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由于无线信道的广播特性,无线传感器网络中任一节点发送的无线信号都可能被其通信范围内的其他节点接收。因此,当位于同一地理区域范围内的节点同时传输信号时,会形成相互干扰,从而导致无法正确接收。如何有效协调多个节点共享无线信道资源,避免冲突发生是无线网络面临的关键问题之一,直接影响着无线资源的使用效率、网络吞吐和时延等重要性能。基于竞争的无线传感器网络MAC协议重点在于解决冲突问题,具有适应业务动态变化、分布式接入控制灵活等优势,因此,本文认为其更适合于无线传感器网络MAC协议的设计。首先,本文介绍了无线传感器网络MAC协议的主要问题以及基于竞争的无线传感器网络需要解决的关键技术,并在分析其特点的基础上列举了两种典型的基于竞争的MAC协议。其次,本文主要针对基于CSMA/CA机制的IEEE802.15.4规范进行了论述,重点对其MAC子层带时隙的CSMA/CA接入机制进行了研究,并改进了其饱和条件下的数学建模,然后针对其macMinBE和CW参数固定的缺陷提出了改进的自适应BE(ABE算法)和CW(ABW算法)设计方案。两种改进方案的基本思想是:根据节点占用网络流量的多少,ABE算法可以使网络协调器在一个特定分析周期内动态调整部分节点的macMinBE值,然后通过信标帧告知相关发送节点在下一次数据传输中调整自己的最小BE值。同时,我们认为,退避范围改变后,节点相应的空闲信道侦听次数也要改变,以避免退避周期结束后,多个节点同时进行数据传输的可能。因此,ABW算法对CW的值进行了两次调整,一次发生在执行ABE算法时调整macMinBE后,一次发生在信道空闲侦听时,主要是通过某种机制增加或减少竞争窗口CW的值来减少冲突概率。总之,两种算法对CSMA/CA机制中两个不同参数进行了调整,以适应网络业务的动态变化。最后,本文通过仿真软件NS2对上述两种改进算法进行了仿真验证。在不同的输入业务条件下,特别是当网络业务量比较重的情况下,与传统的IEEE802.15.4标准比较,ABE算法和ABW算法能提高系统吞吐量,降低网络工作负载。同时,本文还通过硬件平台对IEEE802.15.4的MAC子层的功能关联、数据发送确认过程和CSMA/CA机制进行了模拟。