近年来,全球范围内的移动无线通信技术得到了前所未有的发展。认知无线网络以其网络协同功能、对环境的感知能力、对环境变化的学习能力及对环境变化的自适应性、通信质量的高可靠性、对网络资源尤其是频谱资源的动态管理以及协议的可重构性等特性成为了无线网络的发展方向。对于认知无线网络而言,跨层优化技术是其实现端到端效能,提高无线网络资源的使用效率的重要手段。针对认知无线网路中的跨层优化问题本文主要进行了以下几方面的工作：首先,本文详细的分析了目前网络发展的趋势,重点阐述异构无线网络的特点,以及它所带来的机遇和挑战。概述了认知无线网络相关内容,通过分析,证明它是一项可以用于未来异构无线网络的先进技术。通过进一步对跨层优化技术进行总结和分析,明确了其在认知无线网络中的地位和作用。之后,本文设计了认知无线网络的体系架构以支持在此框架下的跨层优化技术。所设计的认知无线网络体系架构有效结合了集中式和分布式网络的优点,设计了网元、本地和区域的三级网络架构。在体系架构的设计基础之上,本文进一步对认知网络中的认知功能和认知信息进行了逻辑抽象,提出了并列于传统数据平面和控制平面的认知平面和在其上的认知信息流的概念。再后,本文设计了一种基于跨层优化的多用户多业务QoS保障策略以及系统资源优化使用方法。建立了QoS参数映射模型,根据不同业务的不同QoS需求以及用户反馈而来的信道质量信息,为各个业务确定其在对应子信道上适合的链路参数。本文使用匈牙利算法进行多用户最佳子载波匹配以利用多用户分集。以尽力而为亏损作为代价使用动态规划的方法为各业务分配资源,使得在优先保业务QoS的情况下,有效优化无线网络资源利用效率。并设计了相关仿真对所设计策略进行了验证。论文最后对全文进行了总结,并展望了今后的研究方向。