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水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks,UASNs)是当前海洋开发、环境监测及军事侦察等领域的研究热点。作为水声传感器网络的核心技术之一,媒体接入控制(Media Access Control,MAC)技术主要负责信道资源的分配,避免数据包在传输时发生碰撞。然而,水声信道具有长时延、高误码率、窄带宽、多径及多普勒效应明显等特点,这给水下MAC协议的研究带来了困难和挑战。因此,如何针对水声信道的特性,设计稳定且高效的MAC协议至关重要。论文以国家自然科学基金项目为背景,针对水声传感器网络MAC协议展开深入研究,提出了基于时空特性的水下握手竞争型MAC协议,并进行仿真实验及性能分析。论文主要研究内容包括:1)在对现有水下MAC协议的设计思路及优缺点进行归纳总结的基础上,深入研究典型竞争型MAC协议的工作原理。基于OPNET平台搭建远距离部署的水声网络模型,并进行仿真实验及性能分析,为后续研究协议的改进机制奠定基础。2)探讨时空复用机制在远距离部署的水声网络场景中的适用性,提出一种基于空间复用的水下握手竞争型MAC协议(Spatial Reuse based Handshake-Competition MAC,SR-MAC)。该协议通过并行传输机制,允许多个节点同时访问信道,从而在一个握手周期内进行多节点同向链路数据传输,实现了信道的空间复用;同时,通过请求发送控制包(Request to Send,RTS)竞争算法,改善了由于水下时空不确定性造成的节点访问信道不公平现象。仿真结果表明,相比于典型协议,SR-MAC协议能够较大程度地提高网络性能。3)为了提高非时隙型MAC协议DACAP的信道利用率,提出一种基于时间规划的水下握手竞争型MAC协议(Time Planning based Handshake-Competition MAC,TP-MAC)。该协议改进了传统的握手机制,加入节点间对传机制,实现了数据的对向传输;当对传机制不适用时,通过节点随机接入机制允许处于空闲状态的节点依概率接入信道,从而提高了信道利用率;同时,在每次握手结束后,通过传输保护机制规划合理的握手间隔,增强了协议的鲁棒性。仿真结果表明,相比于典型竞争型MAC协议,TP-MAC协议能够有效地提高网络性能。