无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)作为一种新的信息获取方式备受关注。而在众多研究方向中，路由协议一直是研究热门。目前已有大量相关的研究工作，其中影响最广泛的是以LEACH协议为代表的无线传感器网络分簇协议。它提出的分簇思想为研究无线传感器网络的路由方式提供了一种重要的思路，但是这些协议都未能较好地解决高效利用节点能量的问题。所以，本文重点在于对网络路由的改进。首先，分析LEACH协议存在的缺陷：簇头选取具有随机性，簇头到基站之间的直接传输距离过大，从而造成网络中的能量消耗不平衡，影响网络寿命。针对于LEACH协议中存在的上述两方面问题，文中从簇头选取的方面进行改进平衡簇头的分布，并采用两层的聚类方法，利用主簇头的概念，在数据传输过程中，增加传输跳数，达到降低数据传输的能耗目的，延长网络寿命。其次，考虑到无线传感器网络增加跳数的方法会导致更多网络延迟，研究在保证传输能耗较小的前提下，同时要求降低网络的传输延迟的方案，完成对能量及传输延迟两方面的优化。优化中采用和声搜索算法，利用基于优先级的路径编码，设计了一种基于和声搜索算法的无线传感网络最优路径选取方法。通过Matlab仿真，证明了和声搜索算法适用于无线传感器网络的路径选择。最后，提出无线传感器网络应用于桥梁健康监测系统的设计方案。文中以西北黄土地区高速铁路客运专线的建设为背景，考虑通过无线传感器网络技术的方式采集桥梁数据可以为工程技术人员提供结构丰富，多维的运行状态报告，快速实时的给出监测数据，同时减少系统的安装时间和设备以及工程投入，能够提高整个系统的经济效益和工作效率。所以将无线传感器网络技术应用到桥梁健康监测中，分析应用中传感器节点的选型布置及系统的组成，提出可行的实现方案。