无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)通过密集布设的大量传感器节点自组织成网络，对环境进行动态的实时监控，不需要人工值守，网络智能的收集环境数据，并根据参数变化做出相应的反应，这将彻底改变人类与自然交互的方式。因此，无线传感器网络具有广阔的应用前景和研究价值。　　 传感器节点受体积、成本的限制，资源严格受限，尤其是电池能量，另外，无线传感器网络节点随机撒播，工作环境恶劣，一般难以再充电，因此，如何降低网络整体能耗，最大化网络的有效工作时间就成为无线传感器网络研究最具挑战的关键点之一。研究表明，分层簇结构路由技术能够有效提高网络能量效率，延长网络生命周期，但在簇的构造和簇首轮转策略方面，现有研究仍存在簇节点分布不均、能量负荷不均衡、公平性得不到保证等问题，本文针对这些问题提出了一种新的簇首轮转策略，主要工作和贡献包括以下四个方面：　　 1.经典的簇结构无线传感器网络研究文献采用基于概率的簇首选择和簇构造方式，这种方法容易实现网络的分布式自组织构建，也能从统计平均意义上保证各个节点的公平性，但在特定时刻，簇节点分布不均，簇数目与期望值严重偏离等问题尤为突出。因此，近年来众多学者对非概率型簇构造算法展开了研究，其中，基于K-means算法的簇构造方式能够有效保证网络中簇的数目及各簇节点的均匀分布，但本文研究表明，现有方法仍存在离群点问题。本文基于大簇剩余节点就近迁移和小簇就近补充节点原则设计了一种新的簇节点平衡调整算法，仿真结果表明，该算法能够有效解决离群点问题。　　 2.簇结构无线传感器网络中，簇首节点能量消耗比普通节点快，使簇首在不同节点之间进行轮转，避免部分节点过早死亡至关重要。簇首轮转最重要的是保证网络的能量效率和节点的公平性，其中，簇首轮转时间是影响网络性能的关键因素，本文通过数学推导建立了求解簇首最优轮转时间的线性模型，该模型求解精度高，复杂度低。　　 3.在该模型的基础上，本文设计了一种基于固定簇结构的簇首轮转策略，在该策略中，各簇的簇首轮转过程是独立的，通过退让机制，各节点按照自己充当簇首的最优时间依次担任一次簇首，既减少了簇首轮转带来的额外能量消耗，又保证了公平性。仿真结果表明，该策略能够有效保证簇内节点的公平性，将网络生命周期延长至少10％。　　 4.将最优簇首轮转时间求解模型推广到多跳路由网络模型，并对本文提出的簇首轮转策略在多跳网络中的应用和性能进行初步探讨，通过仿真实验证明了将该策略应用于大规模多跳网络，能够进一步提高网络能量效率，改善簇间节点公平性，在网络生命周期方面取得至少60％的改善。