无线通信为当今通信领域中最为活跃的研究热点之一，其服务质量（Quality of Service,QoS）保障对于无线通信系统的设计是非常重要的，特别是多媒体业务等对服务质量具有严格要求的应用就更为突出。网络服务质量是无线网络数据传输质量的度量指标，第三代和第四代无线网络均具有支持多种QoS需求业务流特性。现代无线网络中信道的时变性、业务流的复杂结构和到达随机性以及网络结构的复杂性，使得无线网络QoS保障技术十分复杂和重要。本论文借助马尔科夫过程理论、队列理论、最优化理论、在线学习理论，研究无线网络通信中QoS保障的若干关键问题，包括无线信道服务过程突发特性及无线信道马尔科夫过程建模方法、分层无线网络QoS指标垂直映射模型及跨层优化技术、无线多跳网络中节点公平性保障技术，并利用Matlab工具对所提出各种算法模型进行性能仿真和分析，验证它们的有效性，论文主要创新点有以下五个方面。（1）首次构建AMC瑞利衰减无线信道服务过程模型。借助队列理论，分析数据链路层业务流、链路队列以及物理层调制编码技术对AMC无线信道服务过程的影响，得出AMC无线信道服务过程模型；并应用突发特性的离散时域尖度因子函数表示法，通过数值方法分析AMC无线信道服务过程所呈现突发特性，以及其与信道接收端服务速率、系统期望包差错率以及信道信噪比关系。（2）基于AMC无线信道服务过程突发特性，提出一种突发特性等效的AMC无线信道马尔科夫模型建模方法，并且用数值分析方法与现有建模方法对比，验证了其有效性和优越性。（3）针对无线网络垂直QoS映射问题，基于层间虚拟缓存概念，提出一种统一的层间QoS垂直映射模型，并且采用队列分析方法和仿真初步验证了其有效性。（4）针对无线环境下业务流和无线信道的不可预测问题，提出一种基于在线学习的层间QoS优化方法，并给出了其求解算法。（5）提出一种新的无线Mesh网络中路由节点公平性的度量方法。该方法基于加权最大最小公平性优化原理，以路由和中继节点加权吞吐量冗余的一致性衡量无线Mesh网络中节点公平性，并提出一种节点吞吐量和节点公平性优化结构，利用该结构和仿真分析节点吞吐量和节点公平性关系。