无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由大量随机分布的集成有传感器单元、数据处理单元和通信单元的微小节点,通过自组织的方式构成的无线网络。鉴于无线传感器网络多跳传输的特点,其路由协议的设计与现有通信网络的路由协议不同,尤其网络节点在一次性播撒的情况下,节点能量是不可再生的,因此,提高平衡网络能量消耗、延长网络生命周期成为无线传感器网络的首要设计目标。目前无线传感器网络核心的路由协议是分簇路由协议,而作为分簇路由协议的基础-多级簇树拓扑结构由于其能耗小,寿命长的特点已成为近年来无线传感器网络的一个研究热点。本文介绍一种基于梯度的分簇拓扑控制算法ETBG(energy-aware topology control protocol based on gradient),该算法通过基站将网络划分为若干个半圆形的梯度场,节点间根据权值大小及梯度等级组成簇树,此算法时延较小,但是所用权值单一,未考虑距离在节点数据传输时的耗能情况,部分簇内节点之间相距过远,造成通信耗能过大。针对ETBG算法存在的问题,本文提出一种基于梯度的有网关多级簇树算法,在节点分簇时设计一个调节因子在剩余能量和距离之间进行调节,在成簇的过程中,采用综合权值大的节点作为簇头节点。同时利用负载均衡的思想调节各个簇头的簇成员数目,使各个簇头的簇成员数目更加均衡,耗能更加平均。最后在簇头之间加入网关根据梯度等级建立簇树,能解决ETBG算法在簇头距离过远情况下直接通信耗能过高的弊端,同时能减少网内簇头的数目,通过簇头轮换策略,可以延长网络的生命周期。本文还考虑给出该算法的局部维护和更新策略,使该算法在出现局部拓扑变化时,可以迅速使各个节点建立连接,能保证网络的正常运行,提高算法的自适应性。