随着智能手机、平板电脑等便携式无线通信设备的大量普及,以及视频会议、社交应用和虚拟现实等多媒体移动业务的爆炸式增长,无线通信技术得到了快速的发展,支持超大用户量、超高吞吐量和极低延迟已成为未来无线网络的主要目标。作为无线网络发展的一个重要方向,分布式无线网络得到了广泛的关注,如何设计高性能的分布式多址接入协议(Multiple Access Control,MAC)提高网络性能已成为分布式无线网络的研究重点。为了同时有效解决MAC协议设计所面临的“链路间干扰问题”和“链路不可靠问题”,本文提出了将信道预约机制和协作中继机制有机结合的思想,为构建高性能分布式MAC协议开辟了新的研究途径。基于此,本文的创新点如下:1.提出了基于速率自适应的增强信道预约方法,建模分析了其在均匀网络下的网络区域容量,并设计了面向分布式网络的增强信道预约MAC协议。基本信道预约机制通过调整预约范围来抑制干扰,而增强信道预约机制则在基本信道预约机制的基础上引入速率自适应机制,通过联合调整预约范围和传输速率来平衡干扰抑制和空间复用,从而优化网络性能。根据经典的网络容量定义提出网络区域容量的概念,对增强信道预约机制进行建模,分析及优化其网络区域容量。针对实际的分布式无线网络,设计并实现了一种基于载波侦听的增强信道预约MAC协议。仿真结果验证了理论分析结果的正确性,并表明增强信道预约机制能够有效减小预约半径,提高网络的空间复用和网络区域容量。相比于仅调整载波侦听门限与仅自适应控制传输速率的MAC协议,基于载波侦听的增强信道预约MAC协议分别获得了110%和125%的区域吞吐量增益。2.提出了信道预约和协作中继的联合优化方法,建模分析了其在均匀网络下的网络区域容量,并设计了面向分布式网络的联合预约协作MAC协议。为了同时解决分布式无线网络中的“链路间干扰问题”和“链路不可靠问题”,将基于速率自适应的增强信道预约机制和协作中继机制有机结合,形成联合信道预约和协作中继机制的基本思想。基于预约协作链路对分布式无线网络进行建模,分析其网络区域容量,并通过选择最佳协作节点和最佳预约半径来优化网络区域容量。为了验证联合信道预约和协作中继机制的有效性,设计并实现了一种基于ALOHA的联合预约协作MAC协议。仿真结果验证了理论分析结果的正确性,并表明联合信道预约和协作中继机制能有效提高网络的空间复用和网络区域容量。相比于仅采用信道预约和仅采用协作中继的MAC协议,基于ALOHA的联合预约协作MAC协议分别获得了130%和250%的区域吞吐量增益。3.提出了面向下一代WLAN(Wireless Local Area Networks,WLAN)的联合预约协作MAC协议,建立Markov模型并分析了其网络吞吐量。针对下一代WLAN中节点高密部署场景下的高吞吐量需求,改进IEEE 802.11ax标准草案中的基于TF-R(Trigger Frame For Random Access,TF-R)随机接入的上行多用户接入方法,设计并实现了一种面向下一代WLAN的联合预约协作MAC协议。基于时频资源块建立Markov模型并分析其网络吞吐量与TF-R个数、RU(Resource Unit)个数、节点个数、预约步数和误帧率等因素之间的关系。仿真结果验证了理论分析结果的正确性,并表明面向下一代WLAN的联合预约协作MAC协议能有效提高边缘用户的网络吞吐量。相比于仅采用信道预约和仅采用协作中继的MAC协议,面向下一代WLAN的联合预约协作MAC协议分别获得了130%和180%的区域吞吐量增益。