无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由大量具有有限感知、计算以及通信能力的智能设备组成的自组织网络,能够在多种复杂应用环境快速部署,进行有效信息收集。由于其复杂的应用环境,外部供电困难,实际应用场景中通常采用电池供电。因此,如何高效利用节点电池储存能量是无线传感器网络能否走向实际应用的关键。路由协议对网络能效性的好坏有着重要的影响。相对于平面路由协议,层次(分簇)路由协议能够改善网络的可扩展性、提高能量利用效率,但是在能量均衡方面存在一定不足。一方面,簇头节点负担较重;另一方面,近基站区域簇头节点存在能量热区问题。针对这些问题,本文侧重研究了非均匀分簇、簇间多跳路由以及簇头节点轮换策略对网络能效性的影响。本文的主要创新如下:(1)提出一种能量均衡的非均匀分簇(Energy Balance Unequal Clustering,EBUC)路由算法。在非均匀分簇阶段,算法在考虑节点到基站距信息的同时,引入节点度更好地控制候选簇头节点的竞争半径,以形成更为合理的非均匀簇结构。簇头节点选择过程中,各候选簇头节点根据各自“簇头适应值”(Cluster Adaptive Value,CAV)大小竞争选出簇头节点。“簇头适应值”综合考虑候选簇头节点剩余能量以及候选簇头节点到其邻居节点的距离信息。剩余能量高且到邻居节点平均距离小的候选节点具有较大的“簇头适应值”即有较大的概率成为簇头节点。在簇间多跳路由阶段,根据簇头节点剩余能量、簇成员节点数量以及相对基站的位置信息构成的成本函数,每个簇头节点从邻居簇头节点集合中选择成本函数值最小的簇头节点为其中继节点。仿真结果表明,EBUC路由算法能够有效地减少和均衡节点能量消耗,延长网络生命周期。(2)针对WSNs中基于时间驱动的全网簇头节点轮换策略导致的如轮换周期难以确定以及不必要的能量消耗等问题,提出一种基于拍卖机制的区域簇头节点轮换(Auction based Local-area Cluster head Rotation,ALCR)策略。为了减少拍卖的通信开销,提出一种基于时间的胜者决定策略。投标方的成本函数综合考虑投标方剩余能量以及到拍卖方的距离信息。仿真实验表明,将该区域簇头节点轮换策略引入EBUC算法,在延长全网簇头节点轮换周期的情况下,网络节点能耗均衡性依然较好。