无线传感器网络能实时采集与处理各种环境下的信息，其广阔的应用前景使之在学术界、工业界和军事界备受关注。由于传感器节点资源有限，节点的能耗问题成为无线传感器网络的核心问题，因而设计能量高效的无线传感网络协议成为解决该问题的关键技术之一。本文首先简要介绍了无线传感器网络现有的协议理论，描述了网络各层对跨层的需求，并分析了无线传感器网络跨层设计的必要性、原则和方法。针对监测类型的无线传感器网络特点采用了分簇网络的基本模型，结合几种典型的无线传感器网络跨层设计方法，根据网络的具体特性采取联合设计的基本跨层策略，提出一种簇首多跳的能量高效WSN跨层协议。与此同时对该种方案进行可行性探讨，分别对网络的簇内竞争环境与簇间竞争环境进行分析，在簇内与簇间使用不同的通信机制。簇内通信机制中，采用基于分配的TDMA方式，根据传输衰减模型，节点采用直接传输的方式与簇首进行通信；簇间通信机制中，结合由距离信息特别设置的簇首梯度，采用以MAC层状态为主体，由MAC层制定路由选择的跨层设计方式，设定了一种簇首多跳的簇间通信机制，通过该机制进行簇首至基站的数据传输。通过网络仿真平台对跨层协议进行仿真分析，通过用户接口观察仿真过程的状态信息与模型变量，对网络生命周期、数据传输量、网络时延性能指标进行分析评价，仿真结果表明协议在能量高效方面有良好的表现。