无线传感器网络由大量传感器节点通过自组织方式构建而成,用于实现物理世界、信息世界与人类相连通的目的。由于无线传感器网络严苛的能量约束,节能问题始终是其核心问题和重大挑战。拓扑控制技术所要解决的正是传感器节点如何自组织地构建网络拓扑。它是减小节点间通信干扰、降低网络能耗、延长网络寿命的重要技术之一。本文在充分考虑传感器节点能量受限、部署密度高等特点的情况下,针对不同设计目标和应用需求,提出了多种拓扑控制算法、睡眠调度策略和数据汇播协议。本文的主要研究工作和取得的成果如下：首先在网络拓扑控制方面,基于连通支配集(Connected Dominating Set (CDS))的虚拟主干网是一种高效的拓扑结构。一方面,本文定义了交叉立方体诱导树的概念,研究其特有的Fibonacci特性,并设计了一个分布式的基于交叉立方体诱导树的CDS构造算法(CDS algorithm based on Induced Trees of the Crossed Cube network (CDS-ITCC-G*))。。另一方面,鉴于无线传感器网络的易破坏性,在k连通支配集容错度为k及k-维交叉立方体具有k连通特性的支持下,本文将交叉立方体与扩展性良好的环结构相结合,定义了一种扩展性好的交叉立方环结构,并在此基础上设计了基于交叉立方环的k-CDS构造算法(Crossed Cube Ring based κ-CDS Construction Algorithm (CCRA))。理论证明和仿真结果表明两算法能构造出节点数目最优的CDS结构及具有容错能力的k-CDS结构。其次,睡眠调度方法是一种重要的节能技术,可以让部分节点处于活跃状态,冗余节点进入休眠状态。本文为两种不同的应用环境设计了两种不同的睡眠调度策略：一方面,以确保网络覆盖率和连通性为目的,将网络寿命问题形式化为寻找极大连通划分问题,并设计出了一种基于交叉立方体诱导树划分的睡眠调度策略(Schedule scheme-ITCC based partition algorithm (IPAS))。提出并证明了算法可获得的连通支配划分的上界。仿真分析进一步表明IPAS可以有效延长网络寿命；另一方面以目标跟踪为目的,提出一种以分布式的局部可观测马尔科夫决策过程(Dec-Partially Observable Markov Decision Process (Dec-POMDP))为模型的睡眠调度策略(Dec-POMDP based Sleep Scheduling Scheme (Dec-POP-S3))。本文通过理论分析了策略获得收益的上界,数值分析发现利用Dec-POP-S3的网络可获得最高收益。最后在汇播技术方面,最大化编码数是提高数据包转发率的重要指标,但是编码节点为了获得较高的编码数而延长等待时间,势必产生延迟。由于汇播网络受到延迟的限制,故需要找到延迟和编码数的平衡点。本文提出了基于数据转发速率预测的汇播协议(Converge-cast Scheme based on data Rate Prediction (CSRP))。理论证明和仿真分析表明CSRP可以找到一个较优的平衡点,能确保在数据不失效的前提下提高编码数。