无线传感器网络(WSN)作为物联网的核心技术,由于其低成本,低功耗和自组织,在各个领域得到广泛应用。然而,由于其成本限制,处理和计算能力弱,并且能量有限,如何使无线传感器网络在能量有限的情况下提高网络分组传输成功率并延长网络生命周期是设计媒体访问控制(MAC)协议时必须考虑的问题。MAC控制着无线信道的分配权,良好的MAC协议能够提升网络的吞吐量,减少能量损耗,降低延时。本文首先对轮询多址和随机多址协议进行了分析研究。通过改造Z-Stack协议栈在CC2530上实现了门限服务、完全服务系统以及随机多址协议的仿真,结果表明方法可行、协议性能指标符合理论值。然后,针对层次型的网络结构,结合轮询机制和CSMA机制设计了一种混合型MAC协议。该协议使用分簇算法将WSN分成两层,簇头根据成员的信息建立轮询表,按照列表顺序轮询成员节点使其获得信道使用权来进行数据传输。簇头采用CSMA机制争用信道向基站传输数据。最后在CC2530搭建的WSN中对所设计的混合型MAC协议进行了硬件仿真,结果表明协议能够正确运行且关键性能指标和理论值一致。最后,为解决WSN能耗不均衡、持续工作时间短、吞吐量低等问题,提出一种基于遗传聚类和混合MAC机制的WSN分簇算法。网络初始化时,所有节点将自身位置坐标上报基站,基站使用遗传算法(GA)优化的FCM形成分簇。首轮选择最靠近簇心的节点担任簇头。从第二轮开始,选举过程参考节点剩余能量、与基站距离、与簇内其他节点的距离三个因子,并根据网络状态实时调整三个因子的权重。仿真结果表明,与同一网络环境下的LEACH和基于K-Means的均匀分簇路由算法(KUCR)相比,本文算法成簇更加均匀,延长了网络生命周期,拥有良好的能量均衡性和更高的吞吐量。