随机多址通信系统理论是支撑通信领域协议研究的关键理论之一,它为无线局域网、以太网、Internet和移动通信网络的分析、研究及应用提供了丰富的理论应用成果。随着通信技术的迅速发展,用户数的增长,用户希望利用无线接入完成多任务的需求越来越多,对多用户共享有限频谱资源及保证无线通信网络服务质量提出了新的要求和挑战。设计高效、合理的无线共享信道的分配策略对于网络的正常工作就显得尤为重要,因此随机多址通信系统理论已经成为网络资源分配和MAC控制协议中的重要控制理论。对随机多址系统分析的目标是要建立起与随机多址控制机制相一致的数学模型及其函数表达式,准确推导出系统吞吐量、平均传输时延、丢失率等系统参数。在这些参数中,系统吞吐量被认为是最能体现随机多址系统性能的参数。本文第一章对现有随机多址技术作了系统介绍。第二章针对基本ALOHA系统吞吐量较低的问题,结合连续式和时隙式控制方式,提出双时钟随机多址协议。基于双时钟控制方式成功应用到ALOHA协议的经验,尝试将其应用到CSMA系列协议的理论分析。同时,为了改善系统性能,设置坚持发送概率和持续侦听概率两个关键参数。基于以上两方面考虑,第三章提出多通道双时钟二维概率随机多址(MRMPSDC)协议。在无线通信网络中,每个终端站点决定是否发送分组、侦听信道,是各个站点的一种分布式行为。每个站点采取相应行为产生的结果不仅依赖于它自身的行为,也取决于其它站点采取的行为。基于这种交互性的考虑,可以将各站点的行为建模为一个博弈过程,因而将博弈论引入MRMPSDC协议的分析。作为上述理论的一种应用,第五章将经典纯ALOHA协议和MRMPSDC协议应用于无线传感器网络。本文的主要工作和创新之处总结如下：1、提出了双时钟随机多址协议,改善了系统吞吐量性能。在纯ALOHA、时隙式ALOHA协议的基础上提出了双时钟随机多址协议。采用该协议的系统控制策略为双时钟控制方式：即时隙式时钟联合连续式时钟的信道接入控制方式。通过平均周期方法,推导出的系统吞吐量性能与基本ALOHA协议相比具有较大提升,理论分析结果与仿真结果具有较好的一致性。2、提出了多通道双时钟二维概率随机多址(MRMPSDC)协议。从提高无线通信网络服务质量(QOS)及通道资源利用率的角度出发,提出了MRMPSDC协议,通过双时钟控制机制的使用,坚持接入信道概率p1和持续侦听信道概率p2的联合选择,业务优先级的划分和多通道技术的应用,以支持多种业务类型的服务质量要求。通过平均周期方法推导得出两个重要的性能参数：系统吞吐量和各优先级吞吐量表达式。仿真结果表明,仿真实验与理论分析具有较好的一致性,采用MRMPSDC协议控制下的系统可以获得较高的系统吞吐量性能。3、研究了基于博弈论的MRMPSDC协议分析与建模。在一个随机多址接入方案中,为了实现最佳吞吐量性能或服务质量等目标,终端站点以竞争方式接入信道。我们使用随机多址博弈来描述这种分布式的随机多址问题,通过博弈论分析各站点行为,并通过以下方式获得稳定状态下的各终端站点行为：采用离散度τ将终端站点发送、侦听行为的纯策略连续空间离散化为按概率分布的混合策略空间,通过遗传算法求解出混合策略空间的近似纳什均衡。仿真实验结果与理论分析具有较好的一致性,且该算法具有较高的计算效率和精度,表明将博弈论引入随机多址协议分析是一种有效、可行的方法。4、研究分析了随机多址协议应用于无线传感器网络的能量有效性问题。作为上述理论的一种应用,将经典ALOHA和MRMPSDC协议应用于无线传感器网络的MAC层建模。针对无线传感器网络能量有效性的概念,采用平均周期方法,对系统平均功率消耗进行分析。仿真结果和理论计算值对比说明MRMPSDC协议下的WSN具有较低的系统平均功耗,从而对有效延长网络生命周期具有重要意义。