P2P网络是物理网络上的一层逻辑网络,因其具有非中心化、可扩展性、健壮性、高性价比和负载均衡等优点,广泛应用于分布式存储、计算能力共享、协同工作和即时通讯等领域。P2P网络拓扑结构是指P2P网络中各节点之间的逻辑关系,是改善P2P网络性能的基础,因此倍受研究人员的关注,一直都是P2P领域的研究热点。论文以P2P网络拓扑结构作为研究主线,主要开展了以下几方面的研究工作:分析了P2P网络拓扑结构的分类方法,对每类拓扑结构中具有代表性的P2P网络,从网络结构、路由方式和搜索效率等方面进行了说明和评述。同时探索了P2P网络性能评价的方法,对实验法中开放的互联网实验平台、分析法中常用的数学理论和形式化方法、仿真法中主要的P2P模拟器、拓扑生成器和可视化工具进行了介绍。深入研究了层次化拓扑结构的P2P网络,探讨了层次化P2P网络体系结构、组建方式、路由机制和查询模式等,并通过对比说明层次化P2P网络的优势。基于层次化P2P网络模型,提出分裂合并模式的P2P网络拓扑构造方法,有效的提高了网络的路由效率,并利用扩展COU策略实现链接的被动维护,极大的降低了网络的维护开销。针对现有P2P网络无法正确构造包含非传递连通节点的网络拓扑的问题,提出了非确定性DHT的拓扑构造方法,从拓扑构造上解除了非传递连通节点的标识与逻辑位置对应的关系,使网络对非传递连通节点具有较好的容忍能力。同时探讨了用于非确定性DHT网络的可靠路由和重定向路由机制,并利用重定向消息复制策略提高路由效率。构建具有小世界特征的P2P网络拓扑结构,使P2P网络在随机选择链接的情况下,具有均匀的度数分布、较小的路径长度和较大的聚类系数。通过对小世界理论、特征、度量和构建方法的研究,提出了动态构造小世界P2P网络的方法,且能够通过参数调节网络的特征倾向。为了解除小世界P2P网络的维护开销与近端节点数量之间的线形比例关系,分析了维护开销的产生原因,提出利用双向控速令牌机制降低网络维护开销的方法,有效的减少了节点在加入、退出和失效处理等过程中产生的维护开销。无线传感器网络和P2P网络有着很多的相似点,将P2P网络的节点信息交换思想引入无线传感器网络,很好的解决了传感器网络的负载均衡成簇问题。在分析传感器网络的成簇机制、能量模型、度量方法和以往的负载均衡算法后,提出了用于多级能量异构的无线传感器网络负载均衡成簇算法,算法极大的延长了网络的稳定周期,对需要可靠反馈的无线传感器网络应用具有非常重要的意义。总之,论文对P2P网络的拓扑构造和维护方法进行了深入研究,将其用于解决P2P网络的非传递连通、路由效率和维护开销等问题,以及能量异构无线传感器网络的负载均衡成簇问题。