本学位论文的研究课题来自于国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”之“传感器网络电磁频谱监测关键技术研究”课题（编号：2010ZX03006-002-01），电磁频谱监测系统本质上为基于认知无线电的传感器网络，本文研究具备电磁频谱感知能力的无线传感器网络无线传输MAC层协议设计与优化技术，把重点放在解决传感器网络的工业、公众、特种应用环境中各种无线网络的共存问题上。　　 本文着重对MAC层的簇内频谱分配和频谱接入做较为深入的研究，本课题设计传感器网络采用分簇结构，每个簇有一个簇首负责簇内节点数据的融合、转发，而节点执行的是各自感知、判断，并通过簇内局部控制信道将感知到的本地频谱信息，传送给簇首节点，由簇首节点执行集中式频谱分配方案，在考虑节点优先级和剩余能量的前提下，提出最大化系统效用的目标函数，通过仿真发现该算法能够很好地完成频谱分配。　　 对于频谱接入协议的设计，本文提出采用CSMA/CA的频谱接入方式，结合认知无线电的环境，对IEEE802.11系列协议作出相应修改，使之适合认知环境；然后，根据本课题的应用场景，提出基于QoS的频谱接入协议，根据节点数据是实时还是非实时，选择退避窗口大小。通过仿真发现，基于QoS的频谱接入协议能够提高系统的吞吐量，保证实时数据的及时传送以及非实时数据的适当吞吐量；最后，在USRP和GNU Radio平台上对所设计的频谱接入协议进行了初步验证。