无线片上网络(Wireless Network-on-Chip,WiNoC)可以实现高效的片上长距离通信,克服了传统金属互联片上网络长距离多跳传输带来的高能耗、高延迟通信瓶颈问题。在无线片上网络中,用于片上无线通信的无线接口(Wireless Interface,WI)占据较大的硬件开销。因此,无线片上网络多采用有线、无线混合的分层架构。分层WiNoC将整个网络划分为多个子网,每一个子网配备一个或多个无线路由器(Wireless Router,WR)用于子网间的长距离通信。在分层WiNoC中,无线路由器处理大量子网间长距离通信任务容易形成拥塞,并且无线路由器发生故障会对片上网络通信可靠性产生更加严重的影响。因此无线片上网络需要合理的拥塞控制机制和容错方案。此外在分层WiNoC中,同一时刻只能有一个无线路由器获得无线信道使用权,进行无线数据发送。因此,片上无线通信需要高效的媒体访问控制(Media access control MAC)协议,分配无线信道的使用权。为此本文针对分层WiNoC中无线通信的故障和拥塞问题,以及无线MAC协议进行了深入研究,论文主要工作如下:1)针对无线通信的拥塞和故障问题,本文提出了一种拥塞避免的容错路由算法,首先设计了无线通信拥塞和故障感知的无线路由器,该无线路由器能够感知WR通信对的拥塞和故障状态,并对其编码发送给子网中的路由器;然后子网内的路由器根据接收到的WR通信对状态信息,在源节点处判断数据包是否使用无线传输,并在不使用无线传输时采取拥塞避免机制,避免数据包大量经过无线节点附近而形成拥塞。实验表明本文方案能够在较小的额外硬件面积、功耗开销下,保证较低的数据包平均延迟和较高的网络吞吐率,并对WR通信对的永久性故障具有良好的容错能力。2)针对无线信道分配问题,本文设计了一种基于数据包等待无线发送总时间的无线令牌MAC协议,使无线信道的分配在不同流量模式下更加公平。同时,无线接口将自身状态信息通过令牌微片附带的方式发送给其余无线接口,实现无线接口之间的状态感知,避免数据包发往已经拥塞的无线接口,保证无线数据传输的可靠性。实验表明,本文方案能够在较小的额外硬件开销下,显著提升非均匀流量模式下的片上无线通信效率。