随机多址通信系统理论是支撑通信协议研究的关键理论之一,它为无线局域网、以太网、Internet和移动通信网络的分析、研究和应用提供了可靠的理论支撑和丰富的应用成果。尽管无线通信网络技术一直在飞速发展,然而用户始终期待着更好的网络服务体验。由于无线信道资源是有限的,这使得在信道资源的共享和分配工作中进一步提高效率、保证公平和维持稳定成为了媒体接入控制协议（MAC）相关研究领域的核心目标。本学位论文系在国家自然科学基金项目（No.61461053,No.61461054,No.61072079）支持下,针对CSMA协议延伸拓展应用需求,提出四种随机多址接入控制协议。在随机多址通信系统理论和平均周期法的基础上建立起相对应的数学模型的函数表达式,由这些函数表达式精确推导出能够反映系统性能的关键参数——系统吞吐量和各优先级吞吐量。在此基础上,对信息分组的到达率进行区间划分,进一步推导出坚持发送概率和持续侦听概率随系统负载变化而自动调整的函数表达式并实现负载自适应。本学位论文的主要工作和创新点如下:首先,研究和分析了自适应双时钟p-检测多通道随机多址接入（AMP）协议。基于p-检测CSMA协议控制过程,提出了自适应双时钟p-检测多通道随机多址接入协议。采用该协议的系统控制策略为双时钟控制方式:即时隙式时钟联合连续式时钟的信道接入控制方式。采用平均周期分析方法,对AMP协议的系统吞吐量进行了分析推导,从而得出系统中持续侦听概率与系统负载相关联的函数表达式,实现负载自适应。推导出的系统吞吐量与P-检测CSMA协议相比具有较大提升,理论分析结果与仿真结果具有较好的一致性。其次,研究和分析了自适应双时钟二维概率多通道随机多址接入（ADMTP）协议。在AMP协议的基础上,为了提升系统空闲期的利用效率并进一步提升系统吞吐量,提出了自适应双时钟二维概率多通道随机多址接入协议。设置新的控制参数,即坚持发送概率和持续侦听概率。通过建模对ADMTP协议吞吐量、各优先级吞吐量、坚持发送概率和持续侦听概率进行了分析推导,实现负载自适应。仿真实验表明,ADMTP协议的吞吐量和优先级吞吐量优于二维概率CSMA协议。再次,研究和分析了自适应双时钟三维概率多通道随机多址接入（ADMTTP）协议。以提高无线通信网络服务质量（QoS）和信道资源利用率的目标为导向,提出了自适应双时钟三维概率多通道随机多址接入协议。通过双时钟控制机制的使用,坚持发送概率和持续侦听概率随系统负载变化的自动调整,业务优先级的划分和多通道技术的应用,以支持多种业务类型的服务质量要求。在此基础上将本学位论文提出的四种协议与五种已有协议进行对比,说明采用ADMTTP协议控制下的系统可以获得较高的系统吞吐量性能。理论分析和仿真结果具有较好的一致性,验证了研究工作的科学性。最后,研究和分析了采用RTS/CTS机制下自适应双时钟三维概率多通道随机多址接入（RADMTTP）协议控制的无线传感器网络（WSN）的能量有效性问题。为解决无线网络中“隐蔽终端”问题,在ADMTTP协议的基础上引入RTS/CTS握手机制,提出了 RTS/CTS机制下自适应双时钟三维概率多通道随机多址接入协议。在对RADMTTP协议建模和分析之后,得出了该协议的系统吞吐量和各优先级吞吐量,并推导出系统中三个控制参数的负载自适应函数表达式。在此基础上将经典ALOHA协议和RADMTTP协议应用于无线传感器网络的MAC层建模,通过引入电池模型推导出基于RADMTTP协议的无线传感器网络的系统平均功耗。仿真实验表明,RADMTTP协议控制下的无线传感器网络相比ALOHA协议,系统的平均功耗更低。在牺牲少量吞吐量为代价的前提下避免了“隐蔽终端”带来的不可控制的信息分组的碰撞,从而能够有效地延长生命周期。