随着通信及微电子等技术的不断进步,无线传感器网络在诸多领域得到了广泛的应用。无线传感器节点能量极为有限等因素使得无线传感器网络的运作机制与传统的无线网络有较大的不同。由于无线传感器节点易失效的特性,无线传感器网络的拓扑结构始终处于动态的变化中。拓扑结构的不稳定性对整个网络的传输效率产生了巨大影响,因此无线传感器网络的拓扑结构应当具有自组织及自愈的特性。而实际应用中一般通过密集部署来保证连通度和覆盖度,这也就直接限制了无线传感器节点的造价。由于造价等限制条件,无线传感器节点通常不会整合多频段的复杂通讯模块,这也使整个无线传感器网络运行在单一的共用信道下。针对无线传感器网络中单一共用信道的通信效率问题,本文提出了基于排队论模型的拓扑结构优化策略。在分析了多种网络拓扑结构的基础上,特别的对无线传感器网络中常见的拓扑结构做了优缺点的对比和定量计算,其中发现了分簇网格中集中式的星型拓扑结构与令牌环网的分布式环型拓扑结构下信道使用权的传递过程极为相似的特点,并得到了在一定的条件下集中式的拓扑结构信道利用效率高于分布式拓扑结构的重要结论。以上结论说明:在合适的信道使用权分配策略下,集中式的拓扑结构信道传输效率能获得较大提升。因此在研究了曼彻斯特编码特点的基础上,设计了一种新的编码方案,从而使集中式的拓扑结构中各节点能够以更高效的方式参与信道使用权的争用仲裁,在发送优先级信息相同的前提下,仿真实验表明同传统的逐节点询问方式相比,仲裁时间缩短为原来的四分之一。此外,利用排队论的相关模型和分析方法,找到了在独占式的分配策略下影响信道利用率的主要因素,并提出应当为单个节点增加分配时槽的改进策略。