随着信息技术和移动互联网的发展,人与人、人与物、物与物的联系正在逐渐加深。无线传感器网络(WSNs)作为椎动物联网藩勃发展的关键性技术,吸引了学术界和工业界的广泛关注。作为一种新的网络形态,无线传感器网络架起了人与物信息交流的桥梁,在医疗护理、环境监测、军事安全等领域获得丰硕的应用成果。然而,在大规模应用部署之前传感器网络仍然受到一些关键性问题的困扰,特别是能效问题,严重影响网络的部署规模,制约网络使用寿命。传感器结点往往体积小、结构简单,携带的能量有限。在能源补充、替换手段受到环境因素制约时,降低节点能耗,提高能量有效性成为延长网络寿命的主要途径。在众多节能方案中,基于虚拟多输入多输出(vMIMO)技术的能效路由逐渐成为研究热点。本文基于大量vMIMO路由的研究成果,针对当前研究中普遍存在的不足,构建了一个简洁有效的vMIMO传输模型并开展能量有效的路由研究。本文的传输模型摆脱了固定结构如分簇的约束,放开了合作传输模式的自由选择,从而保证相关算法能够充分发掘空间分集带来的能效优势。在此之上,本文针对能效的能量、生命期优化问题分别展开路由方案与算法设计：(1)基于vMIMO的能量最小路由问题。该问题关注路由过程中各节点的整体能耗水平,要求路由方案寻找一条从源节点到目的节点的最节能转发路径。针对此问题,本文基于Bellman-Ford算法,提出了一个分布式的能量最小的vMIMO路由算法(DEMVA)。它通过构造虚拟合作图来转化vMIMO传输中节点间的合作关系,形成统一的路由计算,最后分布式求解得到能耗最少的路由。从虚拟合作图中的节点、链路组成入手,本文给出了该算法时间复杂度和消息复杂度的详细分析。实验结果表明,本算法能够充分挖掘节点间的vMIMO合作传输关系,实现最优的算法性能。例如,该算法比传统的路由方案平均可以节省30%左右的能量消耗。(2)基于vMIMO的生命期最优路由问题。当vMIMO路由仅关注总体的能量消耗,而忽略路径中节点的剩余能量水平时,随着时间的推移网络中将会出现路由中断、拓扑变动等问题,从而影响节能的实际效果。因此,本文从路由生命期优化的角度进一步探究能量有效性,提出了一个分布式的面向生命期优化的vMIMO路由算法(DLOVA)。该算法首先借鉴最短路径算法思想,计算非合作条件下的生命期最优路由,在此之上构建节点间的vMIMO合作传输,通过多次迭代不断延长路由的生命期。经过理论分析,该算法能够实现近似比为4的性能保证。实验结果表明,本算法展现出明显的性能优势,例如在密集拓扑下,相对于协作通信中的路由算法平均可以延长20.2%的生命期。