农田无线传感器网络（FWSNs,farmland wireless sensor networks）具有大规模、能量成本受限、节点众多、拓扑变化复杂等特点,对网络能耗均衡和抗毁性提出了较高的要求。层次路由协议因能量利用率高、网络拓扑可扩展性强、数据融合技术应用其中等特点,在FWSNs中得到广泛研究和应用。因此,研究能耗均衡和抗毁度提升的FWSNs层次路由算法具有重要意义。本文的具体研究内容如下:针对抗毁拓扑结构的研究,将层次路由与仿生蛛网有机结合,建立了仿蛛网分层分簇模型,设计了网络分簇方法和通信协议,解析了结构特征与网络抗毁性和全网平均剩余能量之间的关联机制,发现增加L、m和N,降低Gcr和Z有利于均衡网络能耗,延长网络寿命。利用统计学方法量化分析了各网络模型参数的重要程度,获得网络模型参数对全网抗毁度影响的顺序为:Z、N、Gcr、m、L,对全网平均剩余能量影响的顺序为:L、Gcr、N、Z、m。将模型参数的重要程度作为网络模型参数优化计算的依据,选取了网络抗毁度和全网平均剩余能量作为优化目标,并利用多目标优化算法NSGA-II优化了网络参数组合,获得了全网抗毁度和平均剩余能量对应的优化网络参数,L’=6,m’=20,Gcr’=4,Z’=4和N’=1100。对比LEACH、HEED、EEUC和MOOAPC,在死亡节点为50%时,MOOAPC的通信轮数为670,相较于LEACH、HEED和EEUC的通信轮数分别提升了10.56%、4.36%和6.35%,MOOAPC的全网平均剩余能量为0.2903J,比LEACH、HEED和EEUC高15.43%、23.53%和15.02%,MOOAPC的抗毁度为0.013,比LEACH、HEED和EEUC高54.65%、38.54%和33.00%。在网络参数优化提升网络性能的基础上,提出了一种基于抗毁度和剩余能量博弈的簇头选举方法,通过抗毁度和剩余能量的均衡博弈获得了节点成为簇头的最佳概率,为避免一个簇区出现多个簇头,提出了候选簇头优势函数,为均衡网络能耗,将能量消耗过快的节点轮转到新的簇中,提出了簇区更新机制,并分析了随机攻击、最大程度攻击和最大介数攻击下网络抗毁度和平均剩余能量的变化规律。仿真分析发现,网络参数改变时,随机攻击的平均剩余能量下降速度最慢,其次是最大介数攻击,最后是最大程度攻击;最大程度攻击的抗毁度最高,最大介数攻击的抗毁度次之,随机攻击的抗毁度最低。对比RPBIA、GEEC、HGTD、EEGC算法,当通信轮数为400时,RPBIA的平均剩余能量分别高于GEEC、HGTD、EEGC三种算法8.61%、18.35%和6.36%,RPBIA的抗毁度分别高于GEEC、HGTD、EEGC三种算法77.56%、29.45%和15.90%。系统开展了田间试验,获得了整网和破坏试验时的功耗、丢包率、延时、网络抗毁度和平均剩余能量等指标,验证了基于抗毁度和剩余能量博弈的簇头选举模型的有效性和可行性。