由于计算、无线通信和微机电技术的不断发展,无线传感器网络获得了广泛的应用。无线传感器网络是由许多传感器节点自组织组成的网络,而通常情况下这些节点自身的能量有限。数据采集是无线传感器网络的重要功能之一,也是节点能耗产生的主要过程,在实际应用中,数据传输过程一般根据路由协议执行。路由协议从结构上来说,主要分为平面型和层次型,层次型路由协议是一种更加适用于大规模传感器网络场景的路由协议,可以有效提高网络能量效率和可扩展性。此外,移动采集可以有效缓解层次型路由协议中簇头与sink节点或基站通信的负载。本论文通过对层次型路由中分簇算法的研究,对大规模无线传感器网络移动数据采集能量效率进行优化。主要研究工作概括如下:在无线传感器网络中数据采集效率的提升方面,提出了一种基于节点分级的混合多跳数据采集（Hybrid Multi-hop Data Collection,HMDC）算法。在簇头选举阶段,考虑到无线传感器网络实际应用场景中各节点数据采集速率的差异性,使用网络总数据量与单个节点的数据量承载极限的比值,优化了K-means++算法中决定簇头个数的过程。在簇内数据传输过程中,根据距离因素,采用节点分级的思想来进行簇内节点等级划分与数据传输,使用一部分节点分担簇头的数据处理和转发负载。在簇间通信过程中,使用移动采集器辅助并沿着最短距离路径,对指定一部分节点进行数据采集,通过缩短传输距离,优化了簇内数据到sink节点的传输过程中的能耗。经过与传统LEACH算法的改进算法LEACH-E进行对比,仿真结果表明本研究提出的方案采集数据量明显增加,能量效率提升,传感器网络的生命周期显著延长,且随着传感器网络规模的增长,该算法的性能优势更加突出。在无线传感器网络中能量均衡优化方面,提出了一种基于能量平衡的动态分簇算法（Energy Balanced Dynamic Clustering Algorithm,EBDCA）算法,该算法是一种以能量平衡为标准的非均匀分簇算法。在簇的形成阶段,该算法采用动态分簇的策略,节点根据由不同权重的剩余能量和距离因素构成的竞争函数逐轮加入,形成能量平衡的簇,并根据能量变化情况定期调整分簇。在数据传输阶段,在上一个研究的基础上,综合考虑节点间距离与能量因素,将节点进行分级并将数据分级上传,其路径由低级节点向竞争函数更大的高一级节点进行构建,以维持簇内的能耗平衡。最后使用移动采集器辅助、沿着最短路径,对簇头节点数据进行采集。对比上一个研究提出的HMDC算法、与经典的分簇路由LEACH算法,仿真结果显示本研究提出的算法使得网络内能耗更加平衡,能量效率得到提高,网络生命周期得到延长。