水声传感器网络（UASNs）中的物理层和MAC层分别实现水下节点之间的数据互联,合理分配水声信道的功能,是水声传感器网络在水下环境探测、资源勘探以及灾害预警等领域应用的基础,具有重要的研究价值。由于水下环境的特殊性,水声传感器网络的物理层和MAC层存在强干扰、高噪声、长时延以及能量严重受限的特点,水声传感器网络的可靠性面临着巨大挑战。在此背景下,本文对UASNs中的物理层以及MAC层的可靠性展开研究。在物理层,本文首先分析了水声信道的强衰减、高噪声,难以实现可靠传输的特性,针对这一特性本文选用了抗干扰性强的多进制频移键控（MFSK）调制解调技术,并且采用了基于分段FFT的轻量级帧同步算法保证通信的可靠性。采用MFSK技术,可设置码点之间的频率间隔以及码元之间的码间间隔以抵抗多径效应和多普勒频移的干扰,在数字芯片上基于FFT运算能够快速实现MFSK信号的解调。基于分段FFT的帧同步算法对接收数据做相关运算,在运算结果中找到峰值,取峰值处的数据做分段FFT运算,滤除冲击噪声对同步的影响。同步算法同样利用FFT运算,保证了同步的可靠性同时降低了实现的难度。然后,本文设计了一套基于STM32的物理层通信设备,在该设备上实现了32FSK调制解调算法、信号帧同步算法。相比于现有设备,本系统采用MFSK技术,可以在浅海复杂水声信道中实现远距离可靠通信。接着,在MAC层为了避免数据包的碰撞,保证网络的可靠性,本文提出了基于信道动态协商的多址接入控制协议（DCN-MAC）。协议采用占空比机制,实施动态单一节点唤醒的网络控制策略,通过唤醒节点收集网络中的发送请求和节点信息,解决时空不确定性问题和网络中接入节点、接入业务需求的高度动态性问题避免碰撞和重传。在DCN-MAC中节点按照周期唤醒和睡眠,当具有数据发送请求的节点唤醒后与网络中已有的唤醒节点进行控制包交互,获取当前网络信息。该协议根据不同节点的位置信息和发送数据包大小确定每个节点的发送时刻,消除了时空不确定性问题,使所有数据按照数据队列到达接收节点,避免了数据包碰撞,保证了MAC层数据包传输的可靠性并且有效地提高了信道利用率。