信息技术的飞速发展使得无线传感器网络(Wireless Sensor Network)逐渐成为信息技术领域内一个新兴的研究方向。无线传感器网络有着功耗低，成本低，分布广泛，自组织等优势，另一方面，正是其无中心、动态拓扑的固有特点，其MAC层还存在一些安全问题尚未解决，分布在开放环境的网络节点很容易受到攻击。本文针对常用的无线传感器网络MAC层协议IEEE802.15.4进行研究，分析了潜在的攻击对无线传感器网络性能造成的影响。恶意节点可以利用MAC层的漏洞实施跨层攻击，进而影响路由和监控过程。在此基础上，本文提出了一种基于控制包认证的改进方案，该方案充分考虑各种安全问题，引入信誉度评价机制，并依据节点行为的危害性给出了对各种惩罚措施的量化规定，使节点能充分有效地对邻居节点的行为进行监控，并能对潜在的异常和非安全行为进行预警和处理评价，从而起到最终将恶意节点排除网络的作用。此外，协议在设计过程中还针对源端节点认证以及虚拟占用信道攻击问题的解决进行了详尽的分析，并针对现有的虚拟占用信道攻击解决方案在特定情况下的不足，提出改进方案。最后通过NS仿真平台对方案的性能和安全性进行分析，证明其能有效抵御多种基于MAC层控制包脆弱性的攻击，在很大程度上降低恶意攻击对网络性能的消极影响。