高速铁路的发展对列车行车环境安全要求日益提高,引入无线传感器网络可实现对铁路重点基础设施安全状况的实时监控,为提高铁路设施安全监控无线传感器网络中节点能量利用效率,并延长网络生存时间,本文对其中与能量相关的拓扑控制和路由协议进行了研究。为了使网络节点能量均衡消耗而延长网络生存时间,提出以能量均衡为导向的协同分簇算法。通过对节点剩余能量、节点度水平、与汇聚节点的距离值的归一化,协同地计算出节点信任度值来竞选簇头节点,簇头轮换机制将簇头负载均匀的分散到合适的节点上；而簇头节点合适的节点度和与汇聚节点的适当距离,降低了簇内节点通信代价和簇头与汇聚节点通信的能耗。达到降低与均衡网络能耗,延长网络生存时间的目的。为了提高数据转发效率和网络能量利用效率,提出一种基于同心圆路由树的路由协议。簇头节点通过距离预测使其能以最优功率与汇聚节点通信。簇头对簇内节点进行路由层级划分,通过内层节点为外层转发数据的路由规则形成以簇头节点为树根的同心圆路由树,增强数据发往簇头的导向,加快转发效率；同时簇内节点通过功率控制保证网络连通性和多路径路由,使数据在簇内进行短距离多跳传输；另外节点根据自身剩余能量多少判定是否转发其它节点数据,避免低能量节点过快死亡。实现了降低网络能耗,提高能量利用效率和延长网络寿命的目的。最后,利用OPNET仿真工具对网络中节点能量利用效率、能耗均衡性、网络生存时间进行仿真分析,验证拓扑算法与路由协议在铁路基础设施安全监控无线传感网络中的有效性。