IEEE 802.15.4是在低速率应用需求下产生的低速无线个域网标准,是目前无线传感器网络通信标准的最佳选择。深入研究协议,并进行优化使其能更适合于无线传感器网络是当前研究的热点,具有重要研究意义。本文针对无线传感器网络在实时监测环境中高优先级数据包需要优先传输的情况且IEEE 802.15.4协议本身不支持任何优先级机制,提出一种改进算法,引入优先级处理思想进行优化。考虑了节点非饱和状态,更加具有实际意义。本文首先对无线传感器网络中的IEEE 802.15.4协议的MAC层性能进行研究,全面介绍IEEE802.15.4协议的原理,重点对协议中MAC层的时隙CSMA/CA算法进行详细的描述,然后在OPNET软件仿真环境中建立了一个IEEE802.15.4协议的网络仿真模型,仿真和分析了CSMA/CA机制中BO、BE、CW等参数,在不同网络负载的情况下和不同的参数设置不同的值对网络性能流量、平均延迟的影响,为合理设置网络参数提供参考。在此基础上,引入优先级思想,提出了差分服务机制和退避次数优化策略,结合优先级调度策略,并对非饱和状态下基于优先级的时隙CSMA/CA算法进行数学建模,包括节点马尔科夫模型和信道马尔科夫模型,据此提出了一种非饱和状态下基于优先级的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA算法性能的分析方法。分析不同策略和机制在不同包到达率和节点个数的情况下,基于优先级的时隙CSMA/CA算法对两种不同优先级数据包的网络性能的影响。仿真分析表明,本文提出的基于优先级的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA算法的改进机制和策略对提高网络中高优先级数据包的实时传输性能是有效的。