无线传感器网络通常是由许多资源受限的节点组成的多跳自组织网络，在环境监测、军事管理、工业控制、医疗系统等诸多领域有着广泛的应用。由于无线传感器网络单个节点的能量和处理能力比较有限，节点通常需要通过协作的方式感知、采集和处理信息并发送给汇聚节点，故此类网络对能耗、延迟、可靠性等方面性能有较高的要求，从而对协议设计工作提出很大的挑战。目前业界对无线传感器网络的研究取得了一定进展，但是仍有很多关键问题未得到完善解决，阻碍其在各个领域的广泛应用，本文主要针对其中的MAC协议性能分析建模、流量自适应MAC协议设计、汇聚节点的TCP协议设计等关键问题进行深入研究，主要的研究内容和贡献如下：　　 1.误码信道下无线传感器网络MAC协议性能建模以及消息传递机制最优分割次数分析。针对无线传感器网络工作环境恶劣，无线信道误码率较高的特点，首先采用马尔可夫链和排队理论对传统协议S-MAC进行理论建模和性能分析，其次考虑信道误码条件和每个分割的短包存在重传限制的条件下，对无线传感器网络中消息传递机制(message passing)进行理论建模得到能耗、延迟和吞吐率三种性能的表达式。分析结果表明在误码条件下使得能耗、延迟和吞吐率性能最高时存在最优的分割次数。最后在此基础上分别针对能耗、延迟和吞吐率理论计算最优分割次数，并通过数值拟合得到误码率和最优分割次数的关系曲线，从而为无线传感器网络误码信道下协议设计提供较好理论依据。　　 2.提出了两种无线传感器网络流量自适应高效MAC协议。无线传感器网络应用中的数据流量随时间和空间经常变化，从而导致网络性能低下，针对此问题本文提出两种MAC协议：一种为适合大规模自组织网络的基于局部感知的无线传感器网络流量自适应 MAC协议(VLA-MAC)，通过在线测量节点MAC队列缓冲区长度以及节点的数据包到达速率进行自适应控制，在高流量时采用突发模式传输数据包，而在低流量的时采用选择性唤醒机制提高协议性能；另一种为适合于层次结构传感器网络的基于分簇控制的无线传感器网络高效MAC协议(CBA-MAC)，将网内节点分成许多簇，采用簇头节点和簇内普通节点联合完成局部流量自适应，然后通过簇头问协作形成高效簇间通信。通过ns-2下进行详细仿真实验和性能测试并和传统协议对比，结果表明高流量下VLA-MAC的延迟大幅度降低，并能在一定程度上降低能耗，低流量下的能耗显著降低且不增加额外的延迟。而CBA-MAC相比传统协议，高流量下延迟降低了60-70％，低流量下的能耗降低了40-60％。　　 3.提出一种适合汇聚节点的基于瓶颈链路带宽估计的TCP算法(TCP Yolanda)。根据无线传感器网络汇聚节点通常采用无线链路和外部网络进行通信并需要发送大量数据特点，以瓶颈链路缓冲区长度测量值为参数，采用分阶段方式控制拥塞避免阶段拥塞窗口增长方式，使节点能保持在较高的发送速率状态，同时在发生丢包时能区分丢包原因并将传输恢复到高效状态，使得TCP传输性能得到较大提升。实验结果表明相比传统协议，TCP Yolanda带宽测量更加准确，发送过程更加稳定，在误码率变化情况下吞吐率有20％-40％提升，并且保持较好的公平性和友好性。