无线传感器网络(WSN)是由大量的传感器节点部署而成。组成网络的无线传感器节点具有数量巨大、价格低廉、能量受限、通过自组织的方式进行通信与信息交换的特点。由于WSN具有的易部署、成本低、适应各种恶劣环境的特点,在实际应用中有着很强的应用价值和巨大的发展前景。拓扑控制和路由算法一直是WSN的主要研究方向。针对网络节点能量受限的问题,如何设置网络拓扑并建立合适的路由算法,一直是研究的热点。为此本文在对现有的经典的WSN协议进行分析后,针对研究期间发现的种种问题提出一种新的解决办法。全文主要进行了以下的研究。本文首先对WSN和拓扑控制的基本概念进行介绍和分类比较。然后根据设计方法的不同,列举了几种具有代表性的基于拓扑控制的路由协议,分别对它们的设计思想进行分析,并指出各自具备的优势和存在的短板。通过分析可以得出这样的结论:层次型分簇路由协议无论从拓扑结构的稳定性、网络能量消耗的均衡性,还是从协议的反应速度、可扩展性方面都比平面路由协议更加具有优势。通过之前的分析,本文在分簇路由协议中选取了两种具有代表性的协议HEED和EEUC,并对它们及改进算法进行了详细的分析。针对协议中存在的簇的位置不均匀、簇内成员数量的不均和“热区”问题,提出了一种基于不均匀分层的能量高效路由协议(Uneven Layered Energy Efficient Routing Protocol,ULEE)。ULEE协议通过基站端对整个网络监测区域进行对网络的分层进行预处理,把监测区域分成几个宽度不等的层,通过假设每层能耗相等,经公式推导得出每层中节点的竞选半径和分层宽度,节点在各个层中进行分簇。节点通过由高层级到低层级、低层级再到基站的多跳传输,完成整个网络的拓扑构建。由于ULEE采用可跨层分簇的设计,使得簇得到了比较均匀的分布且令簇内节点数量近似相等;由于采取了非均匀分层的机制,从设计之初就减少了“热区”问题出现的可能。通过对拓扑维护的设定,对网络进行周期性重构进一步延长了网络的寿命。通过仿真实验对ULEE协议的分层参数n进行分析,之后又与几种常见的协议进行对比。通过计算和仿真分析得出ULEE协议的分层参数在本文所设的监测区域中,n=2时效果最佳;同时,为了验证ULEE协议的效果本文还实现了LEACH、HEED、EEUC等经典协议,通过比较得出ULEE协议在分簇数量、簇头能耗、网络能耗和网络生存时间上都有很好的性能。最后对全文进行总结并对下一步的研究指明了方向。