Ad Hoc网络属于无线局域网,由于其具有无中心、自组织、支持动态拓扑结构、鲁棒性等特点,因此在航空通信、灾区紧急通信、偏远地区通信,甚至家庭无线网络、移动医疗监护系统等领域有着广泛的应用。本文分析了Ad Hoc网络几种代表性MAC层协议,重点研究了无线令牌环协议。无线令牌环协议(Wireless Token Ring Protocol, WTRP)是一种适用于Ad Hoc网络的,并能够在MAC层提供一定QoS保障机制的接入控制协议,可以满足在低速移动的条件下,从错误状态中快速恢复的要求。然而当网络拓扑结构快速变化时,则难以维护网络的稳定性。针对以上问题,本文提出了一种具有子节点的无线令牌网协议(Wireless Token Network with Sub-nodes Protocol, WTNSP),从协议的网络架构、MAC帧结构、令牌网建立及维护等方面对协议进行了详细描述。WTNSP协议允许无线令牌网络中存在子节点,该类节点以半连接方式接入,只与令牌主环上一个节点相连接。为使子节点在令牌网中正常工作,具有子节点的无线令牌网协议在MAC帧结构以及令牌网维护等方面,为子节点新增了令牌帧并完善了子节点加入/离开机制。WTNSP还规定令牌持有时间根据携带子节点数动态变化,有效地提高了数据吞吐量。子节点的存在扩大了通信网络覆盖范围,能更好的支持拓扑结构快速变化。此外,WTNSP规定令牌网建立初期,只建立基础令牌网不发送数据信息,有效地提高了网络建立时间。经仿真验证,WTNSP在网络通信覆盖范围和吞吐量等方面,性能均优于WTRP协议。针对WTNSP协议所适用的需要无中心组网通信且网络拓扑结构的快速变化的应用场景,本文设计了一种高速无线数字协同系统(High-speed Wireless Data Collaboration System, HWDCS),使用正交频分复用(OFDM)作为核心调制技术,解决了无线环境下多径干扰、阴影、衰落、噪声以及多普勒效应引起的信号畸变问题,可支持高达180km/h的移动速度。该HWDCS系统实现了在快速移动条件下点对点及点对多点的高速数字通信,并支持无线自组网功能。本文对高速无线数据协同系统的性能进行了验证,包括系统射频信号的带肩比、带外抑制比、系统通信范围、可支持移动速率、环境适应性等方面。通过实验室及场地测试,验证高速无线数据协同系统带肩比约为-57.67dB,带外抑制比约为-54.19dB,系统使用10W功放时地面通信范围可达9.8km,并能支持180km/h的节点移动速度,在-45℃到70℃的范围内系统均可正常工作。