物联网旨在实现万物互联,它按照规定的协议,通过各类信息采集设备,将需要通信的物体接入网络以达到物与物、人与物交互的目的。无线传感器网络作为物联网感知层必不可少的基础架构,主要用来对物理信息进行采集和传输,在城市建设、农业生产、医疗保健等方面都有着很多的应用。无线传感器网络在不断发展应用的同时,其自身存在的一些不足也逐渐暴露出来,如网络结构、能效、安全性、差异性和服务质量等。解决这些问题主要有两种方法,一是传感器技术的更新,二是网络协议的改进。但由于传感器技术的更新存在较大限制,因此一般通过改进网络协议解决无线传感器网络面临的问题。在无线传感器网络中,MAC协议定义了各个传感器节点如何借助信道进行数据收发,影响着网络的性能。本文针对现阶段MAC协议存在的局限性,以低时延,高能效和高服务质量为目标,对无线传感器网络中的轮询接入MAC协议进行改进和实现。首先针对高密集接入站点和海量数据采集导致的网络时延高的问题,提出了使用多服务器接入的完全轮询控制模型实现负载均衡。在单服务器完全轮询系统的基础上,构建数学模型,计算了系统的队长和时延等特征参数,并提出一种新的轮询周期计算方法。然后在MATLAB 2018a上进行仿真模拟系统运行情况,仿真结果和理论推导表明,在不同网络规模和业务量下,该系统的时延和队长更低。接着针对优先级业务和实时性的需求,提出普通站点和优先级站点都应用完全服务模式的两级轮询控制模型。使用连续时间的分析方法,结合概率母函数,精确计算了系统的队长和周期等一阶特性,时延等二阶特性。然后通过仿真实验模拟系统的运行情况,结果表明,该系统在区分业务优先级的同时,普通站点的性能也得到了优化。进一步,在分簇式无线传感器网络中应用该模型,获得了较高的能效。然后针对大规模无线传感器网络中的不同节点和用户,对各站点的变量做非对称处理,提出非对称两级完全轮询系统模型,建立数学模型推导了系统的特征参数。并将BP神经网络用于轮询系统的性能预测,评估系统的性能。最后针对无线传感器网络中轮询系统的应用问题,在Tiny OS系统中对两级完全轮询控制模型进行实现,并依托One NET云平台搭建了一套使用轮询机制的无线传感器网络环境监测系统,实现了环境信息的可视化管理和监测。