无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)在生产应用和学术研究方面得到广泛关注。随着人类对海洋资源的关注,无线传感器网络广泛应用于水下环境,海洋生态保护、海洋石油开发、水下导航等等,由此科研人员提出了水下传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)的概念。水下传感器网络具备了普通传感器网络在存储、计算和共享数据方面的能力。然而,水下传感器网络部署在水下三维空间,数据传输方式不同。水下传感器网络的数据传输方式导致热点问题,且水下传感器节点能量有限、更换电池困难。水下传感器网络中能量消耗问题得到了广大研究人员的关注。本论文对水下传感器网络中的能耗问题进行了研究,发现了一些亟待解决的问题:1)现有的数据收集方法存在能耗严重的问题。UWSN中,由于水下传感网中传感器一般通过声波传输数据。然而通过声波传输数据需要消耗大量能量,且在传输距离有限,一般水下传感器节点需要通过多跳路由传输数据,造成热点问题。2)现用的水下传感器网络中存在传感器节点能量难以补充的问题。现有水下传感网大多数是数据收集方面的研究,对于传感器节点能量补充方面的的研究很少。传感器节点在水下环境中,节点更换电池困难,且自身携带电量有限。因此,很难大幅度提升网络生命周期。3)水下传感网中数据收集和充电如何协同。随着水下传感网数据收集研究的发展和水下传感器充电技术的发展,进行充电策略的研究逐渐增多。对一些同时需要数据收集和充电的水下传感网,数据收集和充电如何协同是一个急需解决的问题。可行的解决方案是在UWSN中部署一个或者多个移动边缘设备参与或者协助数据收集和充电工作。移动边缘设备,它更贴近于底层网络并且具有一定的计算、存储和共享数据能力。因此,本论文提出基于移动边缘设备来协助水下传感网的工作,为水下传感器网络提供高效的数据收集和充电服务。本论文将边缘移动设备设计为两类,一类具备收集数据的功能,另一类具备充电的功能。主要研究工作如下:1)解决水下传感器网络中数据收集方法存在能耗严重的问题。将水下传感器节点聚类成多个簇。利用边缘移动设备,收集簇头节点的数据。2)解决水下传感器网络中存在传感器节点能量难以补充的问题。将水面基站作为充电服务站、边缘移动设备作为移动充电平台。边缘移动设备移动到需要充电的节点位置并为节点充电。以此循环为水下传感器节点进行能量补充。3)解决水下传感网中数据收集和充电如何协同的问题。将网络划分成多个子区域,利用边缘设备具备的数据收集能力和充电功能,部署一个移动边缘设备负责收集数据,并在每个子区域部署一个移动边缘设备负责为该区域内的水下传感器节点进行充电服务。综上所述,针对水下传感器网络中现有数据收集和充电方面的一些不足,本论文设计了基于移动边缘设备的数据和充电框架。在该框架基础上,实现了数据收集和为水下传感器节点充电的功能。通过移动边缘设备不仅实现了高效的数据收集,减少节点能耗,而且实现了为传感器节点充电的服务。