认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术可以对频谱空洞进行“二次利用”。基于认知无线电技术,一种全新的网络结构模型——认知无线网络(Cognitive Radio Networks, CRNs)应运而生。在CRNs中,次用户(Secondary User, SU)在不损害主用户(Primary User, PU)通信的前提下,机会地利用临时空闲信道。认知无线网络是一种能够解决当前无线频谱资源利用率低效问题的非常有前途的技术。近年来,在无线网络领域的研究中,CRNs吸引了许多国内外研究者的关注。路由及传输可靠性是CRNs的关键技术,如何高效地传输数据是CRNs的一个重要研究问题,这也是近几年来在多跳CRNs领域的热点研究问题。针对此问题,本论文从路由和传输控制协议两方面考虑了多跳CRNs网络上的数据传输问题,并提出了相应的策略和算法。本文的主要研究内容如下：首先,本文提出了一种面向网络容量的基于小世界的路由优化策略。容量分析对研究无线网络的极致性能非常有用。但是,在认知无线网络频谱共享环境下,次用户网络Secondary Network(SRN)的容量分析比传统无线网络的容量分析更为困难。目前,尽管有少许研究工作从路由层面来进行CRNs容量分析,但它们并不是通过减少平均路径长度来提高网络容量。针对这些不足,本文利用小世界模型中平均路径长度短的特性对CRNs的网络容量进行了研究并提出了一种基于小世界的路由优化策略。它通过抢占-恢复优先队列对CRNs中的频谱使用情况进行建模,求得SU之间的连接率。接下来,针对多跳CRNs中基于小世界的数据传输方法,本文提出了一种基于连接率的小世界捷径构建方法及一种基于信道的可用时间和数据传输时间的信道分配算法。同时,推导出多射频多信道Multi-Radio Multi-Channel(MRMC)SRN在基于小世界模型下的网络容量公式。通过仿真实验表明所提策略的有效性。其次,本文提出了一种联合信道分配的基于流内网络编码的机会路由。在CRNs中,由于频谱在时间和空间上具有间断性,使得SU的可用频谱动态变化,并具有差异性。机会路由在这种网络中面临着新的挑战,如PU活动,频谱感知对候选集选择的影响。目前,在CRNs中,机会路由的候选集选择主要采用基于频谱感知和期望传输次数(Expected Transmission Count, ETX)的路由度量,没有考虑节点的缓存及节点之间的关系。针对该间题,本文根据提出的基于缓存,期望传输次数及频谱信息的路由度量,建立了联合信道分配和基于流内网络编码机会路由的吞吐量优化模型。同时,为了降低计算复杂度,本文提出了一种启发式算法,它主要包括两个子算法：考虑节点队列状态及期望传输次数的转发候选节点选择算法和考虑信道可用时间及数据传输时间的信道分配算法。通过实验仿真,验证了所提机会路由比传统路由及经典机会路由能获得更好的网络性能。再次,流间网络编码将不同数据流之间的数据包进行编码操作,其通过增加网络数据单次传输的信息量来提升网络吞吐量。基于流间网络编码的机会路由在提高无线网络的吞吐量方面的潜力是巨大的。目前针对这方面的研究工作主要集中在传统无线网络方面,而对于动态频谱接入的CRNs研究甚少。针对这一间题,本文提出了一种编码感知机会路由,Cognitive Radio Opportunistic Routing(CROR)。它是一种基于流间网络编码的机会路由并且采用了一种新的路由选择度量——基于信道利用率及丢包率的成功传输率。基于此,提出了一种多信道CRNs环境下的候选集选择算法和编码算法。仿真实验结果表明,与传统机会路由相比,所提的机会路由CROR能获得更高的吞吐量和带宽利用率及较低的PU-SU包碰撞率。最后,传输控制协议是保证数据可靠传输的关键技术。由于频谱资源的不确定性,使得TCP性能在多跳CRNs中急剧下降。目前,已有一些研究工作针对CRNs特性进行改善TCP性能,但它们中大多数采用单一的网络性能评价指标,未充分考虑CRNs的特性及其中的包丢失类型和对应处理方法。针对上述不足,本文提出了一种基于网络编码的传输协议,TCP Joint Generation Network Coding(TCPJGNC)。同时,为了改善时延这一网络性能,本文提出了一种改进策略,TCP Network Coding Dynamic Generation Size Adjustment(TCPNC-DGSA)。在TCPJGNC中,编码机制是自适应的,它取决于Acknowledgement(ACK)的变化率和从目的端接收编码包中提取出来的编码系数矩阵的秩。TCPJGNC可以大大地减少重传次数及保持较高的解码概率,进而改善了多跳CRNs中TCP的性能。为了使TCP机制适用于多跳CRNs,本文主要从以下几方面进行改进：慢启动,频谱感知阶段,频谱切换阶段和PU活动行为。通过仿真实验验证了所提传输控制协议TCPJGNC的有效性。针对TCPJGNC在时延方面的不足,本文提出了一种基于增减量编码的改进策略TCPNC-DGSA。在TCPNC-DGSA中,编码的条件是通过一种基于代往返时间的判断方法来实现的。仿真实验结果表明,在多跳CRNs中TCPNC-DGSA具有更好的时延性能。