IEEE 802.15.4协议旨在制定一个低成本,低功耗,低复杂度,具备自组网能力的无线个域网标准,并制定了物理层和媒体接入层规范,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,并进行优化使其更适合于无线传感器网络是当前IEEE 802.15.4协议研究的热点,具有重大研究意义。本文在分析协议的基础上,研究了协议的吞吐率、成功率、平均算法延迟几项性能,并引入优先级,进行了优化。本文首先全面分析了IEEE 802.15.4 MAC层协议,深入研究了对协议性能存在影响的各种因素。然后使用OPNET仿真软件,建立了一个基于星型网络拓扑的网络仿真模型,完整精确的实现了协议的CSMA/CA机制。并运用该仿真模型对IEEE 802.15.4 MAC协议进行了大量的仿真,研究不同规模网络不同网络负载下,BO、BE、CW等参数对网络吞吐率、成功率、平均算法延迟的影响,为合理的设置网络参数提供了参考。在此基础上,引入优先思想,针对网络中不同优先级的数据包,提供不同的信道竞争策略,提高网络的实时性,优化协议的性能。并使用马尔可夫链理论,建立了一个饱和信道的基于优先级思想的IEEE 802.15.4CSMA/CA数学模型,分析了通过针对网络中有优先级区别的两种格式数据包而设置不同的协议参数,对节点实时性的影响。仿真分析表明,引入优先级思想,可以显著的提高优先级信号的实时性,而对网络整体性能性能影响不大。由于无需硬件上的修改,所以引入优先级思想的优化,具有普遍意义。