认知ad hoc网络将认知无线电技术引入ad hoc网络中,不但增强了传统无线ad hoc网络对复杂电磁环境的适应能力,也为ad hoc网络的频谱资源管控技术带来了新的挑战。作为认知ad hoc网络数据链路层的关键协议,媒体接入控制(MAC)协议负责对认知节点的频谱感知、分配、共享和接入等关键技术进行具体实现,在不影响授权用户通信的前提下协调认知网络节点对物理层的有序访问,从而有效地提高有限频谱资源的利用率。为此,本论文从多跳多信道认知ad hoc网络的分布式组网策略出发,以降低认知ad hoc网络对主用户通信干扰时间和提高认知ad hoc网络对频谱资源的利用率为设计目标,针对频谱异构环境下基于单控制信道和多控制信道的认知MAC协议分别进行了设计和软件仿真验证。首先,本论文针对频谱异构环境下两种现有基于协作感知的单控制信道认知多跳MAC协议(即MMAC-CR协议和DCC-MAC协议)进行了详细的性能分析,并基于OPNET Modeler仿真工具进行了协议性能的软件仿真对比。通过仿真验证可以看出,MMAC-CR协议采用基于split phase的多信道MAC协议设计准则和基于忙信号发送的协作感知融合机制。前者会对主用户通信产生较长时间的干扰,而后者会导致较高的协作感知虚警和漏检错误。而DCC-MAC协议则采用基于专用控制信道的多信道MAC协议设计准则和改进的协作感知机制,通过对数据传输信道的及时利用和协作感知,实现了对主用户通信的更好保护和对空闲频谱资源的更充分利用。其次,针对上述DCC-MAC协议在网络规模较大和信道数量较多的情况下协作感知性能较差的缺陷,本论文进一步设计了基于通信节点感知信息交互的分布式协作感知算法,并基于该算法提出了一种基于单控制信道的认知多跳MAC协议,即SCD-MAC协议。通过仿真验证可以看出,与DCC-MAC协议相比,SCD-MAC协议有效地提高了分布式协作感知以及控制信息交互的效率,减小了感知信息交互的时间消耗,实现了更短的主用户干扰时间和更高的认知网络数据传输吞吐量。最后,本论文还将SCD-MAC协议的设计思想进一步拓展到具备多控制信道的多跳认知ad hoc网络中,以进一步解决单控制信道认知MAC协议所普遍存在的控制信道流量饱和问题。通过在多控制信道下引入协作感知机制,本论文所设计的基于多控制信道的MCD-MAC协议能够有效克服现有多控制信道认知MAC协议存在的耳聋问题。通过仿真验证可以看出,MCD-MAC协议不仅缓解了单控制信道饱和瓶颈,而且能有效减少多控制信道下认知ad hoc网络对主用户通信的干扰时间。