CN101193042B - 一种无线网状网络介质访问控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线网状网络介质访问控制机制。它通过在支持多通道的无线射频芯片上构建基于同步通道切换机制的介质访问控制架构，并在网络运行过程中采用基于所述介质访问控制架构的适应性传输机制来自适应地选择高质量通道进行通信和分布式的通道切换模式选择方法来实现更大程度的并发传输，总体构成一个面向工业现场应用的无线网状网络高可靠的介质访问控制机制。本发明能充分利用物理射频硬件提供的多通道能力，优化无线网络在存在多网络共存、多径现象、以及较强电磁噪声的工业通信环境下的性能，保证在恶劣的工业射频环境中的高通信质量。

Description

一种无线网状网络介质访问控制方法

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术，具体地说明是一种面向工业现场应用的无网状(MESH)网络高可靠介质访问控制(MAC)方法。

背景技术

与有线网络相比，无线网络具有无需布线、易于维护的特点，对于工业应用而言这无疑是一个巨大的优势。随着无线通信技术的成熟与成本的降低，工业网络无线化已成为趋势之一，一个典型的工业无线监控网络如附图1所示，大量的无线传感器节点分布在工业现场的各个监测点上，这些节点自组织地形成网络，并将现场监测数据以多跳的方式传回网关节点。工业网络无线化带来便利的同时，也带来了诸多新的问题，比如，为了满足工业监控网络不同层次的应用需求，工业环境中往往需要共存多种类型的无线网络，如IEEE 802.11网络、蓝牙网络、IEEE 802.15.4网络等，这些网络大都集中在2.4GHz的ISM共享频段上，它们彼此间的干扰会严重影响各自的正常操作，此外，工业环境中的射频通信条件通常较为恶劣，厂房中遍布的各种类型的大型器械、金属管道等物体对无线射频的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生的电磁噪声，都会严重干扰射频信号的正确接收。

为了提高在上述较为恶劣的工业射频环境中的通信质量，研究人员采用诸如扩频技术、自适应天线技术、分集技术等物理层射频通信技术来提高射频硬件的抗干扰能力。然而，这些物理层技术往往会极大地增加射频硬件的复杂度，进而导致硬件成本的上升而不利于节点在工业环境中大规模应用。

由于目前主流的射频芯片都提供了多通道能力，如IEEE 802.11b提供了14个通道(其中不存在重叠的通道数量为3个)，IEEE 802.15.4提供了16个互不重叠的通道，Mica2、WINS等射频芯片也都提供了多通道能力，这就为通过软件协议手段避开通信质量不好的个别通道从而提高网络抗干扰能力提供了可能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能保证在恶劣的工业射频环境中高通信质量的无线网状网络MAC机制，采用本发明可充分利用物理射频硬件提供的多通道能力，优化网络在工业环境下的性能。

本发明技术方案包括以下内容：

通过在支持多通道的无线射频芯片上构建基于同步通道切换机制的介质访问控制架构，并在网络运行过程中采用基于所述介质访问控制架构的适应性传输机制来自适应地选择高质量通道进行通信和分布式的通道切换模式选择方法来实现更大程度的并发传输，总体构成一个面向工业现场应用的无线网状网络访问控制方法；其中：

1)建立基于同步通道切换机制的介质访问控制架构：网络中的所有节点在网络时间同步的前提下，按照各自选定的通道切换模式进行同步的通道切换；1-跳邻居节点间通过交换并保存各自的通道切换模式，在需要通信时切换到目的节点当前的操作通道上进行通信，并在通信完成后切换回自己的操作通道；所述通道切换模式在其加入网络时选定，并在网络运行过程中保持不变；

2)基于所述介质访问控制架构的适应性传输机制：网络运行时，网络中的每个节点对其每个1-跳邻居节点维护一个通道质量评估表，并实时地对它和每个1-跳邻居节点在所有通道上的通道质量进行统计评估，并把通道质量评估值低于预设阈值的通道列入“黑名单”；所述节点在发送报文时，若当前排在队首的报文的目的节点在当前时隙的操作通道已被列入“黑名单”，则在当前时隙不发送该报文，而是由队首向队尾方向逐个搜索，直到找到第一个目的节点在当前时隙的操作通道未被列入“黑名单”的报文，并发送该报文；若发送等待队列中的所有报文的目的节点在当前时隙的操作通道都被列入“黑名单”，则当前时隙不发送报文，并且，对在当前时隙发送失败的报文的重传操作将在后继时隙进行；

