无线城域网IEEE 802.16标准针对固定和移动的城域无线网络提供用户站(SS)和基站(BS)间的宽带无线接入(BWA)技术，具有快速部署、高灵活性、高吞吐量和支持移动性的特点。为了保证无线宽带环境下的系统性能和业务通信质量，IEEE 802.16网络采用TDM/TDMA时分多址接入方式和集中式的BS管理模式，同时提出了明确而详细的针对业务流的服务质量(QoS)要求，如带宽和时延。但是标准只提出QoS规范，并不涉及QoS的实现方案和具体机制。因此，研究合理的整体QoS架构模型和性能优越的QoS机制来提供业务流的区分和公平，提高系统的吞吐量和时间资源的利用率就成为实现和推广IEEE 802.16标准急需解决的问题。针对这些情况，本文在全面分析国内外相关研究的基础上，围绕着保障网络中业务流的QoS要求和提高系统性能，在QoS架构模型、固定和移动网络中的BS接纳控制、BS带宽分配、BS和SS队列管理等方面进行深入研究，提出相应的方案和算法。 本文首先研究了IEEE 802.16标准QoS和MAC层的设计规范、性能要求，提出详细的 QoS架构模型，为系统的实现和进一步的研究提供指导和依据；接着针对IEEE 802.16标准中关于固定网络的QoS设定，针对其中的分类业务区分和公平性问题，提出了基于分类的权重公平自适应接纳控制算法(WFAC)；然后针对IEEE 802.16e移动网络业务分类更加复杂，SS调制速率随信道质量自适应改变的特点，提出了基于收益率参数的自适应接纳控制算法(UAC)和简化计算的改进算法(EUAC)；之后针对IEEE 802.16标准中的带宽分配机制，提出了基于对数效用函数的效用最大化带宽分配算法和其快速解法，关注于系统的效率、吞吐量和公平；最后研究了网络中QOS要求和时分接入方式对队列的影响，提出了基于自适应令牌桶的权重公平的队列管理算法(ATQM)，公平地保障了业务流的带宽和时延要求。 本文的主要贡献包括以下几个方面： (1)全面分析了已有的国内外IEEE 802.16 QoS研究成果，将形成一定研究构架和体系的研究成果分为QoS整体架构模型；BS端的业务流接纳控制；多业务类型下的队列调度；移动网络中的切换方案等四类。随后在分析已有的 IEEE 802.16标准QoS架构模型和研究标准的详细参数和信息设定规范的基础上，提出了符合标准定义和要求的整体QoS架构模型。该模型指出了各QoS模块的定义、功能和实现方案，给出了详细的管理信息和原语流程设计，为系统的实现和进一步的研究提供指导和依据。(2)建立了IEEE 802.16固定网络BS端的接纳控制模型，并提出了基于分类业务的权重公平自适应接纳控制算法(WFAC)。该算法对业务流类型、优先级区分按权重分类，其接纳概率遵循权重公平原则，同时能够自适应地调节区分策略以保护高权重业务并充分利用系统时隙。仿真结果表明在不同的负载下算法对各种业务都表现出权重公平的接纳率，且在充分利用了系统可分配时隙的同时保持很低的业务流降级率，保障了己接纳业务的服务质量。 (3)建立了IEEE 802.16e移动网络BS端的接纳控制模型，并提出基于收益率参数的自适应接纳控制算法(UAC)和简化计算的改进算法(EUAC)。针对移动网络SS能够自适应地根据信道质量调整调制速率的机制和业务分类、优先级进一步细化的情况，该算法将业务流的速率和权重统一为收益率参数，新业务流的接纳概率取决于自己的收益率和表征系统业务构成情况的系统收益率。仿真结果表明算法与传统的截止门限方式相比，具有高收益、高吞吐量、高时隙利用率和低降级率，并可以根据负载变化改变策略，对不同收益率的业务流在接纳率上表现出合理区分。 (4)根据IEEE 802.16的带宽分配机制建立了BS端带宽分配模型，随后提出了基于对数效用函数效用最大化的带宽分配算法和其快速解法。算法灵活地根据业务流权重、速率、带宽要求等区别，有效而公平地做出分配，提高系统的吞吐量和效用。其快速解法给出简化的计算方法，可实现性好。仿真结果表明，算法在吞吐量和效用上均较最大最小带宽分配具有明显的优势，可以灵活地根据网络环境做出高效而公平的分配。算法还可以调整效用函数的公平因子参数以得到更满意的结果。 (5)建立了IEEE 802.16的BS、SS端队列模型，并针对BS、SS端队列分别提出基于自适应令牌桶的权重公平队列管理算法(ATQM)。该算法基于FIFO队列，在队列管理中按权重最大最小准则对业务流分配带宽、提供时延保障并保持队列稳定。仿真结果表明，该算法很好的将队长保持在按时延要求计算的理想队长附近，保障了时延要求；算法还自适应的按照权重最大最小准则对每个业务流合理分配带宽。