微电子、无线通信、微处理器以及微机系统等技术的进步,推动了无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络不需要固定网络支持,具有快速展开、抗毁性强等特点,可以广泛应用到军事、环境监测、医疗救护等领域,已引起了工业界和学术界的高度重视。簇首选举和能量消耗是层次式无线传感器网络的两个重要问题。本文主要研究了无线传感器网络能量高效的簇首选举算法。首先介绍了无线传感器网络的基本概念、体系结构、特点以及应用;然后介绍了无线传感器网络路由协议的特点,设计要求和性能指标,并对现有的各种无线传感器网络路由协议进行对比研究,总结了它们的优缺点。本文深入研究了典型的分簇式路由协议一LEACH,并对其进行了改进。LEACH协议簇首节点的产生具有随机性,可能会选举剩余能量很少的节点为簇首节点,加速节点的死亡。基于剩余能量的簇首选举算法选举剩余能量最多的节点为簇首节点,能在一定程度上解决该问题,但是对于网络总能量的估算需要消耗许多能量。本文改进了现有的基于剩余能量的簇首选举算法,并结合簇首轮换机制,节点能耗减少,同时改进的网络总能量估算机制节省了能量,模拟仿真显示改进算法能有效提高传感器网络性能。最后针对LEACH协议的不足之处做了进一步改进。改进算法以簇首的平均能耗和节点剩余能量为依据来选举簇首。如果节点的剩余能量少于簇首的平均能耗则该节点不适宜在本轮中竞选簇首,从而防止个别节点因能耗过快而死亡。为了使节点始终保持在最高能量状态,延长网络生存时间,本文提出了次簇首的概念。在簇首选举产生后,每个簇的成员节点在假设自己为簇首的情况下,根据一轮结束后剩余能量的多少来选举产生次簇首。仿真结果显示改进算法能有效节省网络能耗,延长网络生存时间。