随着无线通信技术的迅速发展,基于IEEE 802.16标准的无线Mesh网络凭借组网灵活、传输速率高、成本低、覆盖面积广等优点,已成为下一代无线网络发展的关键技术和研究热点,在军事、医疗、物联网等领域都有极佳的应用前景。本篇论文研究内容的背景源于课题组与中国电子科技集团某研究所合作的项目“新一代宽带自组网系统关键技术研究”。项目的主要目标是设计新一代宽带移动接入与自组织互联无线网络,并保证网络节点间多类业务的稳定通信。本文主要从无线Mesh自组网链路层组网协议的设计与实现、应用层业务客户端程序的设计与实现以及业务的接入与资源编排等方面对无线Mesh跨层协议进行研究,具体包括以下方面:首先,本文对整个无线Mesh跨层协议所参照和应用的技术进行深入研究与分析。主要包括对IEEE 802.16标准下无线Mesh网络的网络结构、标准协议栈以及网络帧结构的研究与分析,并结合项目业务数据量大、时隙调度要求迅速且稳定的特性,基于TDMA规划设计了满足项目场景的超帧结构;为解决网络协议中节点入网冲突问题,对二进制指数退避算法进行研究与分析;为在规避邻节点干扰的前提下完成有限时隙资源的高效分配,对图的着色问题进行研究、分析与设计应用;在数据链路层差错控制方面采用了混合自动重传请求的方案。其次,本文完成对无线Mesh自组网环境下节点入网、单簇组建、网络同步融合和退网流程的网络协议设计,并为各网络状态下的节点设计和实现了相应的主体API。还确定了项目当前采用基于Dijkstra算法的多跳路由协议方案,并为维持网络的拓扑状态规划和设计了多种网络结构信息表。本文结合图的着色理论和实际业务的Qo S需求,设计了固定分配与动态分配相结合的时隙资源分配策略,并在业务接入成功率与带宽占用方面对该策略同纯固定分配和纯动态分配进行仿真对比,确定了该时隙资源分配策略的可行性。为满足项目对多种类型业务的应用需求,本文于Cent OS虚拟机的Qt开发环境下,设计并实现了具备短消息传输、文件传输和音视频多媒体通信三种业务的应用程序,并为各业务设计了相应的数据帧结构。同时,为更直接有效的解决设备节点多业务接入以及相应数据处理资源的控制管理,本文结合Java Script、My SQL等技术为项目设计了基于软件定义的可视化业务接入管理系统。最后,我们在由Xilinx Zynq-7000 So C ZC706硬件开发板和AD9361射频开发板组建的无线通信平台上,对所设计的无线Mesh自组网协议相关内容进行测试验证,其中包括单节点入网和多节点入网效果的测试,并且在由PC端Cent OS虚拟机与无线通信平台所搭建的整体数据通路上,进行了应用端多种业务稳定性与实时性的测试与分析。