无线公交车载网络作为智能公交系统的关键支撑技术和重要载体,其发展已得到世界各国的重视。该网络是一种由城市公交车构成且结合无线通信技术的特殊的无线车载网络。通过公交车载网络,乘客可以方便地进行各种丰富多样的互联网访问业务,进而大大提高乘客生活质量以及公交系统运营效率。传统车载网络研究并未考虑公交车独有的组移动效应、移动规律性以及高动态性等特点,所以对公交车通信并不适用,特别是互联网访问服务。为了更好地满足乘客的各种业务需求,有必要针对公交车载网络提出高效的通信协议并对该网络中的一些通信问题进行深入研究。其中,MAC层和路由层产生了许多新的亟待解决的关键问题,为传统车载网络技术的应用带来若干挑战。这些问题是发展整个公交车载网络首要面对的问题。本文就公交车载网络的MAC及路由层的关键问题进行研究。详细分析了现有相关MAC协议、切换机制和路由协议的不足之处以及其对于公交车载网络的设计需求。明确了公交车载网络在MAC层和路由层的重要问题在于:高吞吐量的信道接入、高效的切换触发、接入点(Access Point,AP)有效选择、有效的路由方式确定以及稳定高效的路径选择等。针对每一个问题,结合公交车运行的移动性和通信特点提出了相应的解决方案:分别提出了一种高吞吐量的公交车载网络MAC协议、基于可预测移动性的切换触发机制、动态AP连接控制策略、基于链路生存期的单径路由协议和基于端端传输时间的机会主义路由协议。公交车载网络MAC协议- BusMAC主要用以处理公交车用户(乘客)互联网业务的信道访问。基于改进的公交车载网络结构,该协议可以大大减少多个用户同时产生的大量访问冲突。BusMAC协议基于超帧结构,结合动态竞争机制和捎带机制可以大大减少网络通信瓶颈,进而提高网络吞吐量。通过有效的数据调度策略,BusMAC同时可以满足具有不同业务质量需求的服务。通过建立请求竞争访问模型和数据调度访问模型,本文对BusMAC协议的性能进行了分析。通过大量仿真实验评估,BusMAC与传统协议相比可以获得较好的性能。由于公交车具有高速移动性,切换工作成为公交车载网络的重点之一。为了提供跨AP下的无缝连接,本文提出一种切换触发机制以最小化车辆切换过程中的通信时间(即,是否以及何时触发切换过程)。在该方法中,一种基于传输速率的切换触发器用以准确启动切换准备。通过考虑公交车可预测移动性和传输速率多样性,基于三种不同的通信方式(C-Dire,C-Relay以及C-ALLRelay)确定切换触发方式。由此,车辆在切换过程中,可根据通信数据负载大小自适应地选择最优的切换触发模式。仿真结果验证了所提出的切换触发机制的有效性。当某个公交站点存在多个AP可供连接通信时,AP连接控制策略用以选择AP进行连接通信。动态连接控制策略主要用以解决公交车载网络动态特性下的AP连接开销大且不稳定的问题。基于移动的可预测性,本文构建一种动态的AP-Bus系统模型以描述公交车载网络的动态特性(动态传输速率、动态车辆到达/离开过程以及动态用户到达/离开过程等)。基于该动态系统模型,可以将连接控制问题形式化为一个整型线性规划问题。针对此问题,本文进一步提出两种近似解并通过仿真验证了其性能。基于链路生存期的单径路由协议R-BUS主要用以解决当前车载网络的路由指标应用于公交车载通信不准确、性能很差的问题。R-BUS结合公交车移动性以及无线信号传播特性,基于链路生存期和通信信号质量选择通信路径。R-BUS能保证通信质量,同时也能增加路径可靠性。与现有路由协议相比,R-BUS具有较好的性能提升。由于公交车的高移动性,基于端端传输时间的机会主义路由协议主要用以解决目前单径路由协议引起的时而效率较低、可靠性不足的问题。本文基于端端传输时间提出一种机会主义路由框架,其核心是路由指标的计算。为此,本文提出三种计算方法并对应地提出三种机会主义路由协议:EETOR、EETMcOR和EETCCOR。EETOR和EETMcOR协议通过结合公交车移动性和传输速率多样性,分别考虑公交车在网络层和MAC层的广播传输行为建立路由指标模型。通过考虑拥塞控制,EETCCOR协议可进一步改善网络通信性能。通过比较实验展示了所有协议的有效性。综上所述,本文对公交车载网络MAC及路由层的五个关键技术进行了较为深入的研究。所提协议及机制可以较好地支持公交车通信,这些研究可以使网络更好地支持公交车用户通信,并对构建智能公交系统提供重要的技术支撑。