复杂异构无线传感器网络(Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs)是由不同类型的传感器节点组成的自组织网络。HWSNs不仅满足了陆地上的应用需求,在水下环境中也得到了充分的利用。由于节点受自身能量的限制,能耗一直是HWSNs中一个不可忽视问题。再加上节点部署环境的复杂性,节点容易受到外界环境的干扰或人类的蓄意破坏而导致失效。因此,在解决能耗和节点失效问题的基础上保障网络的Qos成为HWSNs的一个关键问题。而拓扑控制作为一种保证HWSNs能够实现高效节能的关键技术,它不仅能够构建优化的网络拓扑结构,并且带有维护阶段的拓扑控制还能够使得HWSNs具有一定的容错性。本文针对HWSNs的能耗和节点失效问题,进行了相关的研究,并提出了对应的理论模型和解决方案。主要工作如下:1.针对网络中能耗不均匀、簇头节点负载不均衡以及因能量耗尽而导致节点失效等问题,提出了基于容错的异构无线传感器网络的拓扑控制算法。该算法在拓扑构建阶段,通过几何方法选择簇头,待所有非簇头节点通过比较与簇头之间引力大小加入簇后,再利用最小费用最大流的方法对每个簇的簇成员数进行调整,均衡每个簇的负载;拓扑维护阶段对能量低于某轮通信阈值的簇头节点进行局部通信的调整,对调整后的网络进行广度优先搜索树遍历寻找孤立节点或环路通信。若存在孤立节点则孤立节点采用最短路径与非孤立节点通信,若存在环路则遍历去掉环路的路径。这样经过拓扑维护后使得能量能够均衡的消耗,期望节点在同一时刻死亡,以延长网络寿命。2.针对网络能耗、通信链路损耗和节点任意失效等问题,提出了基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制算法。该算法首先理论分析了节点功率调节形成的博弈过程中纳什均衡的存在性和有效性,其次以网络中的成本代价作为簇头选举参数的参考,然后结合能量、节点之间的跳数和距离等参数来指导非簇头节点加入簇。最后当网络运行过程中有节点失效时,启动拓扑维护阶段调整各个节点的发射功率,维持网络的正常运行。3.研究了水下无线传感器节点的能耗模型和水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)的路由协议,根据UWSNs中节点部署稀疏、多径效应和节点能耗快等网络特性,提出了基于能耗均衡的UWSNs拓扑控制算法。通过建立多人博弈模型选出网络中簇头,然后以节点的成本代价实现中继节点的选择,以实现能量的均衡消耗和网络能量利用效率的提高,最终达到延长网络生命周期的目的。最后,将上述的算法通过仿真平台的验证,实验结果证明了各部分算法的有效性,并且在保障网络Qos的情况下,能够实现延长网络生命周期的目标。与同类算法相比,在能量均衡、能量利用率和网络生命周期方面也具有一定的优势。