在传统的无线传感器网络中,传感器节点一般采用电池供电,而有限的电池能量限制了传感器节点的使用寿命,从而影响整个传感器网络的生存周期。基于无线电能传输技术的传感器网络内部节点能将充电器发出的射频能量转化成直流电能为其供电,有效缓解了网络寿命受限问题,受到了学术界和工业界的广泛重视。经过近几年的飞速发展,无线可充电传感器网络已被广泛用于环境监测、医疗护理和智能电网等多个领域。充电效用优化问题关注的是如何为充电器制定合理的充电方案及对传感器节点做合理的调度,使得充电器充电开销降低,节点工作性能优化或网络整体性能提升等等。它是无线可充电传感器网络中最基本、最重要的问题之一。现有工作往往忽视了充电过程中电磁辐射带来的危害,采用了不尽合理的充电模型,对充电场景有较多理想化的假设,对某些特殊场景关注不够,因此很多现有结果很难用在具体的应用场合中,或难以得到期望的工作性能。基于这个思想,本文结合国际上最新科研成果,考虑了电磁辐射的安全性,使用了更为实际的充电模型,同时研究了各种实际场景下充电效用优化问题。本文的主要贡献有如下几个方面:1.针对安全充电下功率不可调充电效用最大化问题,提出了一个集中式近似最优算法。设计了一系列新方法来将问题转换为两个经典的问题,即多维0/1背包问题和Fermat-Weber问题。这些方法包括约束转换和削减,有界电磁辐射方程近似,区域离散化和扩张以及一个改进的Fermat-Weber算法。然后提出了一个能够证明优于当电磁辐射阈值Rt放松至(1-∈)Rt时对应问题最优解的近似最优算法。2.针对安全充电下功率可调充电效用最大化问题,提出了一个分布式近似最优算法。提出了一种区域离散化技术将问题转化为传统的线性规划问题。设计了一种分布式冗余约束条件削减算法以尽可能减少约束条件数量,从而降低线性规划问题计算量。然后提出了一个近似比为(1-∈)的分布式算法。3.针对充电效用最大化有向充电器布置问题,提出了一个近似算法。设计了两种新颖的方法,即区域离散化和覆盖支配集抽取,并在此基础上提出了一个高效的布置算法PARA。通过理论分析证明,PARA能达到(1-1/e)/(1+∈)近似比。4.针对移动节点能量供应质量问题,证明了一维和二维情况下单个和多个充电器存在时能量供应质量的上下界。引入了一种新的度量-能量供应质量,通过模拟物理中的流提出了一种新颖的方法-流模式分析-来辅助理论分析。在此基础上,通过理论推导得到了一维情况下单个充电器能量供应质量的紧上界和紧下界,以及一维和二维情况下多个充电器能量供应质量的紧下界和松上界。5.针对随机事件监测质量最大化问题,提出了一个高效的近似算法。首先为简化分析,忽略移动充电器巡游时间和耗能,将问题转换为受两个拟阵约束的单调子模函数最大化问题,从而得到一个近似算法。在此基础上,重新将充电器巡游时间和耗能纳入考虑,得到原始问题的近似算法。6.针对移动充电器数目最小化问题,提出了一个高效的近似算法。将问题形式化为带一个线性约束和一个非线性约束的优化问题。设计了一个新颖方法将两个约束近似处理为一个常数约束,然后利用DVRP经典理论加以解决,最终得到一个近似比算法。最后对全文进行了总结,并讨论了进一步的研究工作。