大型旋转机械设备的安全性和可靠性现在已经成为工业工厂中最重要的一个环节,机械振动故障监测也越来越受到重视。监测系统的有线连接为机械设备的监测和维护带来了不便,因此将无线传感网络应用于大型旋转机械故障监测是一项重要且必要的研究课题。无线传感网络路由协议负责将采集节点的数据可靠稳定的传输到汇聚节点,是无线传感网络监测系统中不可或缺的一个重要组成部分。本文的主要工作将围绕上述部分问题展开研究。论文首先分析无线传感网络路由协议的设计要求及分类,介绍了几种经典路由协议并分析对比了其性能。针对大型旋转机械振动监测系统的特点采用分簇路由协议,并详细阐述了分簇路由协议的能耗分析、性能评价、核心问题,最后详细分析了LEACH经典分簇路由协议。根据分簇路由协议容易出现的“热点”问题和能量消耗不均的情况,本文提出负载均衡的非均匀分簇算法LBUCA。LBUCA协议在分簇过程中考虑节点剩余能量因素,通过局部竞争方式选举簇头。采用改进的贪婪算法进行数据的传输,在建立数据传输路径时考虑簇内节点分布密度,簇头剩余能量以及距邻居簇头的距离等因素。仿真结果表明LBUCA协议在一定程度上达到了负载均衡,有效提高网络生命周期。为解决路由协议中数据传输路径问题,提出改进蚁群算法的非均匀分簇算法ICA-LBUCA,ICA-LBUCA协议采用蚁群算法进行最优路径搜索,避免数据传输的盲目性,防止能量消耗不均,使整个网络负载均衡,延长整个网络寿命。对蚁群算法的状态概率转移、信息素更新、前向蚂蚁等方面进行改进,解决蚁群算法易陷入局部最优早熟停滞问题和环路问题。经过仿真分析,ICA-LBUCA协议均衡各节点负载能量,延长了网络生命周期。针对大型旋转机械振动监测环境的特点,研究了时间同步机制、数据包格式设计以及数据传输可靠性机制。利用MATLAB仿真软件分析对比LEACH协议和提出的LBUCA协议、ICA-LBUCA协议,得出后者有效延长网络生命周期,达到了负载平衡的目的。