无线传感器网络是一种全新的信息获取、处理和传输技术。由于无线传感器网络具有节点的电源能量和硬件资源受限的特征，设计能量高效的通信协议是无线传感器网络研究中具有挑战性的研究课题，其中介质访问控制协议是通信协议中最为突出也是最为重要的关键协议之一。本文即对无线传感器网络介质访问控制协议进行了深入细致地研究。介质访问控制协议是无线传感器网络研究领域的基础协议和支撑技术。它主要协调节点竞争信道，为节点分配共享的无线信道资源，用于创建整个网络的基础结构。其性能的好坏直接关系到无线信道的利用效率和整个网络的性能。本文围绕无线传感器网络MAC协议性能优化的关键问题，深入分析了影响MAC协议性能的本质原因，针对现有工作中存在暴露终端引发的信道利用不充分问题、功率控制技术、对并行传输不够理想和MAC协议跨层应用不完善等不足之处，提出了相应的解决办法。首先，本文针对无线传感器网络多跳通信方式产生的暴露终端导致无线信道利用率低的问题，提出了一种基于地理位置信息的高效并行传输MAC协议。该协议突破了传统基于CSMA协议对并行传输的限制，利用节点地理位置信息实现暴露终端的并行传输，有效提高了宝贵无线信道资源的复用效率。文中根据节点的位置坐标对暴露终端节点并行传输的可行性进行了分析，并通过并行传输检测完成传输过程。该协议中节点首先通过GPS或其他定位算法获取当前的地理位置信息，然后根据位置信息识别自己暴露终端身份，只有通过并行传输检测的暴露终端才能进行并行传输调度。为了避免多个并行传输之间发生冲突，协议中增加了随机退避机制，减少了数据发送冲突产生的能量消耗。与S-MAC协议比较，该协议能显著提高网络的平均吞吐量，降低了数据传输延迟，有效提高了无线传感器网络效率和性能。然后，针对无线传感器网络能量受限的特征，采用博弈论的方法解决无线传感器网络中功率控制问题，以降低节点能量消耗。文中提出一种基于不完全信息非合作博弈的分布式功率控制算法，该算法以节点信噪比（SNR）为效用函数，实现节点在传输过程中选择的功率策略能够达到最大的净效益值，从而提高了网络能量效率。文中应用贝叶斯纳什均衡定理，进一步证明了本文提出的基于博弈理论的功率控制算法中纳什均衡的存在性和唯一性。最后通过仿真实验证明了本文所提出的功率控制算法的有效性。其次，针对节点密集部署的无线传感器网络中，传统的基于竞争或调度的MAC协议会出现较低的吞吐量和累计延迟等问题。文中利用节点密集部署的无线传感器网络中普遍存在的捕获效应对于MAC协议性能的影响，提出一种单信道模式下工作的并行传输的新型高效MAC协议。在功率控制方面，运用第四章中提出的基于非合作不完全信息博弈算法模型，实现了多个节点在同一信道上采用最优功率进行并行传输。通过仿真验证该协议能够实现多个节点在干扰范围内并行的进行数据传输，显著地提高网络吞吐量、减少数据传输延迟并实现能量的高效利用，有效提高了信道资源的空间复用效率。最后，本文基于跨层设计优化的思想，利用无线传感器网络相邻层间的信息交互以实现网络最优的性能。文中提出了一种基于跨层优化的协议（ECL-MAC协议），该协议利用了路由层和MAC层的信息进行联合优化。协议通过获取路由层的路径信息，能够实现从源节点开始到Sink节点，保持整个传输路径上的节点为活动状态，其他不参与通信的邻居节点进入睡眠状态，而且实现了节点可以根据发送帧的类型不同，而选择不同的传输功率级别，节省了节点能耗。。实验结果表明在不同的数据源节点数目、网络密度和跳数等网络环境下，ECL-MAC协议比较于MAC-CROSS协议和T-MAC协议，表现出更低的能量消耗和数据传输延迟。本文的研究工作围绕无线传感器网络MAC协议的关键技术展开，其中涉及到的暴露终端、功率控制、并行传输以及跨层设计的优化为未来的研究工作提供了良好的理论基础和思路。