无线传感器网络是一种全新的信息获取与处理技术，近几年来引起了学术界和工业界的高度关注。将无线传感器网络引入到机械振动监测应用领域是一个新颖的、富有挑战性的研究课题。本文针对目前无线传感器网络通信协议在机械振动监测应用中存在的数据吞吐量较小、难以实现高精度的同步采集应用的问题，提出了一套支持高精度同步采集的、具有较高传输性能的网络传输协议。本文的主要研究工作概括如下。针对机械振动监测对网络传输的需求特点，提出了一种基于TDMA信道接入机制，具有更大的数据吞吐量和更小的碰撞概率的多信道倍增超周期MAC协议：MPF-MMAC。MPF-MMAC协议采用可集中协调、控制开销最少的多级分簇型网络拓扑结构，结合本文提出的超帧扩展方法，具有性能良好的低延迟特性和高度可扩展性。为了提高信道利用效率，MPF-MMAC协议还设计了竞争程度可控的混合式信道访问方法，使得应用层可以根据自身的特点灵活配置协议的运行参数。协议采用显式ACK确认机制来保证数据的可靠传输。运用仿真软件模拟测试了协议的性能，给出了测试结果。在MPF-MMAC协议基础上设计一种“预命令延时”的多节点同步数据采集方法。利用协议的广播同步消息机制，在同步广播中嵌入数据采集命令的预定开始时刻，各个节点收到广播消息后先调整自身时钟以达成同步，然后等到采集命令设定的时间启动采集，则可以获得同步精度较高的多点采集的数据。实验测试表明本方法获得的数据采集偏差小于100微秒，能够应用于采样频率不高于10kHz的机械振动监测系统。针对机械振动监测系统的数据传输特点设计了一种拥塞避免的大量数据可靠传输机制。节点根据整个网络的节点数量，调整自身的数据发送速率以达到比较均衡的带宽占用率，避免过多数据包在簇头节点汇聚而产生拥塞。同时可以通过补偿调整的手段为优先级高的节点预留较大的带宽资源。针对机械振动监测的数据量往往比较大的特点，设计了一种分片与重组的可靠传输机制，对MAC协议接口进行了封装，为应用层数据可靠传输提供更好的支持。在课题组自主研发的传感器节点WSN-G2平台上实现了协议的原型版本，并进行了金属框架的敲击与振动响应信号实验来实际测试了协议的性能，实验结果表明了MPF-MMAC协议及其同步采集机制能够运用到一般的机械振动监测系统中，具有良好的可应用性。