拓撲控制是在保證網路連通性和覆蓋性的前提下，充分考慮無線感測器網路特點，根據不同套用場景，通過節點發射功率調節和鄰居節點選擇，形成最佳化的網路結構，以保證完成預定任務。
基本介紹
特點和要求,算法設計,設計目標,算法性質,
特點和要求
1.拓撲結構應至少滿足連通和覆蓋兩方面基本要求。
首先，連通性是對網路拓撲的最基本需求，若只是一堆孤立的感測器節點，無線感測器網路就無從談起，也無法完成預定任務。但在某些情況下，也並非一定要達到100%的連通，在連通性方面做出適當犧牲，可節約大量能量。
其次，對監測區域形成完整覆蓋，是完成相應的監測、數據採集任務的基本保證。覆蓋程度表達了無線感測器網路成功偵測監測區域內所發生事件的機率，常見的覆蓋定義、類型包括：點覆蓋、區域覆蓋和柵欄覆蓋。
2. 在拓撲控制算法設計中應充分考慮無線感測器網路的各類特點 。
例如，節點能量嚴重受限，使得能量高效成為幾乎所有拓撲控制算法的首要設計目標。由於採用高密度部署方式，其節點密度往往大於20個節點/m2，使得如何減小節點間通信干擾成為拓撲控制的重要任務和研究熱點之一。再比如，節點一般不具備長距離通信能力，且節點的分布範圍又比較大，相應算法必須具備分散式、本地化等特點，即節點必須能夠各自獨立地通過本地化信息（一跳、兩跳範圍內的鄰居節點信息）來完成局部拓撲構建，並通過局部拓撲的組合進而形成連通的全局拓撲。
3.拓撲控制算法應根據不同套用場景，形成相應的網路拓撲
不同的套用場景往往會帶來截然不同的需求，所以各類拓撲控制算法往往也有著完全不同的假設與設計目標。
例如，當無線感測器網路用於建築物結構安全監控時，節點部署位置往往是已知的，其網路拓撲也不會經常發生變動，就可以弱化對於自組織的要求。再比如，當無線感測器網路用於戰場監測等惡劣環境中時，要求拓撲控制算法能夠更好的適應節點失效，新補充節點加入等變化，即具有更好的容錯能力；由於可能遭到敵人的俘獲，還對節點安全性，尤其是物理安全提出了更高的要求。
4. 拓撲控制的基本手段包括功率控制和鄰居節點選擇
功率控制與網路連通性關係緊密。節點發射功率越大，通信半徑越大，可選鄰居節點數量越多，連通性越容易得到保證，但也意味著更大的能量消耗，更強的通信干擾。反之，節點發射功率越小，通信半徑越小，可選鄰居節點數量越少，連通性保證越困難，但也將降低節點的能耗與節點間干擾。
另外，功率控制是實現降低節點能耗的最主要手段。在節點能耗中，占比例最大的是通信能耗，且數據傳送能耗大於數據接收能耗，而數據傳送能耗又與傳送距離呈冪函式關係。例如，將1bit數據傳送到100米外所消耗的能量可執行3000條指令，所以應儘量降低節點的通信半徑。
除此之外，節點並非一定要和所有鄰居節點建立通信鏈路，對鄰居節點進行適當的取捨，有利於降低路由協定、MAC協定開銷。另外，節點休眠調度也被認為是拓撲控制的手段之一。
算法設計
設計目標
拓撲控制算法的主要設計目標包括以下幾點：
1.能量高效，有利於延長網路壽命
無線感測器節點多採用電池供電，能量高度受限。所以能量高效是任何拓撲控制算法都必須實現的目標，甚至是首要目標。在拓撲控制當中，大多通過減小節點發射功率、減少節點間交換信息量來降低節點能耗。並輔以在設計中考慮節點間能量負載均衡，以延長網路壽命。
2.保障連通性與覆蓋
拓撲控制算法所生成的拓撲結構應是連通的，同時是滿足覆蓋要求的，這是對拓撲控制算法的基本要求。
3.降低節點間通信干擾，提高網路吞吐率
無線感測器網路在部署中多採用密集部署，而密集部署帶來的問題就是小範圍記憶體在大量節點，其將對節點通信造成嚴重干擾，並加重MAC協定負擔。通過縮小節點發射功率，能夠降低節點間相互干擾；同時由於干擾導致的重傳次數減少，也將為節點節約大量能量；最後，由於相互干擾情況減少，使得在同一時刻，可同時通信的節點數量增多，網路吞吐率也將得到提高。
4.鏈路對稱
由於無線信道、鏈路非常容易受到各類環境因素、干擾的影響，請求應答（回復）機制對於確保訊息成功接收是必不可少的。這要求節點間鏈路必須是對稱的、雙向的，以保證鏈路兩端節點能夠對彼此所傳送的訊息進行回復。同時，對稱鏈路還有助於減少隱蔽終端、暴露終端問題所帶來的不利影響。
5.健壯性
節點失效，無線通信不穩定，新增節點加入甚至是節點移動等都會造成拓撲結構變化，所以拓撲控制算法所生成的拓撲結構必須對各類拓撲變化具有一定的適應性。
算法性質
1.分散式、本地化
單個感測器節點的通信、運算、存儲能力均極為有限，使得單個節點難以獲取網路整體情況，所以要求拓撲控制算法能夠以完全分散式（各節點獨立運行算法）的方法，依靠本地化信息（節點一跳範圍內的鄰居節點信息）構建局部拓撲，最終形成完整的全局拓撲。
2.算法複雜度低、可擴展性強
同樣由於節點各方面性能限制，拓撲控制算法不應過於複雜，應具有較低的時間複雜度。所以蟻群算法、粒子群算法等在執行中需要多次疊代的算法不太適合在無線感測器網路中使用，但也有研究人員在進行此方面的研究。同時算法複雜度若與網路規模、節點數量無關，將有利於算法適應網路規模變化。
3.算法假設條件應較少、較弱
在不同套用中，無線感測器節點的結構、能力都存在比較大差異，為了使拓撲控制算法能夠更好的適應不同套用場景，應儘量減少節點能力方面的假設，比如：節點裝備有GPS（Global Positioning System）等定位設備，節點具備長距離通信能力等。
