随着移动网络的宽带化和宽带网络的移动化进程的不断发展,基于全IP的异构网络共存和融合已成为下一代无线网络的重要特征。泛在全IP异构融合无线网络环境下,多种网络技术并存,不同网络有各自不同的网络拓扑、传输速率、信道特性、网络容量、资源预留方式和调度机制等。如何在网络架构和业务行为模型、网络资源调度、网络效用最大化、端到端QoS保障的无缝切换等方面满足未来异构网络多样性和高质量服务的要求,成为未来异构无线网络无缝集成的关键。认知网络技术的出现为解决上述问题提供了新的思路和有效的措施。本文首先对异构无线网络的演进和发展趋势进行了总结,之后详细阐述了认知无线电及认知网络相关技术,在此基础上,对实现未来认知异构无线网络所面临的若干关键问题进行了深入的分析、整理和归纳。结合异构无线网络和认知网络的特点,本文提出了面向未来的认知异构无线网络架构CHNet,能根据用户的业务QoS需求和外界以及网络环境的变化,通过对网络参数的重新配置及智能节点间的协作,对网络的状态做出实时调整,从而保障整体网络端到端的效能以及用户端到端的业务QoS需求；基于所提出的网络架构,提出了基于模糊逻辑的认知异构网络业务行为模型。仿真结果验证了所提出的行为模型能够较好地反映出网络的业务行为,适用于未来复杂多变的网络业务环境,并对其他网络技术的研究提供支持。针对复杂异构无线网络环境下的资源调度问题,本文提出了一种具有认知能力的跨层自适应协同调度方案CACS,在物理层采用了自适应编码调制技术、在数据链路层采用了混合自动重传请求技术,同时结合了异构无线网络异构接入节点间的协同传输技术,可以有效改进非可靠网络条件下数据业务传输的质量,并提高网络资源利用率；同时提出了跨层自适应协同调度方案相应的判决算法,根据该算法,系统能够针对不同的网络情况,自适应地采取相应措施。仿真验证所提出的跨层自适应协同调度方案能够极大地提升网络吞吐量,并显著降低端到端时延和丢包率。为达到未来认知异构无线网络的效用最大化,本文提出了面向未来认知异构无线网络的完整的分布式跨层设计方案DCDS,充分考虑了分布式无线多跳网络协议栈各层的信息,建模网络效用最大化问题,并利用拉格朗日对偶分解方法,将最优化目标分解为各协议层的联合优化。仿真结果表明所提出的优化方案能够有效提高网络平均吞吐量,最大化网络的效用。针对当前异构无线网络的发展现状及未来认知异构无线网络的发展趋势,本文还提出了采用跨层设计的端到端QoS保障的无缝切换方案CSHS,基于MIH屏蔽异构网络底层差异,通过引入新的垂直切换管理单元VHM完成垂直切换智能的系统发现及切换判决,并采用网络层的FMIPv6协议来完成后续的切换执行过程。仿真结果表明所提出的无缝切换方案能够有效减小不必要的切换可能性,同时还能够降低切换时延和系统信令开销,并完全避免了切换过程中的数据丢包。最后,对全文进行总结,指出了论文工作的不足,并为下一步的研究提出了若干建议。