能量约束是无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)最重要的应用挑战之一,因此相较于传统网络,WSNs必须更加关注能量利用率,延长网络寿命。分簇路由算法被认为是WSNs收集和传输数据的有效方式之一,但是现阶段存在几个挑战:第一,簇头能耗挑战。簇头主要担负数据聚合和数据传输任务,在集群中起着至关重要的作用,相比非簇头节点,其能量消耗更快;第二,分簇挑战。传统分簇算法倾向簇内成员数量趋于等同。但是网络节点分布具有随机性,均匀分簇机制缺乏适用性。第三,簇间路由挑战。传统的簇间路由算法考虑指标较为单一,易陷入局部最优解。针对上述情况,本文研究基于能量优化的WSNs非均匀分簇路由算法,具体的工作和研究成果如下:(1)阐述WSNs路由协议的研究背景和研究现状,对目前WSNs路由协议进行了分类和总结。针对现有研究成果中存在的不足,本文首先提出了基于自适应核密度估计的分簇算法(AKDEC),优化簇头选取和簇建立机制。AKDEC引入模糊逻辑系统以解决簇头选取的不确定性,在此基础上采用核密度估计算法计算出自适应的簇半径,均衡节点能量消耗。仿真实验结果证明AKDEC在簇初始建立阶段的优势和有效性。(2)为节省簇间传输开销,本文设计了基于混沌蚁群优化的簇间路由算法(CACOR)。算法引入logistic混沌映射对信息素更新进行扰动,避免算法陷入次优解;改进转移概率公式选择最佳下一跳节点,并释放前向蚂蚁进行局部信息素更新;从能量离散系数和距离系数角度设计最优路径,并释放后向蚂蚁进行全局信息素更新。仿真实验结果表明CACOR在簇稳定传输阶段的优势和有效性。(3)为解决WSNs能量约束问题,本文提出基于能量优化的WSNs分簇路由算法(EOCRA),算法分为两个阶段:簇初始建立阶段和簇稳定传输阶段。簇初始建立阶段基于AKDEC思路,采用自适应核密度估计算法拟合簇半径,实现非均匀分簇。在簇建立基础上,基于CACOR思路寻找最佳簇间传输路径,建立全局路由骨干网。仿真实验结果证明EOCRA在网络寿命、能量效率和能量均衡方面具有明显优势。