无线Mesh网络因其具备着部署速度快、自愈性强、成本低、维护简单等优势得到了国内外众多研究者的关注,并被广泛应用于各现实工程领域。无线通信环境信道有着不稳定性以及开放性等特点,对通信网络的信道分配、路由算法有着较高的要求,尤其是随着目前高速移动通信设备的大范围普及和应用,导致无线Mesh网络中的网络拓扑处于高动态的变化之中,因此针对这种高动态的网络拓扑情况研究基于低时延的Mac和路由算法具有十分重要的现实意义。本文基于单射频单信道和单射频多信道两种不同的物理层模型在低时延设计上进行了关键算法的研究,针对高动态变化的拓扑情况,分别提出了结合拓扑更新的Mac和路由的联合优化架构设计,并对关键算法进行了性能仿真和软件代码实现。针对单射频单信道无线Mesh网络,本文结合高动态拓扑变化的无线Mesh网络场景和端到端低时延的网络需求,提出了一种基于动态时隙分配的Mac与路由联合优化架构设计。该设计调整了Mac层的时隙分配流程,结合Mac层的特点设计了一种新的拓扑更新机制及算法,在网络层中路由结合时隙优先级表设计了一种贪婪路由算法,该算法能够为Mac层的时隙分配策略提供支持,从而降低了网络的端到端时延。仿真表明,本设计在低时延、高吞吐量、高递交率的性能上具备很高的Qos保证。针对单射频多信道无线Mesh网络,本文对多信道隐藏终端问题、拓扑更新问题进行了通信模型的分析,针对高动态拓扑变化的应用场景,提出了一种结合拓扑更新的分布式Mac层设计和朦胧视觉路由算法。在Mac层信道分配RTS/CTS/ACK交互设计中提出了一种结合时隙优先级表的周期循环接入信道分配方法,在路由算法中进行了负载均衡的路由纠偏机制的分析。仿真结果表明该设计能够获得理论预期的性能提升。最后,针对高动态变化的拓扑情况以及基于TDMA的循环调度架构,本文基于节点模型实现了一种仿真环境的设计和软件代码实现,其中通信模型中关键算法具备一定的工程应用性。