随着无线传感器网络的广泛研究与应用,网络寿命桎梏了其更深入的发展。无线传感器节点由于电池供电终将耗尽能量,而由于其应用领域监测区域广泛的特性,人为更换电池显然是不现实的。能量收集技术在无线传感器网络上的应用就是为了解决这一节点供能问题,节点通过收集布署环境中的潜在能源,转换为电能供给本身能量消耗,只要可收集的环境能源是源源不断的,无线传感器节点就可以获得永续的工作能力。这种能量收集无线传感器网络的优势是显而易见的,作为一种新兴的网络技术,对于其各方面的研究进展都是十分有限的,而对于其中一类有广泛应用场景的具有线性特征的能量收集无线传感器网络来说更是如此,如城市热网监测、石油管网监测、公路铁路监测等,对于这类网络来说由于其应用对象需要监测数据尽可能快地成功上传的特点,吞吐量是一个至关重要的性能指标。本文的研究目的在于分析具有线性特征的能量收集无线传感器网络的吞吐量并对其给出尽可能大的优化结果。由于能量收集技术与环境能源的种类有很大关系,而不同的环境能源由于环境条件的不同甚至时间的不同会产生很大的差异,这就使能量收集无线传感器网络具备了很大的不确定性和随机性。本文的研究内容从分析能量收集无线传感器网络的吞吐量的理论上界入手,充分考虑这种随机性,体现在节点建模、网络建模、吞吐量的建模等过程中,结合网络拓扑特性,利用网格的结构特征,辅助有关结构概率的计算,从而推导出能量收集无线传感器网络相对吞吐量的理论上界,得到了优化吞吐量的标杆。接下来,从尽可能降低端到端延迟的角度,提出优化吞吐量的路由策略——梯度分层路由协议。梯度分层路由协议结合能量收集无线传感器网络线性拓扑特点为网络节点建立梯度分层,然后结合节点剩余能量水平、能量收集水平和位置因素计算得到竞争值,组织节点竞选出簇首节点,每层成员节点的数据报文被簇首节点收集后沿梯度减小的方向在簇首间进行转发,最终由sink节点接收。根据本文中梯度的定义,这种转发方式经过了最少的中间节点,达到了提高网络吞吐量的目的。最后,通过组合的温差能量收集模块与无线传感器节点进行节点通讯半径和城市热网温差特性的数据收集,在OPNET仿真环境下,完成了无线热网场景、节点和进程模型的搭建,建立梯度分层路由协议模型,通过仿真的方式完成了协议的有效性验证,并通过仿真实验对比给出了梯度分层路由协议在吞吐量方面的优化参数组合,结合与其他路由方法的仿真结果的对比可以看出在吞吐量性能方面,梯度分层路由协议有更好的表现。本文通过理论分析与仿真实验相结合的方式,给出能量收集无线传感器网络吞吐量的理论上界的同时,提出了有效提高线性能量收集无线传感器网络吞吐量的路由策略,对于实际的网络应用场景具有一般性的指导意义。