IEEE 802.15.4协议旨在制定一个低成本,低功耗,低复杂度并可以自组织的无线个域网标准,并为其制定PHY层和MAC层的规范。由于该网络中的设备往往都采用电池供电,所以减少能量消耗就成为该网络的主要目标。在IEEE 802.15.4标准中,有多个参数只给出一定范围而并未给出较为确切的值,这些值对系统性能有着较为显著的影响。我们通过ns-2仿真工具对IEEE802.15.4协议进行大量的仿真,研究不同网络负荷下BO,BE,CW等参数对吞吐量,丢包率,传输延时的影响,分析了隐蔽站问题、确认帧机制和不同的传输模式,并对网络中能量的消耗也做出了分析。以往通过数学建模的方法来研究IEEE 802.15.4协议时,模型都或多或少存在着不足和缺陷,主要包括模型不适用于非饱和情况、没有考虑delay line、没有考虑重传和模型结果与仿真结果不符等。我们在之前这些研究的基础上,使用马尔可夫链理论和排队论中M/G/1理论,在综合考虑delay line和数据帧的重传等细节的基础上,对非饱和情况下IEEE 802.15.4中上行链路CSMA-CA算法进行数学建模,并给出模型中相关参数的数学表达式。通过对多种不同设置下模型得到的多个性能参数与ns-2仿真得到的结果进行比较,两者拟合地均比较完美,从而验证了模型本身以及数学推导的正确性。在已建立的数学模型的基础上,我们对IEEE 802.15.4协议的能量消耗进行了分析。针对IEEE 802.15.4协议主要面对的偷听现象大量浪费能量的问题,引入退避时选择性休眠的机制,通过仿真和模型分析的方法对该机制进行了分析研究。引入该机制后,接收和空闲状态占据的时间不同程度的减小了,这些减少的时间都转变为休眠状态占据时间的增加。由于休眠状态消耗的功率与其它状态相比十分微小几乎可以忽略,并且休眠时不会发生偷听现象,所以该机制很好的解决了偷听现象浪费能量的问题,大幅度降低了能量的消耗。