无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks, WMNs)具有大容量、高速率、低成本以及可扩展性好等优点,近年来受到了业界和学术界的广泛关注。无线Mesh网络依靠节点之间的相互协作,以无线多跳的方式为终端用户提供服务。它继承了无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)和移动自组织网络(Mobile Ad hoc NETworks, MANET)两者的优点,具备网状的拓扑结构和自组织、自适应的组网方式,可提供高速稳定的端到端无线传输。无线Mesh网络的出现为商业化的“最后一公里”无线宽带接入奠定了坚实的基础。然而,由于无线频谱受限、同信道干扰等因素,制约了无线Mesh网络的传输可靠性和服务质量(Quality of Service, QoS).针对上述挑战,本文主要围绕无线Mesh网络的路由与可靠传输机制,分别从QoS路由、网络编码和干扰感知路由、“点对点”流模式下的可靠传输机制、以及“多对一”流模式下的可靠传输机制四个方面展开深入研究,取得了多项创新成果。第一,为了支持无线Mesh网络中移动终端用户的实时多媒体传输同时提供QoS保证,本文设计了一种基于跨层思想的QoS感知路由——QoS-Aware routing协议。在QoS-Aware routing协议中,本文首先提出了一个实用的分布式可用带宽估计方案,节点周期性地估计每个物理信道的繁忙状态,然后进行统计处理并计算节点可用的带宽资源,并以捎带的方式将带宽信息嵌入到控制报文中。节点通过周期性的广播HELLO报文和拓扑控制(Topology Control, TC)报文,使用多点中继机制有效地将拓扑信息和可用带宽信息发布到整个网络中。依据上述信息,通过在物理拓扑上创建多层逻辑拓扑映射,QoS-Aware routing协议运行两套路由机制：物理路由机制和逻辑路由机制。物理路由负责“尽力而为”业务的路由建立和可用带宽估计工作。在物理路由之上,逻辑路由为实时多媒体业务选择带宽最大跳数最短的逻辑路径。仿真结果表明,与传统的QoS路由方案相比,本文提出的QoS-Aware routing协议对实时应用能提供基于带宽的QoS保证,不仅降低了端到端延迟和延迟抖动,提高了包投递率,而且在没有增加额外开销的前提下提高了网络吞吐量。第二,为了提高无线Mesh网络的吞吐量性能并缓解网络拥塞程度,本文提出了一种基于网络编码的干扰感知路由协议(Coding-and-Interference Aware Routing, CIAR)。基于修正队列长度和物理干扰模型,本文设计了CIAR路由判据,以统一的方式将拓扑信息、流量模式、无线干扰和编码增益等因素综合到一起考虑。基于实用网络编码技术和物理干扰模型,CIAR协议不但能够在路径建立过程中主动地探测潜在的编码机会,而且能够在路径选择阶段辨别出编码增益大、干扰代价小的路由线路,在获得较大的编码增益与缓解干扰程度之间取得良好的折衷。仿真结果表明,与传统的编码感知路由方案相比,本文提出的CIAR协议在付出较小控制报文开销的代价下,可以有效提高网络吞吐量性能,同时降低端到端延迟及节点的缓存溢出概率。第三,为了增强无线Mesh网络“点对点”业务流模式下数据传输的可靠性同时克服传统容错方案浪费网络资源、延迟过大的缺点,本文提出了基于网络编码的差错容忍路由(Network Coding based Fault-tolerant Routing, NCFR)机制。考虑到无线Mesh网络在某些节点处功能受限,信道、链路易受损伤等缺点,NCFR机制不需要知道全局网络拓扑信息和每个节点的具体编码过程信息,在编码节点处使用局部编码方法对数据包和编码向量进行处理,允许中继节点进行有限次编码操作,从而降低随机线性网络编码的计算开销与算法复杂度。仿真结果表明,在相同网络条件下NCFR机制在数据包成功投递概率、资源冗余度、吞吐量效率等方面均优于传统多径路由方案,并且针对NCFR机制设计了两种差错容忍路由算法：源编码容错路由算法(Fault-tolerant Routing with Source Coding, FRSC)和源转发容错路由算法(Fault-tolerant Routing with Source Forwarding, FRS F)。仿真结果表明,与传统多径路由方案相比,FRSC算法与FRSF算法具有更强的容错能力,并且不会带来过多的时延和冗余资源开销。第四,为了增强无线Mesh网络“多对一”业务流模式下数据传输的可靠性同时克服传统网络保护方案资源利用率低,反应时间过长等缺点,本文设计了一种基于网络编码的差错容忍机制(Network Coding based Fault-tolerant Mechanism, NCFM)。论文首先在假定的理想网络拓扑条件下设计了编码树算法,并证明了其可行的充分必要条件,从而确保在该拓扑条件下的编码节点能够产生n+1个线性独立的编码组合。接着放松约束条件,当源节点数远大于相关联的路由节点(编码节点)数时,编码树算法将不再适用。据此,本文设计了一种贪婪分组算法,把网络拓扑划分成若干逻辑单元,以满足编码树算法的适用条件。仿真结果表明,NCFM能够满足编码组合线性独立的要求,使目的节点的解码速度得到了提高,同时该方案在数据包成功投递概率、资源冗余度、吞吐量效率等方面都比传统的1+1和1：N容错方案更有优势。为验证本文所提协议和算法的有效性及优越性,本文进行了充分的仿真和分析。仿真结果表明,与现有方案相比,本文所提出的协议和算法是有效的,具有更好的性能。