无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Networks)就是部署在监测区域内大量微小的传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网路系统,其目的是对生产生活中各种数据进行测量和收集,并传给观察者,可广泛应用于军事、环境监测、商业、医疗救护等领域。无线传感器网络的各个节点是由电池供电,由于环境原因和节点数目庞大,电池的更换是很困难的,所以尽量节省各个节点的能量是无线传感器网络的主要设计目标。在无线传感器网络中,介质访问控制(MAC:Medium Access Control)协议处于传感器网络协议的底层部分,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,决定无线信道的使用方式,对传感器网络的性能有较大影响。由于无线传感器网络的节点资源有限和网络拓扑动态变换的特点,对MAC协议的设计提出了更高的要求,既要保证系统性能,又要尽量的节省能量。MAC协议可以按照不同的标准进行分类,本文的研究主要基于竞争型的MAC协议。很多现有的基于竞争的MAC协议都是以牺牲吞吐量、延迟等网络性能来换得能量节省的,但是这样做不利于网络的动态扩展和生命周期的延长。本文首先介绍了无线传感器网络的概念、体系结构、主要特征和应用领域；详细介绍了已有的MAC协议以及MAC协议的设计重点,讨论了无线传感器网络的性能指标和主要能耗；分析了S-MAC(S-MAC:Sensor-Medium Access Control)协议工作机制、局限性和相关改进协议,在S-MAC基础上设计了节能型的MAC协议——能量有效的MAC协议(EE-MAC:Energy Effective-Medium Access Control)协议。S-MAC协议是针对传感器网络的节能需求和自组织性提出的,主要通过周期性侦听／睡眠机制获得低占空比运行。但S-MAC协议采用固定周期性侦听／睡眠调度机制,活动时间通常是固定不变的,而消息速率是变化的,节点处于活动状态的时间长度不能根据网络中业务量变化动态调整,不能有效的节省能量。针对无线传感器网络S-MAC协议存在节点的侦听／睡眠周期无法根据通信负载动态变化的问题,本文对S-MAC协议的侦听／睡眠机制进行了改进：采用节点发送队列的利用率来衡量网络负载大小,节点根据网络负载的大小自适应调节侦听／睡眠周期。当发送队列利用率高时,网络负载较大,节点就增大自己的占空比,减少睡眠时间；当发送队列利用率低时,则网络负载较小,节点就减小自己的占空比,增大睡眠时间。这样就可以保证,当通信负载变化时,节点能根据负载的变化动态的调整自己的侦听/睡眠周期,已达到节省能量的目的。通过OPNET对改进后的EE-MAC协议的仿真,仿真结果表明：EE-MAC协议不仅仅在节能方面比S-MAC协议有所提高,在网络吞吐量方面也优于S-MAC协议。