无线多跳自组网以其强可扩展性、容量大、强抗毁性、强灵活性以及自组织自恢复等优势，在军事通信和民用通信中受到了越来越多的关注与应用，成为了无线通信网络中的研究热点之一。在集中式无线多跳自组网中，MAC层不仅仅只起着连接上下层并提供服务的作用，还需要组织和调度整个自组网系统，MAC层协议的设计对自组网网络性能起着决定性作用。但目前对集中式自组网MAC层协议的研究往往仅停留在协议框架和或者理想的环境下，没有考虑实际应用中信道因素以及其他它协议参数对网络性能的影响，并且缺少相应的优化机制。
　　针对现有研究存在的问题，本文基于集中式无线多跳自组网MAC层协议的网络接入与维护、业务调度和路由选择与资源分配三大功能模块，分别建立了时延和吞吐量的性能分析模型。充分考虑实际工程中的影响因素，进行了时延以及吞吐量的性能表达式推导，给出了特定网络场景下的协议设计思路和优化机制。本文基于理论建模和仿真分析，进一步在软件和硬件平台上实现对协议优化设计的实现与验证。具体内容如下：
　　本文首先对集中式无线多跳自组网MAC层协议进行了介绍与分析，从自组网的协议结构、协议要素以及协议的三大功能模块分别进行了说明。然后，基于该协议理论框架，分析了影响网络接入与维护模块的时钟不同步因素，建立了理论时钟模型和测量时钟模型，并提出了提高同步精度的优化方案。针对集中式调度模块，首先建立了端到端时延和网络吞吐量模型，分析了网络参数、业务参数、链路参数以及协议参数对其性能的影响，随后设计了一套适用于集中式无线多跳自组网的路由优化机制，通过仿真分析与比较，优化后的机制能够降低端到端时延，提高网络吞吐量，从而达到提高系统性能的目的。最后，将本文所设计的优化方案分别在VS2010软件验证平台和Zynq7000+AD9361硬件平台上实现并验证。
　　本文从协议理论架构出发，结合实际工程实践，建立了集中式无线多跳自组网网络性能模型，并针对影响性能的因素给出了一系列协议设计和优化方案，其研究成果可以作为未来集中式无线多跳自组网低时延MAC层协议研究与工程实现的参考。