随着通信与计算机技术的进步,无线传感器网络(Wireless Sensor Network)获得了空前的关注热度,在诸如生态监测、工程建造、军事侦察等领域得到广泛应用。部署在环境中的一个个体积小、重量轻、成本低的传感节点将数据采集并通过多跳的方式传输到汇聚节点,然后利用互联网或卫星等方式传送到用户终端。微型传感器节点的优点同时也限制了其工作的时间与能力,在电池技术迟迟未取得突破性进展的今天,如何让传感器网络能更长时间为人们服务,是亟待解决的问题。在无线传感器网络协议栈中MAC层协议决定着节点接入信道的方式,控制着传感节点中能耗最高的通信模块,因此设计良好的MAC协议对于提升网络生存时间至关重要。本文首先分析了SMAC协议的主要工作机制与缺点,提出了可适应网络负载动态变化的NSMAC协议。在SMAC协议中,固定的竞争窗口与占空比机制使得该协议很难应用在负载动态变化,特别是负载较高、规模较大的网络中。因此,在NSMAC协议中,竞争窗口可以根据节点缓存队列中数据包的数量灵活调整,避免了退避时间的选择与网络负载不匹配的情况。然后,又以队列中数据包的平均增长率为指标动态调节占空比。仿真结果表明,NSMAC协议在负载动态变化、传输跳数较多的网络中有很好的能效表现,同时时延和吞吐量也有不错的改善。接下来本文研究了跨层设计的思想理念与方法,设计出了CLSMAC协议。该协议首先改进了选路算法,使得网络的负载分布更加的均衡。然后又优化了传感器网络MAC协议的握手机制,使得网络中控制帧的数量大幅减小,大大增加了数据包在网络中的流转速度,使得其在一个调度周期内可以传输多跳。通过以上两个措施,CLSMAC协议可以大大减少节点空闲侦听的时间,降低了碰撞和串音发生的概率。仿真实验的结果表明,CLSMAC协议在网络负载较大时,有效降低了网络的平均能耗,大大提升了网络的生命周期。该协议还使得时延和吞吐量有着明显的改善。最后总结了全文,展望了无线传感器网络MAC协议比较有价值的研究方向。