无线网络在智能家庭、移动支付和医疗看护等民用领域以及军事通信、军事侦察和战场感知等军用领域具有广阔的应用前景。随着物联网技术的发展，连接无线网络的无线设备从密度和数量上都不断增长，对于无线通信质量、网络传输速率也提出了越来越高的需求。现有的无线网络技术也逐渐成为了制约未来应用发展需求的因素。研究更高效的无线网络，具有重要的现实意义和理论价值。　　由于无线通信具有广播特性，发送节点周围的所有节点都能够侦听到广播信息。当接收节点周围存在两个或以上的并发传输时，这些信号会产生相互的干扰。现有的无线网络MAC层协议为了规避干扰的产生，必须对并发传输进行协调调度，以缓解网络中的冲突。随着无线物理层技术的不断进步，OFDM, MIMO,全双工通信等新技术显著提高了物理层的数据传输速率。然而调度所产生的协调开销并没有相应降低，导致无线网络的实际性能提升远远落后于物理层新技术的发展。因此，并发通信的协调开销成为当前制约无线网络性能提升的关键因素。　　全双工无线通信机制作为5G网络的备选技术，突破了传统无线通信半双工的特性，赋予节点同时发送和接收数据报文的能力，能够提高数据通信的信道利用率和网络吞吐率。但是，并发传输的协调开销并没有相应的降低，导致无线网络的性能提升受限。　　全双工无线通信技术赋予了无线网络中的节点类似有线网络中的载波桢听和冲突检测能力。将全双工通信技术运用于无线信道竞争领域，能够有效地对并发无线传输中冲突竞争过程进行实时的检测和规避，结合已知信号干扰消除技术，主动地在网络中传输特定的干扰信息，实现无线信道的复用。将无线网络从排斥共享、干扰规避的传统思路转化为促进共享、复用干扰的新思路中，进而有效降低并发传输过程中的协调开销。由于全双工通信技术在降低并发传输协调开销方面的巨大的潜力，它将在未来无线通信领域得到广泛地应用。　　当物理层具备全双工通信能力时，如何利用全双工技术高效地复用干扰信息，降低网络中的协调开销是网络协议设计的主要任务。复用干扰信息的最终目的在于有效降低无线网络节点的协调开销，进而提高无线网络的吞吐率。无线并发通信协议的设计能够被部署于无线Adhoc和WLAN网络中进行验证。本文主要从单跳Adhoc、多跳Adhoc和WLAN网络的角度对无线并发通信协议存在的问题（协调开销过大、隐终端问题和信道利用率不足）展开研究工作。具体的四个主要研究工作描述如下：　　第一、研究单跳Adhoc网络中基于虚拟帧聚合的信道竞争机制。　　在单跳Adhoc网络中，提出了一种虚拟的帧聚合技术，设计了多节点协同信道竞争的机制，利用干扰复用的技术，完成了多节点并发集合的构建与排序，将通信的协调开销分担给了聚合报文中的子报文，实现了一次信道竞争多个节点依次顺序发送的帧聚合技术。虚拟帧聚合技术（VFA，Virtual Frame Aggregation）突破了传统无线网络一次信道竞争只允许一个接入节点的限制。即，通过一次信道竞争允许多个节点有序地进行报文的传输。首先，VFA讨论一种虚拟数据帧并发集合的模型，确保了并发集合的有序组建。其次，通过多维度的信道竞争建立了节点冲突再竞争机制，给予冲突节点再次参与本轮信道竞争的机会。随后，通过理论建模的方式，论证了并发集合的可行性，并对网络中频率偏差对协议的扰动性进行分析。最后，相比于IEEE 802.11n，仿真实验中VFA能够实现165%的吞吐率增益，而且网络的公平也得到了较大的提高。　　第二、研究单跳Adhoc网络中基于开销隐藏的信道竞争机制。　　在单跳Adhoc网络中，提出了一种高效的流水线信道竞争技术，设计了模块化的信道竞争结构，利用了全双工技术的双向通信能力，完成了子信道中信号干扰的实时检测，将信道竞争过程隐藏在数据通信过程中，实现了信道竞争过程与报文数据传输过程真正的融合。