无线传感器网络为物理环境尤其是那些人类很难接近的恶劣或危险环境的信息获取提供了一个灵活、低成本的解决方案，在军事、工农业、环境监测和医疗等领域有着广泛的应用前景。无线传感器网络是由大量资源有限的无线传感器节点组成，尽可能长时间地执行指定的任务是无线传感器网络设计的主要目标，这就需要网络中运行能量有效的算法和协议来最大化网络的生命周期。拓扑控制算法和协议不仅能节省网络的能量消耗、延长网络的生命周期，而且为上层算法(如路由算法)和应用提供了优化、可靠的拓扑结构。因此，研究无线传感器网络中的拓扑控制技术对无线传感器网络的进一步发展具有重要的实际意义。本文从几个方面对拓扑控制进行了研究。首先，对拓扑控制算法进行了分类，并针对现有分类的局限，对拓扑维护定义进行了补充，设计了一个拓扑维护通用模型。为了进一步了解拓扑维护技术的实质，对目前的拓扑维护技术进行了分类、比较和分析，指出现有研究中的不足及其发展趋势。其次，提出了两种可自维护的基于功率控制的拓扑控制算法LRTC和AFCS，它们通过开环和闭环功率控制的方式构建网络拓扑，并分别采用基于能量和节点度的触发机制来对拓扑进行维护。最后，设计了两种可自维护的分簇拓扑控制算法DMC和NFCT，它们运用轻量级的成簇机制来构建分簇拓扑结构，并分别基于能量偏差和故障的触发机制来对拓扑进行维护。仿真测试表明四种算法和类似的算法相比性能较优。功率控制是无线传感器网络拓扑控制的一种有效技术，其目的是保持网络连通的同时减小能量消耗。LRTC算法中，首先通过邻居信息获取得到每个节点与其单跳邻居通信所需的最小传输功率。然后通过考量节点剩余能量和由节点硬件获取的链路质量指示值LQI来构建链路代价函数，并根据该函数来计算链路通信代价，判断单跳邻居节点间是否存在多跳路径且满足每跳的通信代价都小于该邻居节点间直接通信的通信代价。拓扑形成后，当网络运行过程中节点的剩余能量低于邻居剩余能量均值时触发局部拓扑维护过程。理论证明了算法的连通性及算法的报文复杂度。由于采用开环的控制方式，LRTC很难知道其最终的控制效果。因此，AFCS算法应用控制领域的闭环控制理论，并基于节点度来控制节点的发射功率。首先，AFCS算法设计了一个自适应模糊控制器，并将节点度误差及节点度误差和功率差之比输入该控制器，构成一个闭合的控制环路。控制器控制节点的发射功率并最终使节点的节点度处于预设的范围之内。而在网络的运行过程中，当节点的节点度发生变化不再处于该范围时，则根据节点及其邻居的剩余能量、前一次的节点度以及节点的最大、最小节点度等参数来计算节点的期望节点度，触发拓扑维护过程。分簇是无线传感器网络拓扑控制的另一种有效技术，它通过分配节点的角色并赋予不同的网络任务来降低网络的能量消耗。DMC算法中，首先根据节点及其邻居节点的剩余能量、节点与其邻居节点的距离来计算每个节点的成簇参数，使具备高剩余能量且多近距离、能量低的邻居节点的节点成为簇头的概率大。并通过限定簇头的邻簇头所在位置来均匀分布簇头，最终构建一个连通的网络拓扑结构。当网络运行过程中某个簇头的剩余能量低于簇内节点的平均剩余能量时，触发本地拓扑维护过程。然而，在DMC算法中，当簇头发生故障时将使其簇内成员的感测信息无法传送到汇聚节点，甚至影响其邻居簇的信息传输，造成网络分割。因此，NFCT算法在成簇阶段，采用簇头备份机制来增强簇的容错能力，提高簇的运行稳定性。在网络的运行过程中，采用一个轻量级的故障检测机制，实时检测网络中的簇头和成员故障，一旦检测到故障，触发拓扑维护对故障进行处理。最后，拓扑维护机制实时监测簇头节点剩余能量，当剩余能量低于簇内平均剩余能量值时，将备份簇头变为簇头，维持网络的稳定运行，进一步提高网络的容错能力。本文围绕可维护的功率控制和分簇拓扑控制算法研究，从能量节省和延长生命周期出发，探索拓扑控制中链路质量、期望节点度、均匀成簇、容错成簇以及不同的拓扑维护触发标准（基于能量、节点度、故障等）等一系列问题，对无线传感器网络拓扑控制技术的进一步发展具有借鉴意义。