近年来,随着物联网的普及,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)已经被广泛的应用到很多不同的领域,例如安全监控,结构检测,野生动物保护等。无线传感器网络通常是由大量的成本低且多功能的传感器节点汇聚而成,是一个具有信息获取、处理和通信功能的分布式系统。由于每个传感器节点由电池供电,而且无线传感器节点的通信能耗要比计算传感器节点的能耗要大很多,所以在无线传感网络中,优秀的通信规则对整个网络的性能有至关重要的影响。在本文中研究的媒体接入控制(MediaAccess Control,MAC)协议规定了网络中传感器节点在通信过程中的信道接入机制以及通信规则,能有效地避免通信过程中遇到的诸如丢包和传输冲突等各种问题。优秀地通信规则,可以提高网络的整体性能。因此,目前,研究人员已经提出了很多适用于无线传感器网络且通信高效的MAC协议。很多MAC协议将时分复用策略(time division multiplex access,TDMA)用于节点间的通信过程中。该类协议将一个数据通信周期划分为诸多子时隙,利用占空比机制做为节点状态转换的调度策略,以此来减少节点间的传输冲突。这类协议中,异步传输使得节点在通信时,都需要等待下一跳传输节点从睡眠状态中醒来,从而产生额外的等待时延。还有一类MAC协议将通信的总信道划分为多条子信道,使数据可以并行传输。这种通信方式不仅提高了信道的空间复用性,并且也提高了网络的吞吐量。但是,要设计一个多信道MAC协议要比单信道MAC面临着更多的难题,我们必须克服诸如信道分配问题以及缺失接收者等新问题。在本文中,着重研究了无线传感器网络中的多信道MAC协议,并在此基础上提出了一种新的多信道 MAC 协议,即(frequency division multi-channel MAC protocol,FDMCMAC),利用频分复用机制来提高信道地利用率。本文分为7章。第1章介绍了本文的研究背景和意义。第2章对当前已经提出的经典MAC协议进行了分类与总结,并对这些MAC协议做了对比与分析。由于本文中提出的MAC协议是基于分簇的无线传感器网络,所以第3章中给出了符合FDMCMAC协议的分簇算法。第4章详细地介绍了FDMCMAC协议。阐述了其特点:(1)为了提高通信效率,在节点通信前,首先会对网络中的节点进行分簇,从而使网络中的数据通信更加集中。本文中采用的簇头选举算法,不仅将节点的剩余能量作为簇头选举的衡量标准,而且还将簇头节点与汇聚节点的距离做为簇头选举的因素之一。这样选举出的簇头,不仅具有能量优势,而且整个的通信质量也可以得到保障;(2)在FDMCMAC协议中,我们将通信过程分为簇内通信和簇间通信两部分。簇内成员传输数据量相对较小,但数据传输相对频繁。我们针对这一通信特点,在簇内通信过程中,利用频分复用机制(frequency division multiplex access,FDMA)将总信道划分为不同的子信道,实现了数据的并行传输。而在簇间通信的过程中,由于数据在簇内通信过程中,已经汇聚到簇头节点,所以在簇间通信的过程中,数据已经相对比较集中,传输量较大,所以再进行信道划分的话,反而会降低数据的传输延迟。因此,在簇间通信过程中,FDMCMAC协议采用自下而上的预约通信机制,由低层簇头主动向高层簇头预约数据传输时间。没有传输的更高层节点,则进入睡眠状态。这样做既可以使数据有条不紊地传向汇聚节点(Sink),又可以节省高层簇头的能量。第5章对FDMCMAC协议的能耗和传输时延进行了理论分析。第6章从传输时延和收包成功率两方面对FDMCMAC协议与802.11协议进行对比分析。第7章,总结与展望,指明了在MAC协议研究领域内需要进一步解决的问题。