无线传感器节点一般由电能有限的电池供电,布置在环境复杂或无人看管的户外区域,因此节点能量受限是制约无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)部署和持续工作的重要因素之一。使用移动充电装置为节点进行能量补给的技术逐渐成为当下研究热点。利用移动充电装置直接为节点充电与收集周围环境动态能量(例如风能、潮汐能、太阳能等)相比,移动充电装置供电可以提供更可靠的能量供应。针对充电能量源最优路径规划复杂问题,为提高充电效率,最大化延长WSN网络生命周期,本文主要研究基于网络结构模型框架下的充电路径规划设计,提出一种基于分簇的高效充电路径规划算法。首先根据层次型网络的特点,网络分簇性能可能会受到节点地理位置、节点能量消耗等因素的影响。本文利用生物地理学算法找出传感器节点分簇的最佳组合,来减少无线传感器网络中簇节点以及普通节点的能量消耗,生物地理学算法的加入,可以降低节点能耗,通过栖息地间物种迁移等过程,最终实现无线传感器网络最优分簇策略。因此,在网络模型构建阶段提出基于生物地理学的无线传感器网络分簇算法(Clustering based BBO,CBBO)。其次对充电规划进行研究,提出一种以簇为单位的充电模型。根据优化后的分簇拓扑模型,获取网络节点具体位置,进一步讨论充电策略。在充电模型的研究中充电路径规划和触发充电操作的充电阈值设定是主要研究内容。本文采用改进的当前位置最优选择策略(Nearest Job Next with Preemption,NJNP)求解最优充电路径,NJNP算法考虑到移动充电小车与所有节点的最短距离,而改进后的充电路径优化算法(CBBO＿Nearest Job Next with Preemption,CBBO＿NJNP)结合室内空间近距离充电功率模型,优先考虑移动充电小车与各个簇首间距离来设计充电路径。充电期间,本文将簇头节点不能进行轮换作为条件,为保证节点能量充足,以某个簇节点最大能量消耗量作为触发充电操作的条件,并作为最低充电阈值。最后充电规划基于网络结构模型设计,两者协同作用,基本实现簇内节点能耗均衡,提高充电效率。经过仿真实验与对比分析,证明在网络分簇模型与充电路径规划共同协作下,优化后的网络分簇模型与改进的充电路径优化算法可显著提高无线传感器网络生命周期和充电效率。