高速移动环境的发展为通信行业带来新的挑战。研究高速移动环境下的无线通信,对通信业的技术发展和高速移动通信的发展需求来看,都具有重大意义。“服务质量”,即QoS (Quality of Service)这一概念的引入,给通信系统的设计提供了标准化的客观指标。探索高速移动环境下无线网络的QoS性能分析,具有极其重大的意义与应用价值。本文主要关注的问题是如何运用随机网络演算理论合理构建高速移动通信系统的理论模型,并对其进行QoS性能分析。本文首先介绍了网络演算理论的相关定义与定理,并讨论了无线通信网络的QoS性能的量化指标,即队列积压和通信时延的获取方法。本论文分别从高速铁路场景和高速公路场景两个部分对高速移动环境下无线网络的QoS性能进行建模与分析。在高速铁路场景,列车控制业务的通信时延对轨道利用率和行车速率曲线造成极大影响。本文基于随机网络演算理论,分析高速铁路中列车控制业务经由无线衰落信道产生的随机时延。高速铁路通信系统的移动模型被刻画为半马尔可夫过程,而无线信道瞬时数据速率相应构建为半马尔可夫调制过程。考虑大尺度衰落与小尺度衰落共同影响下的信道变化情况,通过数据速率半马尔可夫调制过程可以分析得出高速铁路通信系统的随机服务曲线。基于随机网络演算理论推导,列车控制业务的随机时延上边界可以通过矩母函数(MGF)与互补累计分布函数(CCDF)两种方式获得。对比理论分析结果与仿真结果表明,提出的高速铁路通信系统建模方案能有效分析系统的QoS性能,为未来铁路通信系统向LTE-R演进提供良好的理论支持。在高速公路场景,考虑其复杂的网络拓扑结构,本文提出了一个结合LTE网络与IEEE802.11协议在内的新型车载自组织网络架构,并基于随机网络演算理论,分析该网络架构中由无线信道产生的随机时延。由于高速公路中车辆行驶速度的高度变化,半马尔可夫过程中的逗留时间服从几何分布,故LTE网络中车辆的移动模型将弱化为马尔可夫过程。在使用IEEE802.11协议的车辆簇中,引入数据包接入时延指标来获取随机服务曲线。利用随机网络演算的级联特性,将提出的车载自组织网络建模为多个动态服务器的级联,并通过MGF方式推导出系统等效服务器的服务曲线。基于随机网络演算理论可以获得高速公路无线通信系统端到端时延的上边界。对比仿真结果表明,多跳网络建模方案能够准确分析系统QoS性能,同时,提出的系统架构满足未来车联网发展的QoS性能指标要求。