无线传感器网络作为新兴的测控网络技术,是能够自主实现数据采集、融合和传输应用的智能网络应用系统,综合了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科。无线传感器网络由大量随机分布的、集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过无线通信形成的多跳自组织网络系统,借助于节点内置的形式多样的传感器协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内的多种信号,实现实时监测及远程监控。无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注。目前,无线传感器网络可以广泛应用在军事、环境科学、医疗卫生、家庭自动化、建筑及城市管理等多领域,成为一种“无处不在”的传感技术。无线传感器网络涉及众多关键技术研究,包括网络拓扑控制、通信、组网、网络安全、时间同步、定位、数据融合与管理、协同技术等。本文根据课题需求,主要对无线传感器网络混合网络拓扑MAC协议进行研究和实现。文章对分配型、竞争型、混合型MAC协议进行研究和分析,指出协议对节点的软硬件要求及适用需求,重点研究基于竞争型MAC协议。指出IEEE 802.15.4标准中CSMA/CA协议采用的二进制指数退避算法由于竞争窗口更新规则不合理导致其存在两个缺陷:一是不能正确反映信道的争用情况,二是算法带来不公平现象。使算法不能很好适应流量突发或者节点同时传送信息的多跳网络应用场景,丢包率大并引起大量重传。本文在分析多种已有CW更新规则改进算法的基础上,提出了ARAC(Adaptive Rapid access Avoid Collision)算法。通过设置两个阈值及采取不同更新规则来兼顾高低流量算法性能,使节点能够自适应快速接入信道。设置低流量下较小窗口值使节点快速接入,减少信道空闲浪费;大流量下竞争窗口平滑变化避免节点间的退避窗口值相差较大而造成短程不公平性现象;当节点连续三次发送成功时,认为窗口值为粗糙优化值,在一跳范围内同步更新各节点CW,降低短程不公平程度,使各节点具有相当竞争能力。通过仿真平台TOSSIM对ARAC算法、原型算法、LMILD算法进行实验,从消息传输时延、丢包率等方面分析算法性能。所得实验数据显示ARAC算法具有明显优势。最后对课题应用背景建立无线传感器网络原型,进行网络及节点规划、软件构架搭建,对PHY、MAC层进行设计与实现。节点实验证明,协议运行良好。