工业无线网络自从20世纪诞生以来便得到业界的广泛重视。随着计算机技术、通信技术的发展,工业无线网络越来越多的应用在工业自动化控制领域,并在人们生活工作中发挥着重要的作用。目前,工业无线网络主要应用在工业生产,环境监测,以及军用领域等。拓扑控制是工业无线网络研究的重要部分。拓扑控制以延长网络的生存周期为主要目标,同时,兼顾通信干扰,网络延迟,均衡负载,传输可靠性等功能。工业无线网络是应用型网络,采用的电池供电模式,因此节点能量相对有限。而工业无线网络对节点的能耗要求较为严格,因此对工业无线网络进行拓扑控制,有利于延长网络的生存时间,减少网络通信延迟和丢包率,均衡网络负载等。本文着重研究分析了以下内容：1.介绍了工业无线网络三大标准：无线HART、SP100、WIA-PA。对它们的网络结构,协议基础,以及通信模式进行了分析和比较。SP100和WIA-PA网络结构都采用的mesh+star的两层结构,不利于对网络进行拓扑控制。而无线HART采用的mesh单一结构,网络节点具有大规模,自组织的特点,因此,对无线HART网络进行拓扑控制,能够优化网络的能量,数据传输率,网络生存周期。在工业无线网络的基础上,本文所指代的应用网络是无线HART网络。2.本文第二章,介绍了拓扑控制的设计需求,分析了典型的拓扑控制算法。拓扑控制主要目标是保证网络的连通性和覆盖性,同时,延长网络的生存周期,保障节点的有效性。拓扑控制的无线网络一般有平面型网络、层次型网络和混合型网络三种。普通情况下,我们采用的网络都是平面型网络。在平面网络的基础上,目前拓扑控制分为三个重要的研究方向：功率控制、层次型拓扑控制、以及启发机制算法。本章在介绍拓扑控制的基本理论知识和典型算法的基础上,重点介绍了LEACH算法的工作原理和算法流程。3.目前,针对工业无线网络的拓扑控制研究主要集中在功率控制方面,相应的在层次型拓扑控制方面的研究,则相对较少。本文分析了LEACH算法在工业应用中存在的不足,并针对LEACH算法在无线HART网络中应用的不足进行了相应的改进,提出了基于节点能量、密度和距离的EDL-CHS(Energy,Densi ty and Length-Cluster Head Select)算法。EDL-CHS算法在LEACH的基础上,考虑到工业无线网络节点能量的有限性,以及网络中节点的密度和节点距离基站的距离对网络拓扑结构的影响,提出了算法的基本思想,并对算法的网络模型,能量模型进行了相关的分析了介绍。EDL-CHS算法在簇首选举时,采用了簇首计算公式T(i)对簇首当选的概率进行了计算,对网络进行分簇,使得节点能量多的,周围密度大的有更大的几率当选节点。簇的建立过程中对簇的规模大小进行控制,使得簇的大小与基站的距离成正比。在簇的通信过程中,本文设计了辅助簇首进行簇内通信,降低了簇首的负载压力,减少了簇首的能量消耗,使得簇首能够生存更长时间,对网络拓扑结构的稳定具有重要作用。簇间通信中,本文采用了中转簇首为簇首与基站进行数据转发。由于网络中某些簇与基站的距离相对较远,如果网络实现一跳通信的方式,那么在于基站的通信过程中,簇首将消耗大量的能量,可能导致簇首节点的死亡。簇首能量的急速消耗,不利于网络能量的均衡。簇首的死亡,也不利于网络覆盖下的要求。4.采用NS2仿真平台对EDL-CHS算法进行了NS仿真,并且进行了实验对比。实验设定了网络生存周期、节点能量和数据传输率三个实验指标进行仿真。实验结果表明,在节点生存时间上,改进后的EDL-CHS算法比LEACH算法具有更加优秀的生存能力,节点生存时间提高了25%,从而使得网络具有更长的生存周期。在网络吞吐率上,EDL-CHS算法比LEACH算法提高了19.1%,使得网络具有更好的通信效率,保证了网络的通信质量。能量是工业无线网络生存的基础,LEACH算法的仿真实验能量消耗达到0.51J/s,EDL-CHS算法则具有更低的能量消耗0.44J／s,相对于LEACH算法,性能提高了13%。仿真实验表明,EDL-CHS算法具有更加优越的实验性能,达到了论文的预期目标。本文主要针对无线HART网络的应用需求,在LEACH算法的基础上,引入了节点能量,节点密度和节点与BS的距离,提出了适用于无线HART网络的EDL-CHS算法,并对EDL-CHS算法进行了仿真实验对比。实验表明,EDL-CHS算法相比于LEACH算法,性能上有了进一步的提高。