首先，系统引入了计算机体系结构流水线（Pipeline）并发的思想，将无线信道的竞争过程划分为多个相同功能子竞争，并通过OFDM技术将各子竞争分层排列，实现子竞争间互不干扰。节点参与信道的子竞争过程与网络中正常数据传输过程并发进行，使得信道竞争的开销降低到零。其次，节点子竞争过程会对正在传输的报文产生干扰，移除子竞争过程产生的干扰信息需要对接收报文进行预处理。然后，节点通过编码的方式参与信道竞争，并通过概率论计算选出低冲突概率的节点进行传输。最后，通过仿真实验与基于USRP的实验环境，与IEEE 802.11n对比，基于流水线的开销隐藏机制能够带来160%以上的吞吐量增益，同时能够获得更好的网络公平性。　　第三、研究多跳Adhoc网络中基于接收节点辅助的信道竞争机制。　　在多跳Adhoc网络中，提出一种基于接收节点参与的信道竞争机制，设计了接收节点与发送节点之间协同的INT（Information of Next Transmission）编码技术，实现了接收节点辅助信道竞争决策的模型。突破了传统无线网络传输仅由发送节点周围的信道环境开展信道竞争的局限性。通过以链路（发送节点，接收节点）为单元的无线调度模型有效地遏制隐终端问题，同时允许网络中不会引发干扰的暴露终端并发传输数据，有效地提高了无线传输的并发性。首先，以链路为基本单位建立链路调度模型，通过接收节点辅助参与信道竞争。利用马尔科夫链构建无线信道竞争模型，分析链路调度思想所能获得的理论上限。其次，设计了接收节点提前获知信道竞争的INT编码模型，将下一个需要传输的报文信息嵌入正在通信的报文中。INT编码具有抗干扰的特性，并利用干扰消除技术，使得当前传输的接收节点能够移除INT信息并且完成传输的解码工作。最后，提出了一种基于网络拓扑动态地调整节点接入概率的模型，提升网络的公平性水平。通过仿真实验和USRP实验平台进行测试，相比于Back2f算法，基于链路的网络调度能够获得143%的网络性能增益，同时使得网络具有更好的公平性。　　第四、研究WLAN网络中基于全双工通信技术的反射并发通信机制。　　在WLAN网络中，提出了一种基于side-channel信号反射的通信技术，设计了用户竞争side-channel的机制，利用了全双工系统中信号实时反射的能力，通过对信号的SNR进行编码，使得在AP的下行链路中允许用户同步向其它用户传输数据报文。WLAN网络中并发通信模型是指AP与用户和用户与用户之间的通信能够并发地进行，从而缓解AP作为中心节点的瓶颈效应。首先，提出了一种能够与AP下行链路并发传输的side-channel机制，使得用户与用户的传输不会对AP与用户的传输产生干扰。基于无线节点全双工的通信能力，设计出了一种快速发射编码的机制，利用接收节点SNR的变化对side-channel进行编码。其次，设计高效的side-channel竞争机制，利用AP上行链路隐藏side-channel的信道竞争过程，降低了竞争过程所产生的协调开销。通过概率论进行理论证明，在节点均匀分布的网络中，WLAN中节点利用side-channel信道的概率与节点的数量成正比。通过实验和仿真结果显示，side-channel能够复用WLAN的信道资源，使得网络的吞吐量增益达到92%。　　总之，本文利用了全双工无线通信技术的支持，重点研究了在单跳Adhoc、多跳Adhoc和WLAN条件下高效并发无线传输的问题，揭示了支持全双工通信的无线网络在协议设计和网络运行规律等方面的特点，提出了开销分摊、开销隐藏、协同信道竞争、信道资源复用等优化技术的高效无线通信网络调度方法。研究成果具有较强的理论和实际意义，能够为提高无线网络性能的研究提供了一种新思路，有利于多样化利用全双工通信技术所带来的性能提升。其次，论文所提出的系统模型和设计思路，能够为无线通信协议设计提供参考和借鉴。