了该协议存在的优缺点。针对LEACH协议簇首选举机制上的不足,在阈值公式和节点随机数的基础上进行了改进,提出了基于能量限制的多因素簇首选举算法ER-LEACH-MF。ER-LEACH-MF算法新定义了低能量节点的概念,并通过相应机制限制低能量节点参与簇首的竞争,并且该算法在簇首选举时还综合考虑了最优簇首个数、节点剩余能量、节点密度等因素。通过对簇首选举机制的改进,使得簇首选举更加合理,网络能耗更加均衡。(2)将无线传感器网络LEACH协议和数据融合技术相结合,针对LEACH协议没有给出明确的数据融合算法或具体方案的缺点,在LEACH协议的数据传输阶段引入了相应的数据融合算法,提出了基于LEACH协议的多级数据融合算法MDF-LEACH。该算法方案结合LEACH协议的分簇结构,在该协议的不同层次上采用不同的数据融合算法,在数据传输的过程中对网络中的数据进行融合处理,有效地降低了网络中的数据转发量,节省了网络能耗。(3)借助NS-2仿真平台完成仿真实验。在NS-2仿真平台上分别对ER-LEACH-MF和MDF-LEACH算法在存活节点的数量、网络总能耗以及基站接收的数据量三个方面与传统LEACH算法进行比较分析,从而验证ER-LEACH-MF算法和MDF-LEACH算法的有效性。仿真结果表明:与传统LEACH协议相比,ER-LEACH-MF算法和MDF-LEACH算法降低了网络的能量消耗,大大推迟了节点的死亡时间,延长了网络的生命周期。