无线传感器网络(WSN)是一种集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信等技术的新型无基础设施的无线网络,它由部署在监测区域内的大量的廉价微型传感器节点组成,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,发送给观察者。WSN为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径,作为一个全新的领域,对国内外研究学者提出了大量的挑战性课题。在WSN中,介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,在WSN节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建无线传感器网络系统的底层基础结构,对WSN的性能有较大影响,是保证无线传感器网络通信的关键网络协议之一。相对于传统网络,对于能量受限、网络拓扑结构动态变化的WSN而言,设计、实现一种节能高效、可扩展性强的MAC协议尤为重要。本文正是在综合考虑能量效率和网络扩展性后,提出了一种基于分簇的无线传感器网络MAC协议。文章首先介绍了WSN以及无线传感器网络MAC协议的设计重点和现有的典型MAC协议。接着分析比较了现有MAC协议的优缺点,在综合考虑基于竞争和基于TDMA协议的优缺点的基础上,设计出一种基于分簇的无线传感器网络MAC协议,即CT-MAC协议。CT-MAC协议采用了基于二跳簇的网络拓扑结构,在簇首节点与汇聚节点的通信采用FDMA机制;在同一簇内,合理利用CSMA/CA机制和时隙通信的特点,将簇内节点与簇首节点的通信时间划分为交替循环的随机访问和调度访问两个阶段,以实现平衡能量效率和网络扩展性的目的。CT-MAC协议还能够根据簇内节点数目和簇内节点通信负载动态的为其分配调度访问阶段的时隙数,以减少节点的空闲侦听,提高信道的利用率和节省能量消耗。同时,簇首轮番选举机制的引入,平衡了簇内各节点的能量消耗,进一步延长了网络生命周期。所采用的时间同步机制和网络扩展机制也克服了传统的基于分簇网络的MAC协议存在的严格时间同步和扩展性不足的弊端。最后,本文对CT-MAC协议进行了性能分析和仿真,结果显示CT-MAC协议很好的协调了系统的能量效率、网络扩展性和时间同步等性能。