无线自组网络(Wireless Ad hoc network)是由一组静止或移动的节点组成的一个多跳的自治网络系统，节点间通过分布式控制算法相互协调完成网络的通信功能。由于网络无需固定通信设备的支持，无线自组网具有很高的可靠性和灵活性，可广泛应用于军事通信领域和不易建立固定通信设施的环境中，如夜战通信、紧急搜救、临时会议等。然而，与其他传统通信网络相比，由于无线自组网所具有的无中心和自组织性、动态的网络拓扑、多跳路由、无线传输等特性，需要为无线自组网设计专门的路由和MAC协议。论文分别对与路由和MAC相关的无线自组网络路由协议、MAC协议等关键技术展开深入分析和探讨，主要研究贡献归纳如下：第一章主要概述了无线自组网的发展历史、特性以及主要的应用场景；然后分析了Ad hoc的体系结构并阐述了当前研究的热点和难点。为了对Ad hoc网络的性能有更为直观的了解，还通过建立实验床来测试了Ad hoc在实际环境中的性能。第二章深入分析无线信号传播特性对IEEE802.11MAC协议的影响，主要分析了载波侦听的工作原理和无线信号捕获效应的优点，提出了一种基于优先级的协调转发MAC协议——CoMAC(Cooperating MAC)。CoMAC协议以载波侦听技术为基础，充分利用节点对无线信道的捕获效应特性，在多跳无线网络中，CoMAC协议引入了协调转发节点的概念，实时地根据网络状况动态的选择协调转发的节点，恰当的运用捕获效应的优势，通过降低通信节点间的距离来协调完成通信，从而降低了碰撞的概率，提高网络的空间复用率。第三章针对无线信号传播不规则性的特征，详细分析了不规则性产生的原因以及由此形成的非对称性通信链路对各种协议的影响，提出了一种非对称链路感知的MAC协议——A~2MAC。协议主要包括链路状况感知邻居表构造算法和协议工作原理两部分，链路状况感知邻居表主要是通过建立直接邻居表和间接邻居表来确认那些由于非对称链路造成的隐藏终端和暴露终端；协议工作原理则是详细描述A~2MAC协议的工作流程。仿真结果表明，该协议在非对称链路的情况下依然表现出良好的性能，能够准确的反映非对称链路造成的各种情况并缓解这种情况对上层的影响。第四章对移动自组网中QoS保障技术的研究进展和存在问题进行讨论，提出了一种多跳无线局域网中的QoS路由协议——MQR。MQR协议包括网络拓扑管理、节点剩余带宽估计、路由发现和路由维护共4个组成部分。网络拓扑管理用于寻路以及节点位置管理；节点剩余带宽估计对传统的基于IEEE802.11 MAC的节点剩余带宽估计算法加以优化，提出适用于MQR协议的节点剩余带宽估计算法；路由发现和路由维护则结合了MAC层和网络层的特性，根据网络拓扑以及QoS性能提出MQR协议的路由机制，从而达到优化网络性能的目的。安全性是决定Ad hoc网络的潜能能否得到充分施展的一个关键所在，相比于传统的网络，Ad hoc网络更容易受到各种安全威胁和攻击，包括被动窃听、数据篡改和重发、伪造身份和拒绝服务等。针对无线自组网中路由过程中的安全性问题，第五章通过分析Ad hoc网络路由中存在的各种安全性问题，提出了一种安全多路径DSR路由协议(SeMDSR)，SeMDSR协议通过数字签名解决了通信对端的身份认证问题，通过邻居节点信用度来防止恶意节点往网络发送大量的路由分组，并使用多路径路由选择算法来缓解由于恶意节点拒绝服务或网络环境变化而引发的路由再发现问题。第六章总结全文，并讨论了对未来后续工作的展望。