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近几年来,无线传感器网络的概念已经逐渐渗透到了无线通信的各个应用领域。IEEE802.15.4作为一种专为低速率无线个人区域网络(low data rate-wireless personal areanetwork,LR-WPAN)而设计的低成本、低功耗的短距离无线通信新标准,为无线传感器网络提供了一种很好的解决方案。本文以国家发改委项目——“IPv6无线传感器网络节点”为基础,围绕IEEE802.15.4 MAC协议展开研究。第一部分介绍了无线传感器网络的概念及发展、传感器网络体系结构及其节点结构,阐述了MAC协议的发展状况、分类及其设计需求,并对IEEE802.15.4的发展情况、协议栈框架、及其与ZigBee之间的关系等相关内容加以总结。第二部分深入研究IEEE802.15.4 MAC协议,在介绍节点分类、网络配置及网络类型的基础上,重点分析了IEEE802.15.4 MAC协议基本思想及其工作原理,并对协议中各项关键技术进行分析与总结。在NS-2仿真平台中,分别针对星型、点对点及树型网络拓扑结构,对该协议性能进行仿真分析。仿真结果表明:IEEE802.15.4 MAC协议不适用于网络拓扑结构变化较快的场合;在较低业务载荷的前提下,具有较高的分组递交率性能:节点采用间接传输通信方式会更加节能,然而会带来较大的分组平均时延;所提供的可选确认机制,能够保证分组的可靠传输。第三部分完成了CSMA/CA和关联组网等IEEE802.15.4 MAC协议主要功能实现。所实现的MAC层功能模块可以通过接口与应用测试模块、硬件抽象层模块进行信息交互。目前已在PC机和DZ1611/DZ1612实验板上完成了对MAC层功能模块的测试,结果表明:该模块功能正常,能够为上层提供所需服务。论文最后一部分对IEEE802.15.4中的树型网络结构做近一步研究分析,根据其业务量分布特性以及多跳带来的传输时延问题,提出一种自适应调整超帧激活期长度的IEEE802.15.4 MAC协议改进方案并基于Markov随机过程模型对其进行了理论分析。仿真与分析结果表明,改进后的MAC协议在满足与IEEE802.15.4 MAC协议具有相近的能量损耗条件下,能够获得更好的分组平均传输时延性能。