3)基于所述MAC架构的分布式通道切换模式选择方法：节点在加入网络时，首先启动扫描过程收集2-跳邻居节点集合中各节点的通道切换模式信息，然后遵循以下两条规则选择自己的通道切换模式：

在可用通道切换模式数量不小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择一个未被使用的通道切换模式；

在可用通道切换模式数量小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择复用次数最少的通道切换模式；

步骤1)中通道切换模式为：由<通道切换序列、起始通道>二元组唯一决定，所有节点遵循相同的预配置好的通道切换序列，对于同一通道切换序列，通过选择不同的起始通道来选择不同的通道切换模式；通道切换序列为所有可用通道的一个选定排列，所有通道切换序列的数量为可用通道编号的阶乘；所述通道切换模式的数量等于可用通道的数量；对于所有使用不同通道切换模式的节点在所有时隙的操作通道都不相同；1-跳邻居节点可以使用不同的通道切换模式。

以通道切换帧为时隙的基本组织单位，通道切换帧中的时隙又分为普通时隙和广播时隙两类，在通道切换帧中，每隔至少一个普通时隙，***一个广播时隙；在所述普通时隙，节点的操作通道由节点本身在加入网络时选定的通道切换模式决定，在该类时隙中，节点与其1-跳邻居节点可能处于不同的操作通道，因而在该类时隙进行点到点的单播通信；在所述广播时隙，节点的操作通道由全网一致的广播时隙通道切换模式决定；广播时隙通道切换模式由网关节点在发起网络形成过程之前选定，网络中的所有节点都根据广播时隙通道切换模式决定其在各广播时隙的操作通道。

所述通道切换帧中时隙的长度为保证至少容纳一次完整的基于竞争机制的传输过程，具体包括：随机退避时间，数据帧传输时间，以及等待和接收应答时间。

步骤2)中所述的通道质量评估值是采用窗口平均的指数加权滑动平均方法对最近一段时间通道上的报文发送成功率进行处理获得的；步骤2)中对于每次报文发送，发送节点将会期待目的节点返回一个针对该报文的应答帧，若发送节点在设定超时间隔内没有收到应答帧，发送节点将会在后继时隙在一个不同的通道上进行重新发送报文。

本发明的优点：

1)使用本发明所述MAC机制的无线MESH网络，有能力在与其它网络共存时，成为“好邻居”。即一方面，本发明所提MAC机制可以通过为其它网络预留频率范围避免对其它网络的干扰，另一方面通过适应性传输机制来降低来自其它网络的干扰对本网络造成的影响。

2)使用本发明所述MAC机制的无线MESH网络，在工业射频环境下具有良好的抗窄带干扰和抗多径能力。工业射频环境下的窄带干扰和多径现象通常只会时变地影响部分通道的通信质量，在本发明基于同步通道切换机制的MAC架构下，通过适应性传输机制，能够在很大程度上避免在这些通信质量不好的通道上进行传输，从而保证网络整体的通信质量。

3)使用本发明所述MAC机制的无线MESH网络，由于能够有效支持并发传输，可显著提高网络吞吐量。在本发明基于同步通道切换机制的MAC架构下，网络中各节点通过分布式的通道切换模式选择方法，分割冲突域，实现更大程度上的并发传输，从而提高网络吞吐量。

附图说明

图1为一个典型的工业无线MESH网络结构示意图。

图2为一个1-跳邻居和2-跳邻居节点示意图。

图3为一个具有16个可用通道(0～15)的通道切换帧结构示意图。

图4为适应性传输机制下报文发送过程时序图。

图5为节点加入网络时扫描过程时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

本发明的适用条件：

无线MESH网络实现网络时间同步是本发明实施的前提。关于无线MESH网络的网络时间同步，目前已有大量研究成果发表，例如Elson等人提出的RBS(Reference Broadcast Synchronization)算法，Ganeriwal等人提出的TPSN(Timing Synchronization Protocol for Sensor Networks)算法等都可用于进行本发明所需的网络时间同步。需要指出的是，由于绝大多数的网络时间同步算法都依赖于同步报文的广播发送，在本发明中，这些同步报文将在下文所述广播时隙发送。由于在目前的网络时间同步算法中，同步报文的发送间隔通常在分钟级，而广播时隙的间隔通常是亚秒级，因此上述限制并不会影响到网络时间同步精度。

