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随着IEEE802.11协议的不断升级与演进，无线局域网(WLAN)将朝着更高速、更高效、更安全的方向发展。而媒体接入控制(MAC)协议作为WLAN的核心技术之一，一直以来都是工业界和学术界的研究热点。本论文依据MAC协议在高效性、公平性和安全性上的发展趋势，分别就高效的速率自适应算法、基于时间公平的队列调度机制以及高性能的安全加速引擎进行了研究，并设计了一款支持802.11 a/b/g/n/ac的MAC协议控制器，主要成果如下: 1)提出了改进的基于接收端速率自适应(M-RBAR)算法。经过NS-3仿真结果表明，在不同的信道环境下，采用M-RBAR算法的系统吞吐率性能优于AARF、ONOE与Minstrel三种常见的速率自适应算法。 2)提出了灵活的多输入多输出模式速率自适应（FMRA）算法。经过实际系统测试验证表明，在不同的真实场景下，FMRA算法相比于Atheros MIMO RA和Minstrel算法可获得更好的UDP、TCP吞吐率性能。 3)针对多速率WLAN的性能异常问题，提出了基于线性可调节时间公平的循环轮询队列调度算法(TFRR)，既保证了下行UDP/TCP以及上行TCP流量条件下各站点之间的时间公平性，又间接提升了系统的吞吐率性能。经过NS-3的系统建模及仿真验证表明，该算法相比于FCFS、RR与DTT算法具备更好的系统吞吐率性能及时间公平性。而且，经过实测系统验证了该算法的可行性，系统的UDP和TCP吞吐率性能相比于RR算法分别提升了107％和96.5％。 4)设计了一个支持WEP/TKIP/CCMP协议的多模式、低延迟、高吞吐率的安全加速引擎。为了降低密钥查找延迟，提出了基于哈希算法的改进密钥信息查找算法。采用流水线方式实现RC4运算核，基于有限域运算并以纯组合逻辑方式实现AES运算核，以及采用双AES运算核的并行架构实现CCMP协议，不仅提升了加解密运算的吞吐率性能，也减小了数据块处理响应延迟。另外，考虑到与WLAN系统的协同工作问题，提出了一种高效的缓存机制，既能充分利用其运算性能，又能很好地实现存储开销与接口传输效率的权衡。经过FPGA原型系统验证与VLSI设计实现表明，该安全加速引擎具备可重构性，数据块处理延迟仅为33个时钟周期，在322MHz工作频率下运算吞吐率性能可达3.747Gbps。 5)设计了一款支持802.11 a/b/g/n/ac的MAC协议控制器，集成了M-RBAR与FMRA速率自适应算法、TFRR时间公平队列调度算法以及安全加速引擎。针对MAC协议控制器的软硬件交互，提出了一种基于发送、接收描述符链表的高效软硬件交互方式，并以离散聚合的DMA读取方式实现高效的数据帧传输。经过WLAN芯片原型系统验证表明，该MAC协议控制器完全满足协议一致性需求，且当系统工作频率设定为160MHz时应用层吞吐率性能可达1.25Gbps。