随着移动通信和移动终端技术的高速发展,自组织网络在各通信领域得到了广泛的应用。无线传感器网络作为一种特殊的自组织网络,是国际上备受关注的前沿学科,广泛的应用于工业监测、监控系统中。近年来,煤矿事故时有发生,煤矿生产的安全性问题现在越来越受到关注,现有的煤矿监控系统都是通过总线连接,抗干扰性差,且硬件成本高。当有线网络被破坏时,有线监控系统就无法正常工作,更不能为事故发生后的营救工作提供有效帮助。将SDR技术和特殊的自组织网络,即传感器网络结合起来能解决有线监控系统所不能解决的问题。本文首先从无线传感器网络的设计出发,给出了ZigBee无线传感器网络的设计方法,并分析了传感器节点的限制以及MAC协议在能量消耗方面存在的问题;其次根据MAC层实现网络节能的特点,进一步研究了基于竞争方式实现节能的三种MAC协议,并通过NS2仿真对比分析了三种MAC协议的特点及适用场合,重点研究了本课题中所采用的IEEE 802.15.4/ZigBee技术的MAC协议;最后通过分析现有煤矿监控系统的局限性,以及煤矿井下特殊环境对无线通信的影响,给出了煤矿井下ZigBee无线传感器网络的设计方法,根据无线网络的拓扑结构对节能的要求,分析讨论了ZigBeeMAC协议在不同拓扑结构下节点的能耗问题,同时对采用信标方式的MAC协议的节能机制提出了改进方案。