无线网络技术的发展日新月异,各种IEEE 802.11标准不断被更新,新的无线网络架构思想和技术不断出现。无线网状网融合了无线局域网和无线Ad hoc网络的优势,是一种容量大、速率高、覆盖范围广的网络。同时无线网状网的分层拓扑结构具有高可靠传输性、良好的可扩展性以及前期投资低的特性,具有广阔的应用前景。在无线网状网中,网络的拓扑结构、信道分配和路由的建立是相互影响的,很多信道分配算法和路由算法都对网络的拓扑结构有一定的依赖性,同时信道分配和路由算法也反向影响网络的拓扑结构,从而使其发生变化。鉴于此种关系,本文在对国内外相关领域的研究成果进行深入分析研究的基础上,提出了一个从网络拓扑到路由算法设计的跨层体系的研究方案,论文的主要研究内容包括以下三个部分：1.无线网状网森林拓扑构建和维护无线网状网拓扑的构建是信道分配和流量均衡路由算法的基础,构建具有高连通性、利于信道分配和路由算法实现的无线网状网拓扑是一个值得研究的问题。由于实际的无线网状网中往往具有多个网关节点,网络中的节点通过各个网关节点来完成外部网络的接入,这样以每个网关节点为根可以生成一棵树型拓扑。在建立森林拓扑时要考虑链路质量、时延以及干扰等因素。设计节点加入不同网关树的判断标准是本部分讨论的关健问题,以保证在建立森林拓扑时可以对有关链路进行合理的取舍,同时又可以充分发挥网络中多网关节点的作用。针对上述问题以及无线网状网中的流量特点,容易在网关节点及某些中央节点处产生网络瓶颈的问题,提出了链路复用度的概念,能够有效地平衡节点的流量聚合和路径长度之间的关系,从不同的角度定义网络中的负载,在最短路径树方法(SPT)的基础上设计了负载均衡森林拓扑生成(BLBFSP)及基于判据森林拓扑生成(BMFSP)两种算法。BLBFSP算法除了考虑距离网关节点跳数的因素之外,还充分利用了多网关节点之间的边界节点,实现了网络中局部的负载均衡。BMFSP算法主要针对复杂的网络环境提出了以链路质量为森林拓扑生成的判据,同时考虑到节点层数的因素来构建森林拓扑。通过仿真实验与SPT方法进行了性能对比,实验结果表明本文所提出的两种算法能够较有效地应对不同的网络环境,提高网络整体性能。2.无线网状网中信道分配已有的许多信道分配算法都是对单信道或单收发器来进行设计的,但是多信道多收发器在改善网络性能方面有着明显的优势,所以成为研究热点。但是无线网状网中多信道分配问题是一个经典的问题,也是一个NP hard问题,一般都是采用启发式算法来解决此类问题。信道分配的基本目标就是尽量减少干扰,多信道分配问题需要综合考虑干扰、流量及吞吐量等因素,因此如何选择一个有效的信道分配标准来进行信道分配也是一个值得关注的问题。针对上述问题,本文中通过对无线网状网中的干扰以及多条无线链路通过正交信道同时传输数据不会产生冲突的特点进行观察分析,发现链路间的无线干扰不仅与链路之间的物理距离有关,而且与链路所分配的信道隔离度有关。然而已有的多信道分配算法和协议基本上都没有考虑无线信道的隔离度,这样便造成了路径间干扰。因此提出了一种基于信道隔离度的启发式多信道分配算法(CSCA),通过仿真实验与CCA和Load-WareCA算法进行了性能对比,实验结果表明CSCA算法能够有效降低网络中的干扰,提高网络吞吐量。3.无线网状网中流量感知负载均衡路由算法在无线网状网中,所有节点通过路由协议共享网络资源,而网络与外部相连的网关节点数目是有限的,因此设计路由算法时应该考虑网络中的负载均衡,避免瓶颈节点的产生。由于网络的差异性以及业务需求的不同,传统的有线网络和Ad Hoc网络所存在的很多路由判据和算法不能直接应用于无线网状网,因此如何设计一个能够动态适应当前网络拓扑和流量的变化,选择最稳定以及拥塞最小的链路来建立路由的路由判据十分重要。虽然以节点往返时间延迟(RTT)作为路由判据在一定程度上达到了负载均衡的目的,但由于RTT受链路质量的影响,并不能对所有的情况都有效。典型的负载均衡路由协议,都是针对一个自组织网络内部节点间通信的路由算法,源节点和目的节点都在相同的网络内部。因此负载均衡算法集中在考虑网内节点间的流量均衡,对各网关节点间的流量均衡则并不涉及。而无线网状网的业务主要是到达或来自于互联网的流量,各网关节点之间的负载均衡对网络的整体性能有重要的影响。因此针对无线网状网的特点,设计适用的负载均衡路由算法是一个值得研究的问题。针对上述问题,本文在多信道环境下综合考虑链路的可用带宽、时延、可靠性和干扰等因素对链路负载的影响,提出一种新的动态自适应信道负载感知路由判据,解决了原有多信道环境中流内和流间干扰导致的链路负载不均衡,基于AODV-MR算法的思想设计了负载均衡路由算法(LBRP).通过仿真实验与以WCETT和Hop-count为判据的算法进行了性能对比,实验结果表明LBRP算法在分组投递率、时延开销和路由开销等方面有明显的改善,从而达到优化无线网状网性能。