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随着微电子技术和无线通信技术的不断进步,作为物联网核心技术的无线传感器网络(WSN)技术在最近几年中得到了蓬勃的发展。由于在无线传感器网络中传感器节点一般能量有限,如何节省传感器节点的能耗和延长无线网络的生存时间是WSN必须面对的难题。国内外学者已对该问题做了大量的研究工作,通过研究表明无线传感器网络的拓扑结构和路由算法优化对延长无线网络的生存时间具有重要意义。WSN采用平面路由算法时,传感器网络的所有节点在网络拓扑中的地位和功能的要性是相似的,平面路由算法较为适用于网络规模小、无线传感器节点较少的传感器网络。相对于平面路由算法,分簇路由算法通过选取簇头并形成簇群进行数据传输,这种路由算法可以对网络中的节点和数据进行更有效的管理,适用于节点较多、规模较大的无线传感器网络。本文主要对无线传感器网络的单层分簇路由算法、多层分簇路由算法进行了研究,论文研究的内容和创新点如下:(1)针对经典单层分簇路由算法LEACH所存在着簇头选取过程中簇头数目不确定、簇头分布不均匀、选取过程随机以及簇头选取不合理等缺陷,本文提出了基于二分k-means算法均匀分簇的单层分簇路由算法UCOA。该路由算法首先基于对网络能耗的理论分析确定WSN的最佳簇头数目,然后利用二分k-means基于最优簇头数目进行网络均匀分簇。再利用加入了节点剩余能量和相对距离的阈值公式在簇中进行簇头选举。该算法可以使簇头的选取过程更加严谨和科学,簇头节点的分布更加合理,能选出最佳的节点作为簇头。本文通过仿真实验对UCOA和LEACH路由算法进行了性能比较,仿真结果表明UCOA算法在延长网络生存时间和减少整个网络能量消耗等方面均优于LEACH算法。(2)采用多层分簇路由算法可以很好地克服单层分簇路由算法对无线传感器节点间通信距离要求过高的缺点。本文在前述单层分簇路由算法研究的基础上,结合对其他多层分簇路由算法的优缺点的分析,提出了一种基于节点多跳的多层分簇路由算法MLCRA。该算法首先基于节点发送数据与传输距离之间的关系确定了节点进行多跳的最优距离。在簇间的数据传输过程中,加入辅助簇头承担簇头发送数据的能量消耗。在簇间利用剩余能量充足节点进行数据转发任务。这种数据传输方式可以极大地降低网络对节点传输距离的要求,使算法的实用性大大加强。本文通过仿真实验对MLCRA与LEACH-M算法进行了性能比较,仿真结果表明MLCRA算法在减少整个网络的通信距离、减少节点能量消耗和延长网络生存时间方面均优于LEAC-M算法。