认知无线网络是一个新兴的，有着广泛应用背景、跨学科的研究方向，是无线网络领域研究热点之一。论文主要研究认知无线网络跨层体系结构关键技术。在无线网络研究中，通常需要根据网络的实际应用需求进行体系结构和算法设计，很难用统一的体系结构适应各种应用场景。　　本研究主要内容包括：⑴认知无线Mesh网络具有动态自组织、自配置等特点，能够快速部署，易于维护、成本低、可靠性和扩展性好，是一种非常有应用前景的无线网络结构。研究了在认知无线Mesh网络体系结构中，将信道分配和路由联合起来进行跨层优化的问题。为了同时满足网络资源利用的有效性和网络资源分配的公平性，基于最大最小公平原理，采用凸规划的数学优化方法进行建模分析，并设计了集中式和分布式两种算法，能够实现高效、公平的带宽资源分配。⑵分簇结构的优点是有利于移动管理、资源分配和提高可扩展性，是无线ad hoc网络常采用的一种结构。提出了一种基于簇的认知无线ad hoc网络体系结构。与现有的认知无线ad hoc网络体系结构相比，改进了节点之间的协作机制，能够提高网络数据转发效率，使得网络资源管理效能进一步优化。设计了基于最小连通支配集的路由机制，给出了MAC、分簇算法和路由转发方案。⑶在多信道认知无线网络中，每个节点可以同时选择使用哪个信道进行通信，可以控制无线信号的发射功率，其决策变量是向量，而已有的博弈论模型大多是针对决策变量是标量的情况，不能直接应用于对决策变量是向量的问题的分析。论文第四章对多信道认知无线网络资源分配问题建立了博弈论模型，应用矢量势力场博弈理论对所设计的模型的相关特性进行了证明、分析。⑷选择认知无线Mesh网络、认知无线ad hoc网络、多信道认知无线网络三种特定的网络结构进行优化设计，研究内容涉及算法设计、体系结构优化、优化模型，综合运用了数学规划、博弈论等数学建模方法，采用了跨层设计思想，具有一定的理论意义和应用价值。