随着无线通信技术的高速发展,人们对无线通信技术提出了越来越高的要求,无论是传统的电池供电,还是插电电源供电等方式,都不足以支持人们对无线通信的灵活性和可持续性的要求,于是无线数能同传技术应运而生。本文着重关注在传统的无线传感器网络的基础上引入无线数能同传技术构成数能一体化的无线传感器网络,通过对该数能一体化网络的MAC层协议进行优化,延长整体网络寿命,降低无效能量消耗,提高能源利用率。本文主要研究内容分为以下三部分。首先,设计了基于ZigBee协议的数能一体化验证平台的基本架构和四种数能分割方案,依此进行需求分析和设备选型,选择频率分割方案,依托成熟的ZigBee协议和开发板套件进行预实验,根据预实验的数据结果设计数据收发机和能量收发机,由此搭建一个点对点的无线数能同传系统,实现终端节点的无线能量供应,在硬件系统层面上验证了无线数能同传技术可以有效应用于无线传感器网络。然后,针对传统的MAC层协议和无线数能同传技术,提出了一种超帧结构的改进方案,删去传统超帧结构的非活跃阶段,并调整超帧结构的时隙顺序,从而增大下行无线传输的时隙,增大无线充能的能力;同时提出一种GTS时隙分配的判决排序公式,把终端节点的剩余能量、数据变化量和数据有效期纳入判决范围,使能量较少、数据变化量大、数据有效期短的节点对GTS时隙具备更高的优先级,优先使能量短缺、数据紧急度高的节点使用GTS时隙通信,降低能量中断概率。最后,针对超帧结构的竞争接入期,设计了一种面向数能一体化网络的选择性通信竞争算法,通过支持向量机模型和历史数据构建学习器并训练,分别计算得到竞争上报基准值和GTS时隙申请基准值,用以指导终端节点进行选择性的竞争上报和GTS时隙申请,减少无意义的通信尝试,降低能量浪费;同时改进竞争接入期的CSMA/CA协议的退避算法,设计了一种引入剩余能量百分比的退避窗口计算公式,缩短能量充足节点的退避时间,延长能量短缺节点的退避时间,降低能量中断概率,从而延长整体网络寿命。本文在传统无线传感器网络的基础上,有效而合理地引入了无线数能同传技术,并针对MAC层协议进行优化和创新,从宏观的超帧结构和超帧内的竞争接入期两方面入手,增大了无线能量供应的能力,降低了无效能量消耗和能量中断概率,延长了整体网络寿命。