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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种群体智能系统,对它的研究由来已久。目前其最新的研究和发展形式表现为物联网。物联网的实际应用和发展前景很广阔。然而WSN的研究领域涉及多个学科,研究内容庞杂。本文仅从WSN拓扑结构和路由方面进行了如下的探索研究。首先,本文针对HEED算法在拓扑结构控制上的不足,提出了改进算法:一种基于HEED的非均匀层级WSN路由协议(IHEED)。一方面,IHEED协议将节点的部署设计成分层区域部署,即节点分布于各个不等宽度的不同区域,不同区域的节点具有不同的竞选半径。因此网络最终会形成非均匀的簇分布。另一方面,IHEED协议针对特殊的网络工作条件,改进了簇形成算法和加入了簇动态维护逻辑,提高了拓扑的鲁棒性,使该算法可以工作在节点分布不均匀的场合和复杂的环境下。IHEED算法设计了完善的仿真实验与HEED协议以及相关的路由算法进行对比实验研究。仿真结果表明:在簇头集的稳定性上,该算法大大提高了簇头集的稳定度。在获得簇头集的能耗性能上提高了 80%左右。在簇头集能耗的方差上降低了 50%左右。而整个网络的生存时间提高了 50%左右。其次,本文总结了 WSN拓扑结构设计的一般问题和方法。为了使网络可以工作在极其恶劣的环境下,本文利用GG邻近图算法模型,在HEED算法基础进一步提出了一种错误容忍和能量高效的多路径路由协议(HEED-FT)。它改进了网络拓扑结构的形成算法,并在该拓扑结构上设计了节点间数据传送的多路径路由。HEED-FT算法降低了网络的工作能耗和进一步提高了网络的鲁棒性。一方面,HEED-FT算法将网络簇头的选取由按概率的随机方式,改进为按优先级的确定方式。另一方面,HEED-FT算法将多个分簇参数按照不同级别有机结合使用,分步控制节点形成理想的簇拓扑分布。另一方面,HEED-FT算法利用GG邻近图模型在簇内和簇间形成多径路由,得到可靠的通信链路。HEED-FT算法设计了合理的仿真对比实验,实验结果表明HEED-FT算法与HEED算法相比较在网络生存时间上提高了 95%左右。在簇头集能耗性能提高了80%左右,且能耗方差波动明显降低。