随着人们生活质量的不断提高和传感器网络技术的进步,具有网络传输功能的智能物件不断融入人们的生活,成为生活必需品。智能物件大多采用无源供电,因此,智能物件数量的增加给无线传感器网络的能耗管理带来了挑战。本文从能量优化的角度出发,对低功耗有损网络工程小组(Routing over Low-power and Lossy Network)提出的RPL路由协议进行性能优化和机制改进。仿真数据结果和性能分析表明,改进后的协议在网络整体能量消耗和网络能耗负载均衡方面有较大的性能提升,网络整体的生存时间得到延长。因此,本课题的研究具有实际意义。本文对RPL路由协议在协议通信模式,报文属性结构,路由修复机制等方面进行了深入的研究,并对协议进行了性能测试与分析。通过分析协议在能量消耗和能耗负载均衡方面的不足,结合层次型异构簇网络协议特点与优势,提出了从网络初始化分簇、路由构建、路由修复等各个环节的整体解决方案,并对最终解决方案进行了仿真与性能测试。为此,本文提出了旨在使网络能量消耗相对均衡的RPL路由协议成簇算法和基于最优方向角的环域通信路由拓扑控制模型。成簇算法通过网络模型的假设,计算出网络最优簇头数,结合成簇概率模型,通过节点竞争机制选出网络中的簇头节点来完成分簇。环域通信路由拓扑控制模型将网络划分为面积相等的同心环域,进而确定网络的环域等级,为网络中的主干网路由提供理论基础,节点通过不同的环域等级和最优方向角来选择最佳的网络路由。根据以上提出的理论基础,本文设计了协议改进后的报文结构,并通过伪代码的形式展示了协议在分簇、路由建立、网路修复等环节的函数处理过程。最后,利用Contiki操作系统专有的Cooja仿真器,完成了对整体仿真环境的搭建,并对协议在能量、传输效率、传输时延等方面进行了仿真与性能分析。仿真实验结果表明,改进的RPL路由协议相比原有协议能够减少网络整体能耗、均衡网络能耗负载,延长网络生命周期。