随着微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,使得在微小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能与一体成为可能,而低功耗多功能传感器的快速发展促进了传感器节点的成熟。由这些很多配备可编程计算、多功能传感和通信能力的低功耗设备或节点组成的小型网络就是无线传感器网络,它是一种新型无基础设施的无线网络,布置在无人监控的位置,能够协作地实时监测、感知和采集各种对象的信息并进行处理。它易于布置,具有Ad-hoc网络的连续性和高效性。无线传感器网络是一个全新的研究领域,它的随机布设、自组织、环境适应等特点使其在军事、环境、医疗、家庭和其他商业应用领域具有广阔的应用前景和很高的应用价值,因此引起了工业界和学术界的高度重视。　　无线传感器网络节点数量庞大,单个节点的资源非常有限,这就要求无线传感器网络的路由协议必须以节约能源为主要目标,最大限度的延长网络的生命周期。在传感器网络中,由于链路存在多径衰落和射频不规则性,给网络带来很大影响。本文的主要工作是对无线传感器网络的路由协议进行分析和设计。　　首先,论文研究了无线传感器网络的体系结构、网络协议体系的特点,分析和比较了现有的无线传感器网络的路由协议。　　其次,在深入研究分簇路由协议LEACH(LOW-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)算法的基础上了解该算法的优缺点,并针对其缺点提出了改进算法,改进主要体现在对簇头选举的考虑上,把节点的剩余能量考虑到簇头的选举过程中,减少了少数节点能量快速消耗的现象,同时对于LEACH算法单跳通信的缺点,提出采用MTE(Minimum Transmission Energy)的多跳传输技术,分担远距离节点的能耗。通过分析可知改进后的路由算法均衡了网络的负载,延长了网络的生存期。　　最后,针对无线通信过程中射频传播的不规则性、多径衰落等物理环境的影响,可能导致传感器网络数据传输质量和效率的下降的问题,本文在单个天线的传感器节点引入了无线通信中的多输入多输出(MIMO)技术,取代单个天线节点的单输入单输出(SISO)的传输方式以抑制物理环境因素的影响,并在研究的基础上,提出将MIMO技术与分簇协议相结合,设计一个基于分簇的多跳协作式虚拟MIMO传输策略,其中采用虚拟MIMO技术进行簇间的数据传输。通过仿真表明,采用协作式MIMO传输策略系统的节点能量消耗明显减小,簇头节点的能量消耗降低,整个网络能量消耗更加均衡有效,同时延长了无线传感器网络的生存期。