如何高效地使用有限的节点能量来延长网络生存时间,已成为无线传感器网络面临的首要挑战。网络拓扑的设计和路由的选择将对节点能量消耗产生重大的影响。针对网络通信负载和能量消耗的不均衡问题,本文以网络能量的高效利用为目标,对无线传感器网络拓扑的优化和路由协议这两个关键技术进行研究。首先,为了解决网络中节点能量利用不均衡造成的能量浪费问题,提出一种基于功率均衡的分布式动态分簇机制,建立层次型网络拓扑结构。在基本的簇结构下,以不同簇的功率均衡作为约束条件,预先确定分簇的拓扑模型,期望每个簇的能量能够同时耗尽;节点根据模型参数采用分布式方式快速分簇,并通过对位置和剩余能量的评估来竞选簇头。基站通过对模型的特征参数进行周期性调整,开始新的一轮簇的建立,改变簇的相对分布,使簇头在不同节点间轮换,从而将通信负载均匀分布到各节点。其次,针对层次性网络拓扑下不同类型节点在传输能力、通信负载和能量消耗等方面的差异,提出一种能效引导的双层路由协议。将路由问题分解为簇头之间的骨干层路由和簇成员-簇头的低层路由。设计基于最小传输能耗和负载均衡的骨干层路由判据,在最小化簇头传输能耗的基础上,采用吸引因子来均衡不同中继节点的通信负载和可用能量;为低层路由选择设计自适应的最小传输能耗作为度量指标,在保证中继节点能量充足的前提下,为簇成员选择具有最小传输能耗的单跳或多跳路径到达簇头。最后,利用NS2网络仿真工具对节点能量消耗的均衡性、网络生存时间、数据传输所需能耗等方面进行性能评估,验证所提的分簇机制和路由协议的有效性。