无线通信技术的高速发展使得人们可以获得的带宽不断增加,同时也使得当前无线通信呈现出异构化、宽带化、数据率高速化、通信业务多样化的发展趋势。然而,无线电频谱是一种不可再生的自然资源,其有效利用是极为重要的。当前频谱分配管理模式的固定性以及授权频段的低效利用,使得无线通信面临着严峻的挑战;同时,异构网络环境的动态变化也加剧了无线通信业务需求(如移动通信、电视广播、公共安全等)与频谱资源稀缺之间的矛盾,这些都严重限制了现有和未来无线通信网络的部署和运行,给无线通信网络的发展带来了前所未有的挑战。为了解决上述问题,无线通信领域出现了新的研究热点,即认知无线电技术。自认知无线电概念被提出以来,便引起了广泛的关注与大量的研究。目前国内外科研机构、高校、学者等对认知无线电技术的研究主要集中在频谱感知与动态频谱分配方面。本文在前两章首先简要介绍认知无线电产生的背景,目前认知无线网络的发展现状及研究热点,主要包括认知无线电关键技术、认知无线网络体系架构、相关的研究机构、标准化组织等;然后给出本文研究的网络环境,研究的目和意义;最后指出本文将要研究的范围(动态频谱分配与路由算法)、所要解决的问题和预期达到的目标。在本文第三、四部分,以多跳认知无线网络为背景,分别研究了二级用户MAC层的动态频谱分配算法与网络层的路由算法。本文的动态频谱分配算法旨在以基于优先级的接入方式对主用户授权信道的利用率进行提高:其一,根据二级用户业务特征、业务到达率以及合作感知收益等对二级用户自身进行建模,将二级用户区分为不同的优先级;其二,对授权信道进行合作感知,针对授权信道利用率、数据率等进行优先级建模;然后,根据这两个模型提出并设计一种基于优先级的认知多信道(PCM-MAC)接入策略,该策略具有一定的公平性,能够保证业务类型不同或业务量不同的二级用户公平的接入授权信道的空闲部分,从而有效的提高频谱利用率。本文的网络层路由算法以现有移动自组织网络路由协议OLSR为基础,提出并设计一种适用于多跳认知无线网络中二级用户网络的多径路由协议(LCM-OLSR),将负载均衡到不同的路径上,并结合链路层MAC协议进行跨层优化,即同时考虑路由选择与频谱可用性,以减小端到端时延,提高分组交付率,减少路由开销等。