无线传感网络是一种大规模、自组织、多跳、无基础设施的网络,由大量具备传感、处理、存储、通信能力的节点组成。无线传感器网络被广泛的应用于军事、工业控制、智能农业、环境监测、医疗护理等诸多领域。无线传感器网络应用中,节点一般采用电池供电,能量极其有限,要求节点具有较高的能量效率,需要采用低功耗设计技术。节点的低功耗设计可以从硬件和软件两个方面考虑:硬件设计需要考虑芯片的能耗参数,如芯片的工作电压、时钟频率、工作模式等,以及对电路设计的优化,尽量减少非工作模块的能量消耗;软件设计需要综合考虑各网络协议,如网络的体系结构、拓扑结构、MAC协议、路由协议、传输协议等。介质访问控制(Medium Access Control ,MAC)协议用于控制节点公平有效的共享有限的无线信道资源,对节点的性能有很大的影响。同时,MAC协议可通过控制无线收发机在不同工作模式下切换,减少节点空闲侦听带来的能耗,对整个节点实现低功耗具有重要的意义。当前国内外已提出多种节能的MAC协议,其中S-MAC协议是专门针对无线传感器网络应用的一种低功耗MAC协议。本文的主要任务一是设计出低功耗的传感器硬件平台;二是对S-MAC协议进行分析和改进,并最终在传感器节点上实现。本文首先完成了传感器节点CC1010各模块的设计,包括处理器模块、通信模块、传感器模块、电源模块、外围模块以及传感器驱动的设计。然后对S-MAC协议的原理、载波侦听机制、数据传输模型进行了详细的分析,并对同步机制、自适应侦听机制、回退算法等方面作出改进,为了进一步提高能量效率,本文在S-MAC协议基础上增加了功率控制功能。最后在CC1010节点上完成了S-MAC协议的实现,实现的功能包括本地调度的建立、调度方式的全局同步、调度表和邻居表的维护和更新、数据收发等,并设计了多个实验对改进的S-MAC协议和CC1010系统进行测试。测试结果表明:S-MAC协议功能正常,改进的S-MAC协议能量效率大幅提高,节点平均寿命至少延长一倍;CC1010系统工作稳定,网络性能良好,符合低功耗设计要求。