无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是多学科高度交叉的前沿研究领域，具有广泛的潜在应用前景，也是国际上信息技术领域的研究热点和竞争的焦点。与常规的无线传感器网络相比较，大区域海量无线传感器网络具有覆盖范围大、节点密集和传感数据量大等特点，这与传感器节点通信能力差、携带能量少和存储空间小等特性形成突出的矛盾。　　 本文以提高大区域海量无线传感器网络的能量效率为研究目标，在其拓扑结构控制和路由算法等方面进行了研究。主要工作和贡献如下：　　 第一，从理论上分析和建立了无线传感器网络的能耗模型。按照簇内是否进行数据融合以及簇外是否使用多跳传输，分别建立了各种情况下分簇式网络的能量模型，分析对比了大规模无线传感器网络的节点能量消耗情况，对各种情形下节点能量消耗的不均衡性给出了定量的分析结果。此分析结果使我们认识到在大规模无线传感器网络中寻找高效、合理的拓扑控制方法和多跳路由方法的必要性。　　 第二，研究和提出了GHCCH拓扑控制算法。针对采用分簇式拓扑控制方法时，分簇合理性和算法复杂性要求之间的矛盾，基于对LEACH、HEED等算法的研究，提出一种半集中式、综合利用节点位置信息与剩余能量的无线传感器网络分簇及簇头选举（GHCCH）算法。经仿真，得出GHCCH算法使得分簇和节点能耗更加均匀，有效延长了无线传感器网络的生存周期，收集了更多的传感数据。　　 第三，研究和提出CCST簇头多跳路由树算法。在采用分簇式拓扑控制算法前提下，研究了在路由层面上解决全网节点能耗均衡的问题。提出了CCST路由树生成算法，该算法以最小化最大节点代价为原则，生成一种以Sink节点为根节点，包括所有簇头节点的路由树。该路由生成树均衡了簇头节点的能量消耗，延长了网络生命周期，适用于大区域海量无线传感器网络。　　 第四，研究和提出了兼顾节点能耗均衡和流量均衡的TBCCST路由树生成算法。在大区域海量无线传感器网络中，海量传感数据的传输可能会在某些簇头节点处造成局部拥塞，在此情况下生命周期长的无线传感器网络未必能收集更多的传感数据。在簇头间通信采用DCF MAC机制的前提下，本文推导和仿真验证了一种通过概率来计算网络归一化饱和吞吐量的方法。将归一化饱和吞吐量引入簇头路由树的构建，从而提出TBCCST算法，使得在路由树构建过程中兼顾流量均衡，降低发生局部拥塞和丢包现象的可能性。　　 理论分析和仿真结果均表明，以上提出的算法及算法的联合能有效提高网络的能量效率，并显示了网络的能量性能提升的程度。