随着低功耗嵌入式技术和无线通信技术的快速发展,传感器节点的性能越来越高,极大的促进了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)规模的增加。由于传感器节点能量的有限性,系统对网络的能量损耗提出了更高的要求。WSNs演化模型可以优化网络拓扑结构,使网络在尽量小的能量损耗情况下能够满足节点间通信的连通性。由于WSNs拓扑结构的复杂性和动态演化均属于复杂网络的研究范畴,因此,将复杂网络模型理论应用于WSNs模型的建立,对均衡网络负载和改善网络性能具有重要意义。为了进一步降低WSNs的能量损耗,在WSNs演化模型的基础上,考虑节点权重、节点剩余能量、邻居节点个数等各种影响簇头选取的因素,设计节能的分簇路由协议是十分必要的。本文以大规模WSNs能耗问题为主要研究内容,通过对复杂网络在WSNs中的应用以及WSNs分簇路由协议进行了大量的文献调研、分析,提出了适用于大规模WSNs的演化模型和分簇路由协议。主要内容如下:1)对WSNs和复杂网络相关研究进行了叙述和分析。详细阐述了WSNs分簇路由协议分类的相关研究工作;介绍了复杂网络在发展过程中经典的网络模型,并从平均路径长度、聚类系数以及度分布等方面对相关模型进行了分析与研究;对WSNs的复杂网络特性方面进行了详细的说明和分析。2)提出了双向选择机制下权重约束的WSNs拓扑演化模型。分析了双向选择机制的特点以及权重约束模型对节点权重约束的效果。在权重约束模型的基础上,对达到了一定条件的网络节点解除约束效果,并对该节点赋予新的连接概率,解决了新节点无法就近连接已经达到最大阈值老节点的问题。仿真结果表明,该演化模型网络能量负载均衡且节点分布相对均匀。3)提出了基于多分簇因素加权的LEACH改进协议。分析了节点权重、节点剩余能量、邻居节点数量三个因素对簇头选取的影响以及能量损耗的相关情况。在LEACH协议的基础上加以改进,通过加权的方式将影响簇头选取的因素加入到阈值选取公式中,使每一轮选取出的簇头具有较好的状态;并在每一轮循环中,对簇头影响因素的权重进行优化,使得网络中的能量损耗可以降到最低。仿真结果表明,与LEACH协议和改进的LEACH协议相比,该路由协议能够有效降低网络的能量损耗,提高网络的能量利用效率,达到延长网络寿命的目的。