受恶劣部署环境和有限能量资源的制约，无线传感器网络面临着环境损毁和能量耗尽综合节点失效的威胁，而遭受节点失效的网络拓扑容易出现断接和空洞，造成网络连通及覆盖服务质量的降低，这使得部分(或全部)网络监测信息无法传递到目的节点，导致网络在节点失效下无法继续保障应用功能。因此，无线传感器网络容错拓扑研究，是无线传感器网络实际应用最根本的基础，也是目前无线传感器网络安全领域的一项重要研究内容。本文从建立能量耗尽和环境损毁的综合节点失效模型入手，开展了无线传感器网络容错拓扑的结构特征分析及其控制算法课题研究，通过探索拓扑的节点度特征参量和度分布特征参量对其综合节点失效容错性的影响规律，研究高效的容错拓扑控制算法，实现拓扑对能量耗尽与环境损毁综合节点失效有效容忍的目标。具体研究工作如下：考虑能量耗尽和环境损毁综合节点失效因素，建立节点综合故障模型，并采用不等式放缩法和一元函数极值分析法，研究拓扑的节点度特征参量对其综合容错性的影响规律，得出满足网络生命期及综合故障容忍能力要求的最优节点度，进而形成一种冗余容错拓扑控制算法，实现生命期和综合故障容错性的优化。针对冗余容错拓扑无法应对多节点失效的不足，从网络连通和覆盖的有效性出发提出拓扑容错性测度，并以容错性测度为工具，采用概率母函数法研究拓扑的度分布特征参量对其综合容错性的影响规律，给出综合节点失效下长时间维持网络连通及覆盖服务拓扑所具有的最佳度分布。基于最佳度分布，以延长网络生命期和降低网络干扰为共同优化目标来建立无标度容错拓扑模型，通过求解生命期干扰平衡无标度容错拓扑的度分布表达式，形成一种生命期干扰平衡的无标度容错拓扑控制算法，确保在对多个综合节点失效强容错的同时具备延长生命期和降低干扰的性能。面向无标度容错拓扑易出现级联失效的问题，建立可变负载和固定容量的级联失效模型，通过研究无标度容错拓扑负载变化对其级联失效容错性的影响规律，推导出因单一随机节点失效引发无标度容错拓扑大规模级联失效的临界负载值，从参数优化角度避免单一随机节点失效下无标度容错拓扑的级联失效危害。