随着信息技术的不断进步,IEEE 802.11无线网络得到了迅速的发展,已经被广泛应用于人们的工作和生活中。无线网络使人们摆脱了线缆的桎梏,可以随时随地接入Internet。但与此同时,同有线网络相比,无线网络的性能还有很大差距,这除了其无线传输媒介的固有特点之外,MAC层协议性能的影响也是一个非常重要的因素。因此,对IEEE 802.11 MAC层协议的性能分析和改进具有非常重要的研究意义和应用价值。针对IEEE 802.11 DCF协议进行研究,对bianchi提出的饱和吞吐量条件下的Markov模型进行改进,在考虑了重传次数限制和冻结状态的情况下,建立了更接近IEEE 802.11标准的Markov模型,推导出系统饱和条件下吞吐率及MAC时延的计算公式；并基于此改进模型分析了IEEE 802.11a、IEEE 802.11b等主流协议在饱和条件下的吞吐量及时延性能,通过NS2搭建的仿真环境证明结论的正确性。并比较了在不同活跃用户数及发送帧长条件下基本访问模式及RTS/CTS访问模型的性能差异,以此为基础给出了RTS/CTS机制的最佳启动门限。通过对饱和状态条件下Markov模型的研究,得到碰撞概率p和竞争节点数目n的关系,并使用扩展的卡尔曼滤波器对节点数进行跟踪,实时估算网络中节点数目。从仿真分析可以看出,该模型对于网络中竞争节点数的估算更加精确。在研究饱和条件下系统性能的基础上,提出了非饱条件下DCF协议性能Markov模型,基于此模型给出了不同饱和度情况下,IEEE 802.11a、IEEE 802.11b网络系统吞吐量性能,并通过NS2仿真加以验证。比较了各种协议在不同活跃用户数及发送帧长条件下基本访问模式及RTS/CTS访问模式性能的差异,给出了非饱和条件下RTS/CTS访问模式启动门限。在IEEE 802.11网络中,由于AP与普通无线节点使用相同的MAC协议,致使IEEE 802.11网络中上下行数据流的吞吐量存在严重不公平现象,导致AP成为WLAN中的瓶颈。提出一种简单而有效的优先级策略——上下行带宽公平分配机制(Fair Bandwidth Allocation Scheme between Uplink and Downlink, FBASUD), FBASUD无需对现有STA终端做任何改动,仅需对AP设备MAC层DCF协议进行较小修改,就可以使AP在网络中具有较高的优先级,从而实现上下行带宽的公平分配。由仿真结果可知,这种机制能够明显改善上下行数据流吞吐量不公平现象,有效解决WLAN中AP瓶颈问题。针对WLAN中存在的不同速率节点间信道占用时间不公平性问题,提出一种基于Markov模型的时间公平指数调度算法——多速率节点带宽公平分配机制(Fair Bandwidth Allocation Scheme between Highspeed and Lowspeed, FBASHL)。FBASHL算法以每个节点传输数据部分所占用无线信道的时间而不是节点得到信道的概率作为衡量节点公平与否的指标,每个节点通过调整自身竞争信道的次数来维持WLAN中的信道访问时间公平性。通过NS2仿真验证,该协议有效保证了不同速率节点间占用时间公平性问题,提高了网络吞吐量。基于改进的Markov模型,通过理论分析推导出IEEE 802.11b网络在基本访问模式与RTS/CTS访问模式下的VoWLAN容量,并通过NS2仿真验证了理论分析模型的有效性。在此基础上,对压缩报头开销、适当增大话音帧长、提高AP接入优先级等提升VoWLAN容量的方法进行探讨。