Ad Hoc网络是一种无中心自组织的多跳无线网络,不以任何已有的固定设施为基础,通过移动节点自由地组网实现通信,具有广阔的应用前景。但是Ad Hoc网络面临的不利条件,如拓扑动态多变、无线信道质量的时变性、带宽受限、功率受限等,使得传统的协议栈在Ad Hoc网络的应用中有着很大的局限性。而跨层设计打破了传统协议栈严格分层的束缚,通过协议栈各层之间的信息交互、信息共享达到一种全局的优化,充分利用了各层资源,提高整个系统性能。本文首先简要介绍了跨层设计的原则、目标和方法,并分析了多速率传输理论,然后在多速率传输的基础上着重对MAC层和路由层协议的跨层设计方法进行了研究。本文的主要创新点如下:1.针对多跳Ad Hoc网络的多速率传输和拥塞问题,提出了一种支持拥塞识别的速率自适应MAC协议。接收节点根据信道质量选择可用的最高传输速率,并把此速率值和自身的拥塞状况反馈给发送节点,发送节点根据接收节点的拥塞信息决定发送或者进行退避。仿真结果表明,该协议能有效控制网络拥塞,特别在重负载条件下,能显著提高网络吞吐量性能。2.传统的Ad Hoc网络路由协议主要是基于最短路径来考虑的,不能很好支持多速率并容易导致网络局部拥塞。本文利用跨层设计思想,提出了一种基于综合度量的路由协议SMRP。该协议根据链路速率值、MAC竞争度和网络队列长度对路径的影响,折算成相应的路由代价指数,最后根据总的路由协议代价指数来选择路径,能有效利用多速率传输能力,避开拥塞节点。仿真结果表明,该协议能从网络吞吐量、分组时延、分组发送成功率等方面有效提高网络性能。