无线自组织(Ad Hoc)网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳无线网络，由于其组网快速灵活，在军用及民用领域有着极大的应用前景。然而，平面自组织网络一旦扩大节点规模，网络的端到端时延性能就会急剧下降，难以适应大规模的组网需求。分层的网络结构能够提高网络的可扩展性，在分层网络中，簇的规模影响着网络的端到端时延性能与网络的可扩展性。本文主要研究了自组织网络的分层结构，旨在得出一种合理的簇规模，使网络的端到端时延性能达到最优。首先，本文提出了一种基于排队论的分层网络端到端时延分析模型，分别在直线网络和栅格网络两个场景下，计算获得了分层网络的端到端时延表达式，并通过OPNET仿真验证了模型的正确性；其次，本文以端到端时延为优化目标计算得出了分层网络的最优簇首节点个数，并提出了一种基于最优簇首节点个数的成簇方法，使得成簇后的网络获得合理的分层结构；最后，本文研究节点的传输范围对网络性能的影响，得出了不同到达率条件下传输范围与网络端到端时延的关系。