由众多传感器节点组成并相互协同工作的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,可以广泛应用于军事、环保、安全、医疗、工农业、空间探索和灾难救援等多个领域,引起了学术界和工业界的广泛关注和高度重视。传感器节点依赖电池供电,电池能量有限且一般不可更换,如何提高能量效率是传感器网络的重点研究内容,而设计能量高效的路由协议是降低能耗的重要手段。本论文围绕传感器网络的节能路由问题展开研究,包括以下几方面内容： (1)在由不同类型的传感器组成的异构传感器网络中,不同类型的传感器节点可能拥有不同的初始能量和数据包字节数,传统的同构网络的路由协议并不一定适合这种异构网络。本文研究了这种异构网络的特点,提出了一个应用于这种异构网络的能量高效的路由算法REECR协议,该协议将网络自适应动态分簇,并基于节点的剩余能量和能量消耗率来选择簇头,以便传感器节点之间能均匀消耗能量,延长网络的生命。通过仿真证明,REECR协议性能胜于LEACH协议。 (2)平衡节点之间的能量消耗是传感器网络中设计路由算法时需要考虑的一个重要方面,本文研究了异构传感器网络能量消耗的不平衡性,提出了一种动态均匀分簇的路由算法DECP协议。该算法首先均匀分簇,然后在簇内按照REECR算法选择簇头。仿真显示提出的算法达到了能量平衡的效果。 (3)传感器网络中在选择路由路径时为了节省传输能量,一般节点采用多跳方式传输数据到Sink或簇头节点,但是具体应该选择单跳还是多跳以及需要几个多跳没有一个参考标准。本文对此进行了量化分析,发现对于不同的压缩或融合比,从单跳到多跳存在一个临界距离,只有当超过这个临界距离时,多跳才比单跳节省能量。同时还对不同跳数的多跳进行了分析,发现每增加一跳能量消耗更低时也存在一个临界距离,并且这个临界距离也与压缩或融合比相关。这对选择路由路径有一定的参考价值。 (4)数据传输过程中按照贪婪算法形成的贪婪汇聚树存在“热点问题”,造成节点能量消耗不平衡。本文对热点问题进行了研究,提出了一种平衡能量的贪婪树路由算法BEGP协议。该协议依据邻居节点的剩余能量以及邻居节点到Sink和源节点的距离来选择数据转发节点,以达到平衡网络节点能量的目的。仿真显示BEGP协议胜过GPSR协议和EGPSR协议。 (5)由少数初始能量多的高级节点和多数初始能量少的普通节点组成的异构传感器网络中,高级节点一般作为簇头节点收集本簇成员的感知数据并传输到Sink节点,研究显示这种异构网络与拥有相同初始能量的同构网络相比,能大大延长网络的生命。但是这种异构网络的可靠性依赖于高级节点的可靠性,某些高级节点出现故障很可能影响网络的数据收集。本文提出了运用具有移动功能的少数高级节点作为“备用”高级节点替代出现故障的高级节点的方法来提高网络的可靠性,并将高级节点组织成双环状方式来传输收集的数据。研究证明提出的方法既提高了高级节点传输数据的可靠性又节省了高级节点的能量消耗。