WSN是实现IOT的关键技术之一,随着5G时代的到来以及相关的技术兴起,WSN展示出广阔的应用前景。WSN的研究领域中,MAC协议和路由协议的研究又是热门的研究方向之一,研究的目标之一就是优化现有协议的性能,提高WSN中有限的资源利用率,降低功耗,提高节点生命周期。本文以WSN为背景,简要分析了经典的争用型随机多址接入协议的数据发送成功率,利用MATLAB进行了软件仿真。并以CC2530射频芯片作为硬件平台,在实际的信道环境中硬件仿真了经典随机多址协议的工作过程,对工作过程中的数据包的收发状态运用python进行保存处理,硬件仿真结果与软件仿真结果和理论结果相符合,验证了理论分析的正确性。针对经典的随机多址协议对信道中重负载适应能力差的缺点,对两种经典随机多址协议进行融合提出了双层随机多址接入协议,对所提出的双层随机多址协议进行了分析并分别在MATLAB和CC2530上进行软件和硬件仿真,结果显示硬件仿真与软件仿真过程相符合,在簇头数和终端节点数足够的情况下仿真结果与理论值较为接近,证实了理论分析的正确性,更适用于方便供电的网络规模较大的场景中。在双层随机多址协议的基础上,结合分层路由算法LEACH,提出了低延迟低功耗和网络能耗均匀的改进算法。改进算法结合了双层随机多址协议和LEACH的优点,在稳定数据传输阶段采用CSMA机制,降低了数据传输延迟;在能量均衡和能耗方面,该策略混进小部分初始能量高的高等节点,在簇头选举时综合考虑节点剩余能量和平均能量,延长了网络生命周期。对改进后算法的数据传输阶段的延时和功耗进行建模分析,并利用MATLAB进行仿真对比,证明了改进算法在延迟、生命周期、网络能耗均衡性以及吞吐量等性能都得到了优化提升。