认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术即将成为解决现有频谱资源短缺问题的关键技术之一。认知无线电技术突破传统的频谱分配机制,从崭新的角度来使用频谱资源,从而达到提高频谱利用率的目的。认知无线电技术已经成为当前无线通信领域内的研究热点,涉及到的各方面的关键技术均需要深入的研究,其中采用认知无线电技术的频谱切换将是需要研究的关键技术之一。在认知无线电网络中,为了处理频谱移动性需要引入一种新型的切换,称之为频谱切换,用于使其通信时在不同的频段上进行转换。本论文将针对认知无线电环境中的频谱切换算法和协议进行较为深入的研究。通过对认知无线电环境的分析和总结,提出了能够反映认知无线电网络特点和适合于在认知无线电环境下工作的切换算法和协议,并对相应的性能进行了仿真验证。论文首先简要地介绍了认知无线电的研究背景,随后对认知无线电网络中频谱切换的研究背景做了简要的介绍,并给出了本论文的主要贡献和内容安排。之后讨论了下一代网络中切换管理的热点,并结合认知网络在下一代切换管理技术的基础上提出了频谱切换的定义、分类以及通用的流程,然后总结了目前在认知网络中现有的频谱切换的关键技术。针对分析得到的由于频谱动态性引起的频谱切换过于频繁、主用户使用高峰期认知用户掉话率高这两个问题,并结合认知环境的特点,本论文提出了相应的频谱切换算法和协议。在第三章中,提出了基于蚁群任务分配模型的频谱分配算法,目的是最小化认知用户的切换概率,仿真中利用ON-OFF模型对主用户的信道利用情况进行建模并得出此算法能在多种主用户业务的仿真环境中大幅度降低认知用户切换概率的分析结果。在第四章中,针对主用户使用高峰期认知用户掉话率高的问题设计了一种针对分级频谱共享网络的切换挽救协议,理论分析和仿真结果都表明此协议能大大降低认知用户的掉话率。