无线传感器网络作为多学科相互交叉的新兴的研究领域,可以实时的监测和采集网络分布区域内各种监测对象的信息,并将这些信息发送给远方的观察者,来实现对目标对象的跟踪与监测。鉴于无线传感器网络通常被应用在较为恶劣或危险的环境中,节点一般采用能量有限的电池供电且不能随时充电或更换电池,如何降低和平衡节点的能耗一直以来都是该领域研究的热点问题。合理的路由协议是节省能耗的最有效的手段,而在路由协议中,分簇路由协议最为典型,所以本文把分簇路由协议作为主要研究对象,主要研究内容如下：(1)首先对该领域的研究现状与发展趋势、无线传感器网络的特点、关键技术、性能的评价指标以及具体的应用领域进行了简要概述；总结与归纳了目前较为典型的路由协议,并对每种路由协议的优缺点在多方面进行了对比。(2)其次对典型的分簇路由协议LEACH以及在此基础之上提出的较为成功的改进方案HEED、 EEUC等做了重点分析,并对每种路由算法目前存在的问题进行了详细的总结。总体来说,这些路由算法都存在一定的缺陷,比如：在候选簇头节点的选择上未考虑节点的剩余能量以及实际网络中所需的最优簇头节点的个数等因素,造成簇头节点能量消耗的不均衡；不论节点距离基站的远近均采用均匀的成簇机制和单跳的通信方式,导致距离基站较远的节点耗能较多,不利于网络整体能耗的均衡性等。(3)最后鉴于以上路由算法的不足,提出了自己的改进方案EBCA (Energy Balanced Clustering Algorithms)。新算法EBCA主要从两个方面进行了改进：一方面是在簇头节点的确定上,引入了最优簇头数目和节点的剩余能量等参数,使每轮中选中的簇头节点更加合理,且簇头节点与网络中所有节点的能耗的均衡性更好；另一方面借鉴了非均匀分簇的思想,提出了一种新的网络模型,即将节点随机部署在一个环形的监测区域内,为了进一步节省节点的能量消耗,将监测区域划分成大小相同的扇区,然后根据节点到汇聚(Sink)的不同距离,构建大小不等的簇。最后利用MATLAB仿真工具对EBCA算法与已有的经典分簇算法LEACH、 HEED. EEUC,从不用的角度做了详细的对比和分析。包括：不同的扇区个数对网络整体能耗的影响、簇头节点能耗的均衡性、簇头节点能量消耗总和、总体节点能耗的均衡性、不同的应用场景下网络生命周期以及网络中的数据传输量等性能。整体的仿真结果表明,新算法提出的非均匀分簇模型可以将节点的能量消耗均衡的分配到每个传感器节点上,克服了剩余能量低且距离基站远的节点被当选为簇头节点,因此EBCA算法是一种更有效,实际应用价值更高,应用范围更广的算法。
