无线传感器网络(WSN)因具有自组织、低组网开销等良好的特性,而被广泛应用于各种领域。随着其网络规模的不断增大和节点间传输的数据量的不断上涨,如何确保网络能耗的均衡及数据的安全传输成为现阶段该领域的研究难题。由于节点能源有限且某些环境下更换电源困难,合理的拓扑控制能够均衡网络的能耗,最大限度的延长网络使用寿命。首先,本文依据复杂网络分析网络间的节点关系,以及真实环境下的WSN动力学行为,例如网络中常见的节点或链路的加入与退出,然后构建具有符合无标度特征的WSN拓扑结构。基于平均场理论,推导出新节点连接数和旧节点退出概率,以及节点饱和度等统计特性,与网络节点度分布互相影响的定量关系,并进行相关实验分析。其次,给出无标度网络容易产生数据拥塞的原因,提出通过数据密度调节簇结构合并与分离的控制机制,缓解了数据不均衡带来的网络拥塞。最后,依据拓扑结构形成的移动自组网,通过模运算组和三元可转换多项式分别建立簇内密钥和簇间密钥预分配方案和生成方案。针对密钥更新时间、节点抗俘获性以及可控制网络规模三方面,对已有方案和本文方案进行了对比验证。