Wireless sensor networks (WSNs) present a promising technology for many applications, providing an intelligent and remote observation of a destination. Among the various potential applications, there are health monitoring, disaster monitoring, habitat monitoring, precision agriculture, and surveillance systems. With the ongoing research both on new sensor types and on the hardware for improved computation, communication and power capacities, the emergence of novel application areas are expected.Due to the limited power sources of the sensor nodes which are generally irreplaceable, the WSN research is focused on the energy-efficient network operation. This energy concern requires new studies at each networking layer, including the medium access control (MAC) layer. In this thesis, we investigate a number of MAC layer performance issues for WSN by first presenting a comparative survey of different MAC protocol schemes proposed in the literature. For the correct performance evaluation of the protocols, one needs to utilize a realistic packet traffic model that reflects the specific features of the WSN application represented. We derive an analytical packet traffic model for Surveillance WSN where sensor nodes inform the sink for detected intrusion events. The sensor detection model used is probabilistic and parametric, which enables the adaptation of the packet traffic model to the sensor types deployed.One important contribution of this thesis is the optimization of the MAC layer contentions for minimization of the energy consumption or the delay incurred in contention slotted medium access protocols. This is achieved by by analyzing the energy consumption and the contention delay and, then, extracting the contention window size that optimizes the corresponding performance metric. For its practical implementation in the distributed environment of WSNs, a method is proposed which achieves near-optimal performance values.To investigate the effect of the contention optimization on the the overall network performance, video sensor networks (VSNs) are studied. VSNs are a special type of WSNs where the sensor nodes are equipped with cameras and send image or video of a target area based on the specifications of the application. First, the network performance of the VSNs are investigated via simulations for the currently available hardware technology. Then, by applying the contention optimization proposed in this thesis, we show how the capacity of VSNs can be improved with intelligent contention window size setting.

Telsiz algılayıcı ağlar (TAA), belli bir hedef alanın akıllı ve uzaktan erişimli gözlemlenmesini sağladıklarından, birçok uygulama için gelecek vaadeden bir teknoloji alternatifi oluşturmaktadırlar. Çeşitli potansiyel uygulama alanlarından bazıları sağlıksal takip, olağanüstü durum gözlemleme, doğa gözlemleme, hassas tarım ve sızma sezme sistemleridir. Ayrıca, yeni algılayıcı türleri ve gelişmiş hesaplama, haberleşme ve güç kapasiteleri için yapılan donanım çalışmaları, yeni uygulama alanlarının ortaya çıkmasını sağlayacaktır.Algılayıcı düğümlerdeki genellikle değiştirilemeyen, limitli güç kaynakları nedeniyle TAA çalışmaları enerji-verimli ağ çalışması üzerine yoğunlaşmıştır. Bu enerji-verimli çalışma hedefi, ortam erişim kontrol (OEK) katmanı dahil her ağ katmanı için yeni çalışmaların yapılmasını gerektirmektedir. Bu tezde, TAA'lardaki OEK katmanı ile ilgili çeşitli başarım konuları incelenmiştir. İlk olarak, literatürde bulunan değişik OEK protokol yöntemlerini içeren karşılaştırmalı bir özet sunulmuştur. Protokollerin doğru başarım değerlendirmeleri için hedef TAA uygulamasının özelliklerini temsil edebilen gerçekçi bir paket trafik modeline ihtiyaç vardır. Bu ihtiyaç doğrultusunda, telsiz gözetim algılayıcı ağları için analitik bir paket trafik modeli önermekteyiz. Telsiz gözetim algılayıcı ağlarda, algılayıcı düğümler bir sızma sezdiklerinde toplayıcı düğümü haberdar etmekle görevlidirler. Kullanılan algılayıcı tiplerine uyarlanabilirlik özelliği sağlamak için olasılıksal ve parametrik bir sızma sezme modeli temel alınmıştır.Bu tezin bir diğer önemli katkısı da, OEK katmanı çekişmelerinin enerji ve gecikme kriterleri için eniyilenebilmesini sağlayacak çalışmalardır. Bu çalışmalar, belirtilen iki ayrı kriter için matematiksel formüllerin geliştirilmesi ve bu formüller ışığında çekişme penceresi boyutunun eniyilemesi ile başarılmıştır. Bu eniyilemelerin TAA'ların dağıtık yapısında kullanımını sağlayacak, en iyi sonuca yakın başarım değerleri sergilediğini gösterdiğimiz bir yöntem de bu tezde önerilmiştir.Bu çekişme eniyilemesi çalışmalarının genel ağ başarımına etkisini incelemek için de video algılayıcı ağları (VAA) üzerine çalışmalar yapılmıştır. VAA, düğümlerin kameralarla donatılmış olduğu ve uygulamanın istekleri doğrultusunda hedef bölgenin görüntülerini toplayıcı düğüme yollayan özel bir TAA türüdür. İlk olarak VAA'ların günümüz donanım teknolojilerinin özellikleri ile elde edebilecekleri ağ başarımı benzetim yoluyla çıkarılmıştır. Daha sonra, bu tezde önerilen çekişme eniyilemesi, bu VAA'lara uygulanmış ve akıllı çekişme penceresi boyutu tanımlamanın VAA'ların kapasitelerini nasıl arttırdığı gösterilmiştir.