无线传感器网络是由部署在观测环境内的大量微型传感器节点通过无线通信方式自组成网络。这些节点协作地实时监测、感知和采集环境或监测对象的信息,并将信息以自组织单跳或多跳的网络方式传送到用户终端。由于传感器网络节点数量庞大,单个节点资源极其有限,因此,有效节约能量,延长网络的生命周期是无线传感器网络设计的首要目标,而网络的拓扑结构和路由算法是网络的核心,它们的好坏程度直接影响网络存活时间。良好的拓扑结构和路由算法为提高网络数据传输效率、数据融合、目标定位等提供基础,所以拓扑控制和网络路由的研究既是无线传感器网络研究的基础,同时也是重点和难点。为了降低节点能量消耗,提供灵活可靠的通信,并提高网络的可扩展性,通常采用分级分布式方式控制网络。在分级结构中,网络被划分为簇,簇由簇首节点和成员节点组成,簇首节点可以形成更高一级的网络结构,依此类推。簇首节点不仅承担感知数据的任务,还要接收簇内普通节点传输的数据并进行数据融合,显然靠近汇聚中心的簇首承担了更多的任务,能量消耗更快,导致了能量消耗不均匀,引出了“热区”问题。本文阐述了无线传感器网络的体系结构、特点及其基本知识,在对目前典型的拓扑控制算法原理、性能特点深入分析的基础上,针对大规模无线传感器网络能量消耗不均的特点和“热区”问题,提出一种基于最小跳数场的非均匀成簇的拓扑控制及路由协议。此协议算法分为节点初始化、簇首选择、成簇控制、簇间路由四个阶段。初始化阶段建立整个网络最小跳数场等参数,同时通过控制节点广播延时,减少泛洪传播的内爆和重叠问题。节点分布式计算自己成为临时簇首概率,并依据各自最小跳数控制通信竞争半径,通过比较权重,“竞争、退出”机制最终选出簇首,形成大小不均的簇,达到均衡能量消耗目的。簇首选出后,其余节点依据最小通信代价加入到各自簇中,簇首依据最小跳数场选择下一跳路由。通过实验验证,与已有的比较本文算法在簇成员分布和拓扑控制等方面取得了较好的结果,有效地平衡了网络的能量消耗,显著地延长了网络存活时间,达到了路由协议设计目标。