无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为传感器和无线通信紧密结合的先进技术成果,已经广泛应用到各个领域。WSN具有很高的数据获取效率,并且有很大灵活性,但能量供给问题一直是该技术发展的瓶颈。可充电无线传感器网络(Wireless Recharging Sensor Network,WRSN)就是为解决WSN供电问题的一个革新技术。随着射频能量传输、无人机和边缘云计算等新技术逐步成熟,WRSN也迎来了新的发展机遇。本文从WRSN内部能耗合理分布和外部能量有效注入的角度出发,先针对WRSN充电周期长,移动充电载体实用性差等问题提出了改善建议,然后重点研究了如何融合携能通信、卸载均衡及无人机移动充电技术去解决WRSN应用过程中的核心问题之一,即整体能效优化问题。本论文研究的课题有一定的理论和实用价值,主要工作与贡献包括以下三个方面:1、研究了携能通信技术在WRSN中的应用。在定向天线、阵列天线和波束成形等技术成熟的条件下,无线射频信号中包含的射频能量可以被有效收集利用。在这个技术背景下,本文通过最优化分析手段,以节点间的数据传输速率、无线信号发射功率和接收能量分割比率为基本参数,采用无线信息能量同步传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术,实现WRSN整体能效最优化,也解决了WRSN能量平衡分布的问题。所提出的算法通过仿真证明了其的收敛性和可行性。此外,本文还分析了网络容量和信噪比对能效的影响,为高能效的新型WRSN构建提供了理论依据。2、研究了在WRSN数据中心节点和普通数据采集节点间,基于边缘云计算思想实现任务卸载功能从而提高WRSN数据处理性能的可行性;然后进一步研究了WRSN节点间通过任务卸载实现能量消耗的平衡问题。本文提出了多节点卸载博弈问题(multi-node offloading game problem,MUOG)和一种卸载博弈机制(offloading game mechanism,OGM);这个机制使每个节点能够得到最佳任务卸载阈值还,可以找到具体哪些节点可以一起共享卸载服务。本文证明了OGM策略可以达到MUOG问题的纳什均衡,从而获得最大数量的受益卸载节点组。本文还仿真验证了受益卸载节点数在不同策略下的能耗。仿真结果表明与其它卸载策略相比,OGM可以在不增加能耗的情况下通过卸载方法使更多节点受益。3、研究了采用无人机和超级电容的移动充电技术对WRSN带来的性能提升和相关充电策略的改善。本文首先根据WRSN节点功耗和网络位置分布的特点,结合节点在应用中的不同作用建立了节点综合权重机制,基于权重机制并采用最优化方法实现了移动充电路径规划,然后本文全面分析了在改进条件下无人机移动充电全过程,并提出了路径规划算法。本文提出的多级权重化充电路径规划兼顾了公平性和及时性。最后,本文验证了算法的有效性。