从多址接入机制的角度,无线通信网络大致可分为以蜂窝系统为代表的集中式接入网络和以无线局域网Wi Fi、无线体域网等为代表的随机接入网络。后者由于易组网、低成本、高鲁棒性等优点在过去十余年中获得了极大的成功,但却始终有着性能不稳定、无法提供服务质量保证的问题。然而,随着业务的多样化和用户的高要求,网络逐渐呈现出异构化的发展趋势,也涌现出日益多样化的服务质量需求,如在线游戏等要求低时延的实时业务和AR/VR等要求高吞吐量的数据业务,这也对随机接入网络提出了更加严苛的挑战。尽管IEEE 802.11标准提出了增强分布式信道访问（Enhanced Distributed Channel Access,EDCA）协议改进,设置了多种优先级类型以提供差异化的服务,却仍然无法满足用户的时延要求,同时网络吞吐量依然随着用户数量增加而急剧下降。因此本文以异构无线随机接入网络的多样化服务质量保证为核心问题,展开理论与应用优化研究。首先,本文基于前期同构网络中的统一分析框架进行拓展,提出了异构IEEE 802.11无线局域网的理论模型。对网络中节点传输队列头的数据包的状态转移过程用马尔科夫更新过程进行建模,考虑一般性的有M组不同类型节点的异构无线局域网,各组分别有不同的节点数量、输入速率、初始退避窗口和最大退避指数参数。基于该模型,分别获得了吞吐量与时延性能的显式表达式,直观展示出了性能与上述参数间的关系,并通过仿真验证其准确性。针对当前无线局域网难以满足多样化应用服务质量需求的问题,本文结合实时业务与数据业务的实际流量特性,研究在一个部分饱和的多业务共存异构无线局域网场景下,如何在满足实时业务的端到端时延约束前提下,最大化数据业务的吞吐量。基于理论模型分析,首次获得了给定实时业务时延约束下,数据业务最大可达吞吐量与对应的节点最优初始退避窗口的显式表达式。通过仿真对理论分析进行验证,在标准参数下随着网络规模的增加,实时业务的时延上升,数据业务的吞吐量下降;在优化后的参数下,实时业务的时延可以始终满足低于给定的时延约束,同时数据业务的吞吐量可以维持在最大值,优化后的吞吐量性能提升最高可达20.7%。最后,本文还将理论研究继续拓展到了体域网中重要场景之一的老人防跌倒网络,解决当前IEEE 802.15.6无线体域网标准参数设置下无法对该网络中的通信时延进行保证的问题。考虑一个非饱和的时间敏感防跌倒体域网,通过理论分析,得到了最小化跌倒信号时延的最优日常信号与跌倒信号的初始退避窗口解。通过仿真工具进行验证,与当前标准的参数配置相比,优化设置可以保证跌倒信号的通信时延性能稳定低于跌倒响应时延约束。综上所述,本文以异构随机接入网络的服务质量保证为核心研究问题,从一个简单而准确的一般性理论模型出发,将其应用在异构无线局域网和防跌倒体域网这两个具有极强实际意义的应用场景中,分别提出了相应的优化理论及应用方案,为未来可提供服务质量保证的异构无线随机接入网络提供了理论指导。