无线传感器网络中节点间的能耗不均现象易造成全局网络瘫痪,成为资源有限网络的规模化应用瓶颈。节点度、节点与基站的距离和节点负载的分布不均是造成节点间能耗不均和网络级联失效的主要原因。本文基于无标度网络,从建立节点能耗与度分布的关系模型入手,突破从节点度、加权和级联失效三个方面构建能耗均衡网络的难题,揭示拓扑的度分布、点权分布以及能量与负载的关系对网络能耗均衡的影响规律。同时还研究拓扑构建后关键节点的判定问题,并通过对关键节点的缓解进一步提升网络的能耗均衡。具体研究工作如下:针对无标度结构中节点与基站的距离和度分布不均引发的能耗不均问题,设计圆环划分策略,通过均衡圆环块之间的能耗来缓解由距离引发的能耗不均。以环块为单位建立能耗模型,将平均最短路径为桥梁,构建环块能耗与度分布的关系模型,并以节点能量和距离来控制网络的增长方式,研究网络度分布对能耗均衡的影响规律,推导出满足网络容错需求和维持长期稳定运行的能耗均衡度分布。在能耗均衡拓扑度分布的基础上,研究节点度、节点权重和介数对节点负载的影响,建立节点初始负载和容量模型。在节点失效后,研究网络的负载重分配规则,并寻找由节点失效引发级联失效的条件,探究抵抗WSNs拓扑级联失效的节点容量参数与度分布幂率指数和负载参数之间的变化规律,获取网络抗级联失效和达到最强鲁棒性的负载参数范围,为构建抗级联失效的WSNs能耗均衡拓扑提供基础。依据抗级联失效的参数范围,研究节点能耗与节点负载的变化关系,引入加权和链路权值择优连接的拓扑演化机制,利用平均场理论探寻能量参数与其演化拓扑权值分布及度分布的耦合关系,提出一种权值分布及度分布满足幂率特性的能量异构WSNs能耗均衡加权拓扑控制算法EH-BBV。通过控制EH-BBV算法能量参数,演化出满足抗级联失效和能耗均衡需求的WSNs拓扑。以EH-BBV算法生成的拓扑为基础,分别建立Katz、W-MDD和W-PageRank多属性决策函数。采用TOPSIS方法将多属性决策函数演化为多属性加权决策矩阵,利用信息熵分配各属性的权值,并通过与理想方案的贴进度获取网络关键节点的重要度指标。针对关键节点的能耗快问题,利用蚁群算法进行路径搜索,降低关键节点被选择的概率,为缓解关键节点能耗和进一步完善抗级联失效WSNs能耗均衡拓扑提供保障。