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无线传感器网络在工业、农业、军事、环境、医疗等领域具有巨大的应用价值。随着无线传感器网络研究的进一步深入和各种关键技术不断完善，无线传感器网络将在各个领域得到越来越广泛的应用。IEEE802.15.4标准是低速无线个域网进行短距离无线通信的IEEE标准，具有低能耗、低速率、低复杂度、传输距离短等特点，是一种适用于无线传感器网络的经典协议。深入研究IEEE802.15.4协议，并对协议进行优化，使其更加适合无线传感器网络，具有十分重要的研究意义。 本文首先详细介绍IEEE802.15.4协议，采用OPNET仿真软件的三层建模机制，创建了基于IEEE802.15.4协议的单跳结构无线传感器网络模型; 其次，依据IEEE802.15.4协议，讨论了一种基于竞争的MAC层协议（ESCA协议），并给出协议适用的场景。该协议使用类似于CSMA-CA算法来公平竞争信道，争取发送数据包的机会，成功发送的标识是收到ACK帧。根据网络中节点数目的不同，对比了IEEE802.15.4协议和ESCA协议在能耗方面的性能; 最后，引入IEEE802.15.4协议中超帧的概念，提出了一种基于时隙的MAC层协议，对协议的技术规范进行了详细介绍。运用树型拓扑模拟了单跳分簇结构的无线传感器网络，并在树型拓扑网络中实现了该协议。并且基于OPNET仿真软件建立了EBPSK调制的仿真模型，对物理层使用EBPSK调制的网络性能与使用QPSK调制的性能进行了对比，表明EBPSK物理层网络具有更好的性能。