随着无线网络的速度和通信质量不断的提高,手机的运算能力不断提高,人们对手机的使用也在发生变化,手机用于打电话的时问比重在迅速下降,用于多媒体业务迅速增加。此变化导致了无线网络资源与无线网络服务质量(QoS)之间矛盾进一步扩大,无线资源的发展速度现在赶不上人们对通信需求的不断提高,此种现象可能还要存在许多年,现今使用分层结构的无线网络系统对于此种现象的弊端日益加大。无线网络技术朝着更快的传输速率、更高的移动速度方向发展,这就加大了无线信道环境的突变性。单方面的发展无线网络的传输速度来解决无线网络中的一些问题,对于研究人员来说并不是一个很好的解决方式。对于一个复杂问题的解决,应综合考虑与仔细分析。现今无线网络中的突出问题表现在传输速率慢(相对于有线网络)、信道易干扰、链路的不稳定性、常发生拥塞、频谱利用率不高、无线网络中层与层之间的信息交互不畅等等。近年来许多研究者利用跨层技术来解决这个问题已有比较好的结果,但怎样跨层和从那一个关键点去研究或设计成为近年来的一个比较大的争论。现在有两种较为主流的研究方向：一是从TCP的拥塞控制出发来研究跨层问题;一是从链路的自适应来研究跨层问题。本文同时考虑了两者的优势,综合其特点,提出了一种基于减少延时的跨层设计方法来提高无线网络的服务质量。针对无线网络丢包的多种相关现象,首次运用凸优化理论对链路丢包和拥塞丢包对无线网络延时作了收敛性分析,结果显示链路丢包对于网络延时的收敛性好于拥塞丢包。根据上述结论主要在链路层对延时进行优化研究,研究了混合自动重传请求(HARQ)的三种模型的能效和传输速率。针对当今无线传输设备和技术不断提高,无线信道质量也有了很大提高,以HARQⅡ模型为基础提出了一种改进的方法。此改进专门针对链路丢包现象设计,目的是减少网络延时,对其仿真得到较好的实验结果。同时采用考虑了分组HARQ机制的情况下,利用可靠的重传策略来有效地缓解无线链路的衰落对TCP性能的影响,也减少了拥塞丢包和网络延迟。针对无线网络的复杂性与时变性,研究了如何通过联合自适应调制编码(AMC)、功率控制、HARQ控制来最大化接收多媒体流的质量问题。运用跨层设计框架对无线物理层的自适应编码和改进HARQⅡ方案、链路层上的多用户信道感知调度协议进行优化。应用二维离散时序的马尔可夫链(DTMCS),对AMC策略、振幅、无线信道的衰减变化进行联合建模。把用户的一个服务失量程序,嵌入到物理层有限维的马尔可夫模型。依赖于有效的带宽理论去模拟数据包到达的队列和有效的能量理论去模拟物理层/媒体访问控制[PHY/MAC)的反应,同时分析基于有限维的DTMCS模型来统计到达物理层的数据包的情况。应用数学模型分析了该跨层设计方案中减少链路丢包和网络延时对最大吞吐量的影响,通过仿真验证好于现今应用协议的效果。论文以逐步递进的思维方式,在解决无线网络首要的拥塞问题时,运用凸优化理论找出其优化方案的实施点和优化的目的,通过对链路层的相关协议的改进达到局部优化功能,然后以局部优化为基础提出无线网络的一种跨层模型,以此来逐步实现全局优化。