通过对国内外无线Mesh网络研究现状的分析发现,受信道干扰的影响,信道容量不断变化,因此传统基于固定物理层容量的分层设计导致了性能的偏差甚至恶化。本文打破了传统的分层思想,以跨层设计为基本手段,进行了网络各层协议或算法间协作的相关研究。本文讨论的跨层设计包括物理层与媒体接入层之间的协作、媒体接入层与网络层之间的协作。通过采用多种跨层设计手段与方法,最终达到提升网络整体性能的目的。首先,本文以无线Mesh网络为承载网络,提高路由协议的有效性为目的,在以往路由协议(比如DSR、AODV等)基于最短跳数以及其他网络层信息的基础上,提出了基于跨层设计的多准则联合优化路由。新路由方法综合考虑了MAC层帧投递率、剩余带宽以及节点负荷等因素,选择可以达到负载均衡的最优路径。这些因素能及时且准确地反映出实际网络中的无线信道变化,为路由选择提供了重要的参考数据。同时,本文还对原有的反应式路由协议机制进行了改进,从而确保源节点始终能发现到达目的节点的最优路由。在新的路由机制中,当路由请求到达某一中间节点后,中间节点通过该路由请求所携带路径的各种参数来综合考虑是否转发该路由请求,而并非以往单一根据包序号来决定是否转发。一方面,该算法使源节点除了收到延时最短的路径外,还能收到相对于路由决策算法的最优路径；另一方面,源节点收到了多条到达目的节点的路径,在路由失效时,可以利用备份路径进行快速路由修复。接着,为了在无线Mesh网络路由算法中为用户提供业务区分服务,本文提出了一种业务感知路由算法。不同类型的业务对路由性能的需求不同,本算法针对他们需求的差异性进行区分业务的路径选择方法。通过为不同业务提供不同的路径来达到业务区分服务的目的。与此同时,当某节点有多种业务时,网络将使用多径技术来进行数据传输,具有空间分集效应。与MSR等多径技术相比,基于业务区分的多径技术不存在数据包错序问题。仿真分析表明,本文提出的业务感知路由协议在提供业务区分服务的同时,达到了负载均衡的目的。近期机会路由技术的诞生为路由技术的研究注入了新的内容。为解除传统机会路由对全局信息的依赖关系,本文为无线Mesh网络提出了一种基于本地信息的机会传输与传统动态源路由相结合的路由方法。动态源路由所获得的路径因为可以绕过“热点区域”,达到了负载均衡的目的,因此很好地处理了无线多跳传输中的信道长期变化问题。与此同时,传统的动态源路由还为机会传输提供了目的节点的大致方位。而机会传输则可以根据节点本地信息和目的节点的大致方位来完成。机会传输的广播特性克服了信道短期变化带来的影响。所以本文提出的联合路由方法能同时处理信道的长期变化和短期变化。随后,作者对无线Mesh网络中基于数据流的接入控制算法进行了相关研究。为阻止网络工作在非饱和状态,接入控制策略需要对具有严格QoS需求的实时业务的数据流数目进行严格的控制,即对于实时业务,路径上的所有节点需要根据自身可用带宽对是否应该接入某实时业务流作出正确的判断。对于非实时业务,需要利用有效的速率调整机制来调整源节点的数据发送速率,从而阻止网络工作在冲突状态。但是,在接入控制算法中如何精确地对带宽进行估计是一大难题,这是由无线Mesh网络中的隐藏终端的特性所致。因此,本文基于网络分配矢量与剩余带宽的关系,在考虑隐藏终端影响的条件下提出了一种有效的剩余带宽估计方法。该方法能有效地计算隐藏终端对剩余带宽的影响。最后,作者对无线Mesh网络中的链状拓扑的自适应载波侦听MAC方法进行了详细的研究与分析,通过采用不同的RTS与CTS载波侦听阈值的方法来缓解由暴露终端带来的通信阻塞问题。使用此方法后,基于802.11 MAC的无线网络在链状拓扑中的空分复用因子可以达到1／3,此值是多跳网中最大的空分复用因子。与此同时,本文还通过减小源节点载波侦听阈值的办法来缓解数据流内竞争问题。与传统的通过调整退避窗口来缓解数据流内竞争的方法相比,该方法具有更短的响应时间。