随着无线通信行业发展的日新月异,中继网络在民事和军用方面得到了广泛应用,包括卫星中继网络、无线传感器中继网络等。目前,中继网络中信源节点的数据存储能力、计算能力和无线通信能力已经不断提高,随之而来的,数据处理的安全性问题和无线通信的能耗问题成为了国内外研究学者关注的焦点。通常信源节点间的数据需要进行交互,这些信源节点间不能直接进行通信,需要借助中继节点的转发。网络编码理论的提出,改变了传统通信网络中路由器存储转发数据包的基本思想,提升了网络的吞吐量,改善了系统性能。中继网络广播的特性,使网络编码技术的应用存在一定的安全性弊端,窃听的方式和编码规则的公开化,使网络中存在窃听节点时,极易对其他节点的信息进行破译。这一点为隐私数据的传输带来了重大威胁。因此在双向中继网络中的中继节点应用网络编码技术时,应采用安全性较高的网络编码算法。在能耗方面,通常信源节点的能量有限,而节点能量消耗的绝大部分用于节点间的无线通信,无线通信网络中的信源节点的计算性能以及存储大小的局限性,使其不能实现高复杂度的运算以及庞大的数据存储,因此若要更好的改善网络吞吐量、传输延时等性能,必须设计出简单有效的数据传输协议,以节约网络能耗。本文从上述两个角度,对双向中继网络的性能进行了研究。首先针对多信源节点双向中继网络系统模型,对该模型应用网络编码和未应用网络编码两种情况下的能源消耗进行了分析。通过理论推导及仿真验证表明,相同网络参数条件下,应用网络编码可以获得更好的能源效率,并在数据包总到达速率为定值的情况下,网络中各信源节点的数据包到达速率相等时,应用网络编码使多信源节点双向中继网络总能量消耗最小。其次,提出一种基于奇异值分解的安全性网络编码算法,用于实现多信源节点两两数据交换。通过仿真对比表明,在相同监听误码率的情况下,传统异或比特方式的网络编码算法,译码的误码率与监听误码率相同,而基于奇异值分解的安全性网络编码算法译码的误码率基本在40%以上,远高于传统异或比特方式网络编码算法译码的误码率,显示出良好的安全性能。最后,在MAC层数据传输方面,根据本课题提出的基于奇异值分解的安全性网络编码算法的特殊性,即全部节点每次传输一个数据帧给中继节点,中继节点将所有信源节点的数据帧进行网络编码后广播编码后的数据帧给全部信源节点。针对本文构造的多信源节点双向中继网络系统模型及基于奇异值分解的安全性网络编码算法,提出了基于能量优化的MAC协议,从帧结构、CSMA/CA信道竞争机制,数据传输、信道接入方式介绍了基于能量优化的MAC协议,基于能量优化的MAC协议在超帧的活跃部分运用CSMA/CA机制进行竞争信道,当成功传输一次数据后,进入休眠状态,直到接收到中继节点广播的数据,重新开启竞争信道,节约了信源节点的能量,该协议可以应用与卫星网络、无线传感器网络等中继网络。通过OMNeT++软件仿真平台进行,对提出的基于能量优化的MAC协议进行了仿真验证,并通过与IEEE 802.15.4 MAC协议对比,对其性能进行了分析。从网络的吞吐量和时延的角度考虑,基于能量优化的MAC协议与IEEE 802.15.4 MAC协议吞吐量和时延相等,基于能量优化的MAC协议时隙资源节约48.13%～76.56%,基于能量优化的MAC协议更好的节约了能耗。从系统性能的角度考虑,超帧周期与超帧活跃部分长度的设计,应综合网络规模、数据帧长度、总时延一起考虑。