随着微机电系统、计算机技术和通信技术的快速发展,出现了一种新型的网络系统,即无线传感器网络。由于其具有单个节点成本低廉、功耗开销小以及节点布置方式简单等优势,在诸如军事监控、智能商业应用和环境研究等许多领域得到了广泛的应用。本文主要以敦煌文物数字化保护中大规模场景的图像信息无线采集获取这样的研究内容和实际应用作为背景,关注于如何在大规模场景节点众多网络负载量大的情况下完成大数据量图像信息的无线低功耗汇聚传输收集工作。由于文物遗址现场有效的图像采集必须保证同步,而现场布线不太现实,所有只能采用无线控制和无线收发上传数据的方式。现有的一些无线传感器网络汇聚传输协议有基于竞争传输的方式,主要面向的是一些诸如微环境监控、灾情预警等负载量低的应用,无法满足图像这种大数据的传输收集工作；还有一些基于调度时分的协议等,则主要停留在研究和模拟层次,鲜见用于这种负载量大的信息汇聚的应用。在这种负载量大且节点众多的情况下,如何有效避免通信冲突导致的失败,并保证节点的低功耗特性,以及如何有效的管理和调度整体网络拓扑的问题,是本论文的研究目标和难点。首先,本文分析和综述了国内外传感网络汇聚传输和网络拓扑管理的一些MAC层协议研究现状,针对现有的协议设计和方法较难应用在这种负载量大且要求低功耗特性的情况,同时也吸取了一些好的设计思想,详细的提出了一个新颖的基于TDMA方式的分时调度传输协议。该协议通过收集每个节点的工作量并依据其大小相应的分配工作时间片,使得节点能保证周期性的在时间片内唤醒并进行收发包工作,而时间片用完则进入低功耗的休眠状态,保证了低功耗的特性,从而尽可能的延长了节点的生命周期时间。由于节点自身通信的不完全可靠性以及其他一些外界因素的干扰,节点可能在收发包时出现失败,还有就是可能有新的传感节点需要布置等,这些都将导致当前的网络拓扑发生变化。本文提出的一种新型的网络拓扑调整算法,能在两到三个周期内完成网络拓扑的动态调整,使得网络恢复到周期性时分数据传输工作状态。最后,根据提出的协议设计和关键算法,在具体的硬件平台上实现了Sink节点和Sensor节点两套不同的应用程序。通过进行多种不同网络参数情况的大量测试改进工作,得到了一个支持几十个节点多跳传感网络稳定运行的无线传感器网络原型系统。此外,还在具体硬件平台上进行了和采用CSMA方式的对比实验,结果显示本文提出的TDMA方式在功耗和数据传输效率方面都有很好的改进,且对于负载量加大时的情形具有更为明显的优势。