面对当前频谱资源稀缺和多种异构无线接入技术并存的通信网络格局,提出了认知无线网络技术。认知无线网络技术通过对无线网络环境的历史和当前的状况进行感知、分析、推理和决策,使通信节点能够根据网络状态调整其对无线资源的使用策略,从而有效地解决频谱稀缺和网络异构的问题。媒体访问控制(Media Access Control, MAC)协议决定了节点通过共享的无线信道发送和接收数据的方式,MAC协议能否合理地利用有限的无线信道资源对认知无线网络的性能起着决定性的影响。围绕如何设计高效的认知无线网络MAC协议,本文深入研究和分析了设计认知无线网络MAC协议需要考虑的关键技术,并针对现有工作存在的不足之处,提出了相应的解决方案。本文主要从如下几个方面来研究和分析认知无线网络MAC协议。论文分析了传统的基于IEEE 802.11的无线网络多信道MAC协议。在认知无线网络中,认知节点能够根据当前频谱的变化,动态地选择和使用不同的信道,这就使得认知无线网络中的MAC协议一定是基于多信道的。本文总结了传统无线网络多信道MAC协议的分类机制,分析了传统无线网络多信道MAC协议的设计方法,为将这些方法沿用到认知无线网络多信道MAC协议的设计之中打下基础。在认知无线网络中,由于频谱的动态变化和与主用户的共存问题,MAC协议的设计需要考虑更多的因素,论文研究了设计认知无线网络多信道MAC协议需要考虑的关键问题,包括功率控制、频谱分配、频谱切换和跨层设计。功率控制是为了尽可能地降低认知用户对授权用户的干扰,提供频谱的复用度。论文分析了基本的功率控制机制,以及将功率控制和接入技术、频谱分配相结合的机制,同时分析了基于图着色模型、基于拍卖竞价模型和基于博弈论模型的频谱分配方案。文章重点研究了MAC协议设计过程中的感知和接入策略问题,考虑了感知错误对频谱接入的影响。根据网络拓扑结构的不同,将MAC协议分为集中式认知无线网络MAC协议和分布式认知无线网络MAC协议。论文研究了集中式认知无线网络多信道MAC协议,在集中式认知无线网络中,设计MAC协议关注的核心问题是信道分配技术,论文提出了一种基于贪心算法的信道分配方案,将该方案应用于DSAP协议,提出了一种改进的集中式认知无线网络多信道MAC协议IDSAP协议,仿真分析表明基于贪心算法的方案能较大地提高网络的吞吐量。分布式认知无线网络多信道MAC协议是本文的研究重点,基于认知无线网络多信道MAC协议设计的关键技术,论文提出了三种不同类型的分布式认知无线网络多信道MAC协议,分别是CR-MMAC, DCRMAC-PC和CR-PRMAC。CRMMAC是一种基于专用控制信道的MAC协议,该协议将MMAC协议进行了适当的改进,使之适合于认知无线网络环境,仿真分析表明CR-MMAC协议具有较好的性能；DCRMAC-PC是一种考虑功率控制的认知无线网络多信道MAC协议,该协议在信道协商阶段充分考虑功率控制对其它节点的影响,并提出了随机的感知策略和基于堆栈的感知策略,仿真分析表明基于堆栈的感知策略的性能优于随机的感知策略；专用控制信道是多信道MAC协议设计中常用的技术,但专用控制信道会成为网络的瓶颈,为了避免专用控制信道的缺点,论文提出了CR-PRMAC协议,该协议是一种多汇聚点的MAC协议,有效地解决了专用控制信道的瓶颈问题。文章通过NS2对所提出的协议进行了仿真分析,同时,也从理论上分析了不同类型的认知无线网络多信道MAC协议的性能。