无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由部署在监测区域内的大量传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息,并发送给观察者,可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等领域。媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层部分,主要用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介,对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同,提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。设计和实现满足无线传感器网络要求的MAC协议,具有非常重要的实际意义。本文首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及己有的MAC层协议,讨论了无线传感器网络MAC层的主要能量消耗因素。然后详细介绍和分析了S-MAC协议,并在此基础上,通过改进其不足之处提出一种新的适用于无线传感器网络的MAC协议方案。新方案采用了分级的EIED退避算法,提高了节点竞争的公平性;利用上层的路由信息改进了原有自适应监听机制,进一步降低了节点空闲监听的能耗;提出了新的基于路由信息的全局时间表算法(Global Schedule Algorithm, GSA),与原有算法相比降低了实现的复杂度;采用自适应握手机制提高了短信息的传输效率。最后,在自主设计的传感器网络平台上对所设计的MAC协议进行了具体实现,完成了硬件驱动程序、物理层协议和MAC协议的设计与实现,并设计了多个实验对系统进行了验证和测试。实验结果表明,该协议能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要,节能和扩展性等方面性能优良,达到了预期的设计目标,这对于网络通信协议的进一步研究具有较强的实用价值。