21世纪世界各国都特别重视对海洋资源的开发利用,我国在本世纪制订了西部开发与海洋资源开发齐头并进的战略。因此,利用现代科技手段合理高效地监测海洋环境是我国实现海洋强国之路的必要前提。水下传感器通信网络在近年来也逐渐成为了各国研究的重要领域。利用水下声学传感器实现对海洋环境的监测具有重大意义和广阔的前景。水下传感器网络的特点决定了它在监测海洋环境方面具有优势,其高集成性、实时性、自组织、低功耗、价格低廉等特点使得它能够大规模部署于海洋水域中,便于实现对不同海洋环境的监测。本文依托于国家863课题项目《水下传感器网络组网协议关键技术的研究》,主要对水下传感器网络的MAC层协议进行了研究和设计。目前,对于水下传感器网络的研究主要针对物理层、MAC协议以及网络层协议。本文主要介绍了水声环境以及水下传感器网络的特点,分析了MAC协议的研究现状。首先介绍了无线传感器网络MAC协议的两大类,包括基于竞争的MAC协议和基于调度的MAC协议,基于竞争的MAC协议主要介绍了ALOHA协议、802.11无线局域网应用的MAC协议、S-MAC协议以及T-MAC协议,这些基于竞争的协议通信都需要较多的控制信息,在误码率较高的水声环境中,大量的控制信息容易导致网络组网缓慢、通信效率低下等问题,不太适宜应用于水下传感器网络。基于调度类型的MAC协议包括TDMA时分复用、FDMA频分复用、CDMA码分多址等复用技术,其中TDMA的MAC协议因其不需要很多控制信息,在保持时钟同步的情况下可以实现各节点间无冲突传输,较适用于水下通信环境。本文分析了影响水声通信质量的若干因素,并针对水声通信特点提出了一种基于TDMA的MAC协议。在该协议中传感器网络的汇聚节点可以根据各节点所在位置划分时间片区域,给不同区域中的传感器节点分配时间片。汇聚节点会将整个网络中节点的时间片信息通过洪泛广播的方式通知网络中的各个子节点,各节点确定自己的时间片之后,只在本时间片内进行工作,在其它时间片内进行休眠,从而节省了能耗。由于基于TDMA的MAC协议需要各节点间保持时钟同步,本文还提出了一种应用于水下声学通信的时钟同步策略,传感器网络会设定同步周期,在每个周期开始时汇聚节点都会发起同步,每两个节点间进行三次信息传递即可完成一次同步过程。为测试本文提出MAC协议的性能,组建了实验室局域网测试平台,将MAC协议搭载到实验电路板上,再将电路板通过串口连接PC机,各PC机组成局域网。通过设计一个模拟水下通信环境的软件将局域网内的各个实验板组建成一个网络,进而对本协议的基本性能进行测试。同时为进一步验证本协议在水下环境的实用性,本文依托国家863课题《水下传感器网络组网协议关键技术研究》,利用该课题设计的水下传感器硬件平台,对本文提出的MAC协议进行了水下实验,实验表明在组网效率以及能耗方面本文提出的MAC协议具有明显优势。最后,对本文的内容进行了总结,并提出了对未来工作的展望。