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无线传感器网络的飞速发展产生了一系列新的应用,同时也带来了技术上的新需求和新挑战。传感器网络灵活多变、自组织等特色奠定了独特而广泛的应用背景。由于传感器网络中的节点通过能量有限的电池提供能源,使得如何对节点能量进行优化使用成为传感器网络应用中的关键技术之一。无线传感器网络与传统网络通信技术有很多不同之处,传感器节点的能耗问题就是其关键性问题之一。无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,其路由协议设计的首要目标是有效节约能源、延长网络生命周期。降低传感器节点能耗可在协议栈的各个层次实现,本文主要对无线传感器网络的路由协议进行研究与设计。首先研究了无线传感器网络的体系结构、关键技术和不同的分类,其次分析和比较了几种经典的无线传感器网络的路由协议,并借鉴其中的优秀思想,设计了改进了的基于能量约束的路由算法。本文提出一种基于结点密度的簇首选择多跳路由协议(Node Density-BasedMulti-hop Clustering Routing Protocol,NDMC)。本路由协议周期性的选择簇头结点,簇内和簇首结点满足结点平均距离最小化的原则,成簇稳定后簇内通信采用单跳,簇间通信采用单跳和多跳相结合的方式延长网络的生命周期,并且本文还详细分析推导了改进簇首选取概率、最优簇个数的选取方法。本文新提出的NDMC路由协议仍然采用LEACH协议“轮”的思想,轮由初始化和稳定工作两个阶段组成。其中初始化阶段即簇的形成阶段,此阶段根据网络中簇头应占的百分比和簇头所拥有的节点数选出簇头,节点根据信号强弱决定所要加入的簇并且告诉相应的簇首。最后在NS2仿真平台下对NDMC与LEACH协议进行了实验仿真并作出了比较。仿真比较结果表明该协议能量利用率较高,有效延长了网络的生命周期。本学位论文的研究工作主要得到了如下项目的资助:国家自然科学基金项目(批准号:60672137,60773211)、教育部博士点基金项目(批准号:20060497015)、湖北省科技攻关项目(批准号:2007AA101C63)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-08-0806)的资助。