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随着低功耗微处理器和无线技术迅速发展,出现了越来越多的无线传感网络相关应用:人体生理参数实时监测、运动与健身、医疗监护等;产业环境中的工业控制、水文监测以及各种管道的实时监测等;桥梁以及建筑自动化等基础设施的质量监控。从而,进一步推进了低功耗实时通信技术在无线传感网络中的广泛应用。本文对IEEE 802.15.4协议MAC层进行深入分析,重点讨论了MAC层CSMA/CA机制和GTS调度算法,提出了能够满足不同周期下多个传感器节点实时高速通信需求算法。结合情境感知技术,基于标准时隙CSMA/CA算法研究,提出能够适用于不同业务负载的应用算法,并验证算法在实时通信应用中的性能。具体工作包括如下内容:(1)详细分析了IEEE 802.15.4协议的GTS通信调度机制,探讨了GTS调度算法在实时传输任务中存在的局限性。根据带宽利用率、延时约束和能效性等特征,对当前实时通信调度算法进行了分类、比较和性能分析,以助于算法在实际应用中合理部署。(2)IEEE 802.15.4协议GTS分配机制在高速实时异构数据传输应用中存在局限性,如一个超帧至多支持七个节点、超帧长度必须小于时延约束等,以及如何支持非周期数据传输等问题。针对此问题,本文提出一种支持异构数据通信的实时带宽分配算法,根据不同周期任务的数据传输信息,调整部分传输任务发送时间,严格遵循时延约束条件,满足异构数据通信,带宽利用率得到显著提升。(3)传统CSMA/CA机制缺乏自适应性,无法满足复杂传输应用的性能需求。针对此问题,本文提出一种优先级自适应CSMA/CA算法,为不同数据流提供优先级区分服务,降低网络中数据包传输的丢包率、网络时延及节点能耗等,并提升网络吞吐量,满足无线传感器网络应用中不同优先级数据流的服务质量需求。(4)在TinyOS操作系统环境下,使用低功耗平台Imote2对EGSA算法进行了验证,分析了系统时钟延时以及EGSA算法在数据传输应用中的实时性能。此外,采用可穿戴式传感平台Shimmer对本论文提出的CSMA/CA算法进行了验证与研究,探讨算法在实际应用平台中的丢包率、平均网络时延、网络吞吐量及能耗比。本文研究工作在IEEE 802.15.4通信算法中具有一定的学术价值,在医疗、工业以及社会等领域具有较大的应用前景。