协作通信技术是近几年成为研究热点的能够有效对抗衰落、提高频谱效率和通信可靠性的无线链路增强技术,不仅可以改善信道状况、解决高速传输与网络覆盖之间的矛盾,而且可以促进MIMO技术实用化,因此受到来自学术界与产业界的广泛关注。本文围绕基于协作的无线网络中多用户协作MAC层关键技术展开讨论,研究的侧重点选择在上行链路中协作MAC协议的设计和下行链路中可靠的协作广播MAC层机制。首先,针对时变的无线信道和动态的网络拓扑,研究了协作时机和协作伙伴的选择问题,提出一种基于信道状态信息反馈的自适应协作MAC协议ACoopMAC。该协议中,站点根据瞬时信道信息反馈,对传输方式进行二次判定,选择协作时机,提高了协议的鲁棒性。针对典型网络分配向量(NAV)存在的不足,改进了NAV更新机制,通过缩短节点的信道预约时间,提高系统资源的利用率。仿真结果证明：自适应协作MAC协议在系统吞吐量、接入时延、平均能量消耗、支持节点移动性等方面都优于现有的协作MAC协议。其次,针对现有协作MAC协议为了支持多用户间的协作传输,改变传统控制信令的帧结构而导致的协议不兼容性,深入挖掘传统控制帧的潜力,充分利用帧头中预留的比特位信息,在控制信令握手交互过程中“捎带”传输信道状态信息和帧头中设置协作标志位,减小了系统的控制开销。然后,针对相关研究中缺乏有效的协作MAC协议理论分析模型的现状和MAC协议的传统二维马尔科夫链模型的复杂性,研究了协作MAC协议的性能分析方法,以条件概率的简易模型为基础,结合几何概率的相关理论,提出一种扩展的协作MAC协议的理论分析模型,推导出系统饱和吞吐量和平均接入时延的闭式解。在此基础上,开发了一套行之有效的协作MAC仿真平台,并通过计算机仿真验证了该理论分析模型的科学性。最后,针对多跳无线网络中,终端与基站或中继站间“跳数”的不确定性、网络拓扑的动态性以及无线信道条件的不理想所导致的分组传输冲突和系统效率降低的情况,研究了下行链路的协作广播技术,提出一种基于节点聚簇的MAC层可靠协作广播机制；以条件概率和一维Markov链为基础,对提出的新型协作MAC层广播机制进行了数学建模和理论分析并通过仿真验证了算法的有效性。论文重点研究了基于协作的无线网络的MAC层协议,为上行链路多用户协作传输设计了一种自适应协作MAC协议,为下行链路的广播业务提出了一种可靠的MAC层协作广播机制。论文对协作通信从理论走向应用进行了探索性的研究,具有一定的理论前瞻性和实用性的价值。