随着无线网络的飞速发展，有许多具有挑战性的问题需要解决。其中，吞吐量和安全性是最关键的两个问题。具有了高吞吐量，无线网络就能节省宝贵的频谱资源并能为无线应用提供高质量的服务。有了足够的安全性，无线网络就会赢得客户的信赖。为此，本论文旨在设计新的机制来提高无线网状网络的吞吐量和保证无线网络的安全性。关于吞吐量的研究，本论文主要集中在无线网状网络，这种网络是下一代无线网络一个不可缺少的部分。我们首先提出了一种基于正交频分多址接入原理的信道带宽调节方法来提高无线网状网络的吞吐量。然后，在网络优化框架下分析了该方法，其计算复杂性被证明是NP-完全的。因此，我们提出了一种贪心算法来获得次优解。基于贪心算法，我们设计了一种分布式介质访问控制协议以实现在无线网状网络中的信道带宽调节。性能测试结果表明，新提出的协议极大地提高了无线网状网络的吞吐量。本论文中安全性的研究集中在物理层安全，因为物理层安全是通向无线网络安全的最终之路。关于物理层安全，本论文研究了两个课题。在第一个课题中，我们设计了在具有长相干时间的无线网络中快速生成密钥的方法。该方法通过虚拟信道的波动克服了时间分集的缺乏。在该方法中，机会波束成型用来增加密钥的生成速率，频率分集用来确保密钥的安全性随着密钥长度的增加而增强。这种新的密钥生成方法可以很容易地在窄带和宽带系统中实现。在第二个课题中，基于安全传输容量，我们分析了人工噪声对大规模无线网络安全性的影响。分析结果给出了安全传输容量和系统参数之间的关系。这为我们如何通过设计系统参数来提高无线网络的安全传输容量提供了帮助。