针对无线传感器网络能量受限、网络拓扑动态变化的特点,提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。S-MAC协议是一种典型的基于竞争的MAC协议,具有良好的节能特性和扩展性,但也存在占空比固定等缺点。本文基于S-MAC协议引入了排队论的思想,提出一种动态占空比调整的设计方案。该方案在有突发流量负载的情况下,通过对网络中数据包到达率与节点处理速率的调整,动态调整占空比。分析结果表明,改进协议在保持能量节省的基础上,时延、吞吐量等性能指标都有了一定的改善,特别适用于拓扑变化频繁或传输负载变化范围大的网络。本文还研究了动态拓扑无线传感器网络的数学模型。通过分析网络节点度分布、平均路径长度和聚类系数三个反映网络拓扑的性能指标以及对比相关模型的仿真数据,证明了在动态占空比设计方案仿真时使用该模型的合理性和准确性。