作为物联网框架的重要设施之一,无线传感器网络在预警、监控、测量等方面有广泛的发展和应用前景,其中传感数据的传输与收集作为一项基础功能与任务,一直是学术界研究关注的重点。在数据收集传感网中,传感器节点周期性或间歇性地生成传感数据并通过多跳传输的方式上传到网关节点SINK。传感器网络的大规模、密集分布以及节点能量、通信和计算能力受限等特性为传感数据的路由和传输优化设计带来了挑战。如何应对这些挑战,设计轻量级、分布式的多跳传输优化算法,是数据收集无线传感器网络研究中亟待解决的问题。本文以解决能量受限为场景,分别采用低功耗睡眠调度、能量可再生和SINK移动性等技术手段缓解能量瓶颈问题,以提升网络性能为目标,综合运用凸优化、动态规划等理论,分别对传感器节点、SINK节点和其他网络设施进行资源分配和优化,研究高效优化算法,主要工作如下:1)针对低占空比睡眠调度下的机会路由中的能耗度量设计缺陷,设计了一种精确估测传输一个数据包到SINK过程中的节能能耗度量,同时提出了一种高效的最优转发候选集优化算法;针对现有度量设计的不均衡性,设计了一种综合了端到端传输时延、传输能耗和投递成功率的效用度量,并以优化该效用度量为目标,分别在有确认回执和无确认回执的模型下提出一种最优转发候选集选择算法和一种能实现(1-1/e)近似比的近似算法。2)研究了能量捕获e场景下的移动SINK辅助传感网数据收集优化问题,提出了一种优化框架。首先针对自然环境能量的不确定性和不稳定性,提出了一种捕获能量的预算分配管理策略,能够根据时变能量捕获率动态地分配传感器的能量预算,避免了能量不足和能量浪费;其次,针对忽视传统移动数据收集路径规划对于SINK移动过程中数据上传机会的问题,提出了一种基于虚拟汇聚节点的数据上传和数据收集路径规划策略;最后,针对提出的优化问题的集中式问题,提出一种分布式优化算法。实验结果表明,提出的优化框架和算法能够在维持能量平衡的同时有效提升网络性能。3)针对无线能量传输中的全向天线能量损耗过大问题,利用有向天线能量传输技术缓解该问题并研究了该场景下的能量和数据传输优化问题。以优化能量效率为目标,一方面,自适应地调整能量基站的定向天线朝向,发射功率和天线增益以最小化能量消耗代价,另一方面,优化每个传感器节点的发射功率,传感数据生成速率和传输速率,在满足给定的服务质量要求的条件下最大化吞吐量,构造了优化问题。为求解该优化问题,提出了一种基于轮转的扇区选择和虚拟混合天线策略的近似算法。数值仿真证明所提出的策略和优化算法相比全向天线策略够显著提升网络能效。