无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)研究的主要问题是如何利用资源(包括能量资源，计算资源，通信资源和存储资源)有限的传感器节点实现低功耗，高性能的可靠组网与通信。介质接入控制(Medium Access Control，MAC)的主要任务是协调网络中节点对通信媒介的共享接入。MAC协议在WSN低功耗、高可靠性通信协议栈的设计中居于核心地位。本文主要研究基于TDMA(Time Division Multiple Access)的WSN MAC协议，提出了一种低功耗、高可靠性MAC协议--Q-MAC(Quick self-healing TDMAMAC)。主要研究成果总结如下：　　 第一，比较系统全面地调研了近十年来WSN研究取得的进展，主要包括节点硬件平台、节点操作系统以及可靠通信协议栈等方面，并从中总结出WSN研究面临的主要问题。　　 第二，比较详细深入地分析了WSN低功耗MAC协议的研究现状，重点讨论了几种典型的MAC协议的设计原理，总结了WSN MAC协议的关键技术。　　 第三，针对数据采集应用场景提出了一个轻量级的低功耗、高精度时间同步方案LCTS(Lightweight Collection Tree based Synchronization)，详细分析了同步时延的概率分布特性和时域变化特性，并以此为基础提出了三种估计同步时延的方法。理论分析及实验测试表明，该方案在保持低开销、低能耗特点的同时实现微秒级(<100微秒)的同步。　　 第四，针对数据采集应用场景提出了一个基于TDMA的MAC协议Q-MAC。Q-MAC以LCTS作为时间同步基础。通过给节点分配不同的发送和接收时隙，并使节点在非活动时隙进入低功耗模式可以避免冲突碰撞，降低占空比从而大大地节省能耗。同时，通过周期性的短信标帧实现了对网络拓扑变化的快速响应和WSN自组织、自修复的要求。　　 第五，为了分析该协议的性能，设计了一系列的实验进行了详细地测试。通过单跳星型网络实验定性地分析了协议工作时的能耗状态图，验证了低功耗的设计思路；通过多跳静态拓扑网络实验，测得平均丢包率低于0.1％；最后，在室内楼宇环境下部署了一个含有25个节点的多跳动态拓扑网络，72小时连续测试结果表明该MAC协议的平均能耗为196微安，平均占空比为0.73％，平均丢包率为0.42％。