无线传感器网络,是集成了传感器技术、微电子技术、网络通信技术而形成的具有信息获取和信息处理功能的移动网络,它是多学科交叉的前沿研究课题,在军事、工业、医疗、交通和民用等诸多方面具有巨大的应用价值。目前,在无线传感器网络的许多研究领域已经取得了很大的进展。但是在一些关键技术上,仍然有很多的问题需要解决,研究这些关键技术对无线传感器网络的理论和应用有着十分重要的意义。能量是无线传感器网络的生命源泉。但由于无线信道的广播特性,无线信号的叠加引发冲突问题,不仅使得节点无法正常接收发数据,且造成了严重的能量浪费问题。媒介访问控制协议(MAC)协议,位于无线协议栈的底层,它是无线信道的直接控制单位,决定着无线信道的使用方式,有效协调多个节点共享信道资源,避免冲突的发生。MAC协议在提高节点能量有效性上占有举足轻重的地位。本文在研究国内外MAC协议已有成果的基础上,针对无线传感器网络中的“热点”问题(the Hot Spots Problem),从新兴协议设计方法的角度出发,一方面,重点研究了跨出优化设计方法。另一方面,以此为基础,建立了一种减轻“热点”问题的跨层优化协议模型,并提出了一种新的跨层式通信协议CTMAC,其思想是将能耗均衡机制与跨层设计方法相结合,通过共享层间信息,建立一种能耗均衡的树结构能量感知路由算法,以均衡网络能耗,降低节点成为“热点”的可能性。MAC层方面将未来请求发送机制引入SMAC,降低延迟,并通过理论分析验证了这一改进的有效性。最后利用NS2进行仿真实验,在相同的仿真环境下,分别运行CTMAC协议与其它两组临时组合的跨层协议,实验结果验证了CTMAC协议具有良好的能量有效性和稳定性,有效地减轻了“热点”问题。延长了网络的生存时间。