Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, περιλαμβάνονται πρωτότυπες μελέτες, αναλύσεις, μηχανισμοί και υλοποιήσεις οι οποίες αφενός βελτιώνουν την επίδοση των συστημάτων ομότιμων κόμβων και αφετέρου διαφωτίζουν τους νόμους και τις αρχές που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Πρώτον, μελετάται η διαχείριση των πόρων των ομότιμων κόμβων σε δενδροειδή δίκτυα για τη μετάδοση βίντεο πραγματικού χρόνου. Προτείνονται, αναλύονται και υλοποιούνται δύο καινοτόμοι αλγόριθμοι οι οποίοι, εν αντιθέσει με την τρέχουσα πρακτική, λαμβάνουν υπόψη τον διαφορετικό αριθμό απογόνων που έχει ένας κόμβος σε διαφορετικά δένδρα. Οι αλγόριθμοι αυτοί επιτυγχάνουν σημαντική αύξηση του λόγου παράδοσης πακέτων και εκμεταλλεύονται το εύρος ζώνης ανερχόμενης ροής των κόμβων πιο αποδοτικά. Επιπλέον, έχει αναπτυχθεί και υλοποιηθεί ένας εφεδρικός μηχανισμός για την ανάκαμψη της μετάδοσης του βίντεο ύστερα από αποσυνδέσεις. Δεύτερον, διατυπώνεται και επιλύεται για πρώτη φορά το πρόβλημα της εκχώρησης στρωμάτων ποιότητας κλιμακοθετήσιμου βίντεο στους συμμετέχοντες ομότιμους κόμβους ενός ασύρματου αδόμητου δικτύου. Αναλύονται και υλοποιούνται δύο προσεγγίσεις οι οποίες επιφέρουν αύξηση στον αριθμό των στρωμάτων που λαμβάνουν οι κόμβοι κατά μέσο όρο -και κατ' επέκταση στην ποιότητα του βίντεο- ενώ παράλληλα διασφαλίζουν δικαιοσύνη στην εκχώρηση των πόρων του δικτύου. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων τεχνικών ενισχύεται από προσομοιώσεις με πραγματικές αλληλουχίες βίντεο. Τρίτον, προτείνεται και υλοποιείται ένας καινοτόμος μηχανισμός ο οποίος εκχωρεί σε έναν κόμβο εναλλακτικές διαδρομές για τη μετάδοση του βίντεο με τρόπο που μεγιστοποιεί τον αριθμό των μεταδιδόμενων στρωμάτων. Παράλληλα, δίνει τη δυνατότητα και στον παραλήπτη του βίντεο να εκμεταλλευτεί διαθέσιμους κόμβους ώστε να αυξήσει το εύρος ζώνης κατερχόμενης ροής. Τέταρτον, παρουσιάζεται ένα νέο μοντέλο κινητικότητας παρουσία εμποδίων το οποίο, εν αντιθέσει με υπάρχοντα μοντέλα, δεν παράγει ντετερμινιστικές διαδρομές, παράγοντας έτσι πιο ρεαλιστικούς τρόπους κίνησης. Με βάση το μοντέλο αυτό, προτείνεται μία νέα μεθοδολογία ανάλυσης και παράγονται αναλυτικές εκφράσεις για την κατανομή των κόμβων στο χώρο. Επίσης, παρουσιάζεται μια εξελιγμένη έκδοση του παραπάνω μοντέλου που περιλαμβάνει κίνηση κατά ομάδες και είναι κατάλληλη για χρήση σε προσομοιώσεις ασύρματων δικτύων έκτακτης ανάγκης. Και τα δύο μοντέλα έχουν υλοποιηθεί ως δομικά στοιχεία δημοφιλούς προσομοιωτή δικτύων. Τέλος, ως περίπτωση εφαρμογής των ως άνω μοντέλων, έχει προσομοιωθεί και αναλυθεί η επίδρασή τους στην επικοινωνία φωνής μεταξύ των ομότιμων κόμβων. Τέλος, προτείνεται, υλοποιείται και αναλύεται ένα καινοτόμο πρωτόκολλο σύναψης σχέσεων εμπιστοσύνης κατάλληλο για ασύρματα δίκτυα ομότιμων κόμβων. Με βάση τις αρχές του πρωτοκόλλου αυτού, έχουν αναπτυχθεί και υλοποιηθεί δύο νέα πρωτόκολλα για την ασφαλή εκκίνηση συνόδων επικοινωνίας μεταξύ ομότιμων κόμβων σε ασύρματα δίκτυα.