在无线传感器网络的部署中,节点间的检测区域会出现交叠,导致在某些区域存在大量的冗余节点,既浪费节点的有限能量,又占用了网络信道;另一方面在其它部分区域会出现盲点,使该区域不能被节点检测到,使网络的可信度和可靠性降低。无线传感器网络不仅需要考虑覆盖问题,还必须保证节点间的连通性。由于节点部署后可能面临不可预料的失效,仅仅保证1-连通不能有效地解决这个问题。针对上述问题,本文对覆盖部署模型和拓扑控制方法进行了深入研究,具体工作体现在以下几个方面:(1)对覆盖控制算法问题进行了研究,重点分析了区域覆盖和栅栏覆盖两类问题,为后续的网络拓扑结构优化设计提供了依据。(2)考虑了无线传感器网络的覆盖控制优化、感知模型的影响、约束条件以及节点利用率等方面因素,提出了一种基于Voronoi图的优化解决方案,实现全覆盖和至少2-连通性。感知范围可以用数学思想抽象为包含每个节点的Voronoi多边形集合,节点与Voronoi部分存在1对1的映射关系,求相应Voronoi图面积的最大值,可以估算网络中所用节点的最小值,从而减少网络的开销。(3)针对监测区域中的边界节点感知冗余问题,提出了基于边界拓扑控制的优化部署策略。在维持网络拓扑全局性质的前提下,将覆盖部署划分为水平和垂直两类,根据几何拓扑学的知识,有效地结合了网络连通度和连接角的内在关系,量化并优化三种基本模型的部署,证明了模型的可靠性和各种部署最优方案之间的差异性。(4)对本文中所提方案均进行了模拟验证,在不同的部署模型下,衡量网络连通性、节点定位及节点利用率等性能指标,并分析各方案的性能表现。仿真表明,本文提出的基于Voronoi图的优化解决方案在相同条件下优于相应文献中的部署方案,使用更少的节点个数达到更好的覆盖效果。对提出的基于边界拓扑的优化部署策略绘制了详细的节点部署网络拓扑图。模拟显示,每种部署模型在特定条件下都有自身明显的优越性。但是当通信半径与感知半径的比值在[1.73,2)时,6-连通情况下的三角形部署模型的特点表现地更加明显,它比4-连通和3-连通部署的平均节点数分别减少了23.9%和50.0%,节点利用率最高可达82.7%。