无线传感器网络（WSNs）由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，这些传感器节点通过无线自组织的方式形成一个多跳的通信网络，其目的是共同协作感知、采集和处理覆盖范围内的被测对象信息，如被测对象的压力、噪声、湿度、温度等数据信息，并把所采集到的数据通过因特网、移动通信网、卫星通信网等传输给使用者。物理层和MAC层是无线传感器网络的关键技术之一，物理层处于WSNs协议的最底层，直接面向传输介质，完成数据分组的传送；而MAC协议主要解决多个传感器节点高效、合理地共享信道资源并尽量避免冲突。本文主要研究WSNs中物理层和MAC层协议。论文首先分析IEEE802.15.4标准物理层协议，比较分析了协议在三个频段上的性能。然后重点研究目前典型的MAC协议，详细分析和比较这些协议的方法、性能、特点。论文还重点分析了现有IEEE802.15.4MAC协议在适应负载变化方面的诸多不足，提出了一种IEEE802.15.4MAC协议的改进方案：GJ-MAC协议，并进行了相应的理论分析和仿真验证。理论分析和仿真结果表明改进算法具有更好的性能，符合无线传感器网络的设计原则。最后对本文研究工作进行了总结。