本发明中涉及到的概念如下：

1)时隙：节点进行同步通道切换的基本时间单位，即进行通道切换时在一个通道上停留的时间。关于通道时隙长度的设定，应保证其不小于进行一次完整的基于竞争机制的传输过程所需的时间(具体包括：最大随机退避时间，数据帧传输时间，以及等待和接收应答帧的时间)。

2)通道切换序列：所有可用通道的一个选定排列。如假定有8个可用通道，编号为0～7，则可能的通道切换序列可以是诸如(0，1，2，3，4，5，6，7)，(0，2，4，6，1，3，5，7)等共8！种。

3)通道切换模式：通道切换模式由二元组(通道切换序列，起始通道)唯一决定。对于同一通道切换序列，比如(0，1，2，3，4，5，6，7)，选择不同的起始通道2和3，则分别对应于不同的通道切换模式(2，3，4，5，6，7，0，1，2，…)和(3，4，5，6，7，0，1，2，3…)。需要指出的是，在本发明中，所有节点遵循相同的预配置好的通道切换序列，通过选择不同的起始通道来选择不同的通道切换模式。由此，自然地得到以下两个结论：①可用通道切换模式的数量等于可用通道的数量；②对于所有使用不同通道切换模式的节点，它们在所有时隙的操作通道都不相同。对于每个节点，其通道切换模式在其加入网络时选定，并在网络运行过程中保持不变。

4)节点V的k-跳邻居：对于网络中的任意节点U，若节点U到节点V的最短路径长度不大于k，则称节点U是节点V的k-跳邻居，节点V的所有k-跳邻居形成的集合称为节点V的k-跳邻居集合。例如在附图2中，设节点的射频覆盖半径为R，则对于第一节点A而言，其1-跳邻居集合只包含第二节点B，而其2-跳邻居集合中则包括第二节点B和第三节点C。显然，节点间的直接通信只能在1-跳邻居节点间进行。

在本发明所提的无线网状网络MAC机制中，首先建立了一个基于同步通道切换机制的MAC架构，基于该MAC架构，通过适应性的传输机制及分布式的通道切换模式选择方法，实现面向工业现场应用的无线MESH网络高可靠的MAC机制。

基于同步通道切换机制的MAC架构：

网络中的所有节点在网络时间同步的前提下，按照各自选定的通道切换模式在所有可用的通道上(可以是射频硬件能够支持的所有通道，也可以是出于兼容其它网络的目的针对其它网络所占用的特定频率范围进行预留后剩下的可用通道)进行同步的通道切换。

其中通道切换模式的选择在节点加入网络时进行。在本发明中，节点可能与其1-跳邻居节点选择不同的通道切换模式。若第一节点A和第二节点B为1-跳邻居，并且它们选择了不同的通道切换模式，则它们在各个时隙的操作通道都不相同。如果第一节点A在某一特定时隙想要向第二节点B发送数据，则第一节点A必须首先将自己的射频切换到第二节点B在当前时隙的操作通道，然后才能启动发送过程。完成这一操作的前提是第一节点A必须事先知道第二节点B的通道切换模式。也就是说，对于网络中的任意节点，为了保证其能够在任意时隙与任意1-跳邻居节点通信，必须首先收集其1-跳邻居集合中各节点的通道切换模式信息，从而获知这些节点在任意时隙的操作通道。在本发明中，邻居节点通道切换模式信息的收集时机选在节点加入网络时刻执行，并且，由于节点在选择自己的通道切换模式时依赖于其2-跳邻居集合中各节点的通道切换模式信息，因而节点在加入网络时需要收集其2-跳邻居集合中各节点的通道切换模式信息。

建立通道切换帧：由于相邻节点可能使用不同的通道切换模式，这就导致一个节点广播的数据包可能只能被部分1-跳邻居节点收到。当上层协议要求使用广播服务时，将可能会引发问题。为了对广播服务提供更好的支持，本发明引入了通道切换帧的概念。通道切换帧是通道时隙的基本组织单位。根据是否支持广播/多播操作，通道切换帧中的时隙又分为普通时隙和广播时隙两类，如附图3所示。其中：

在普通时隙，节点的操作通道由自己在加入网络时选定的通道切换模式决定，相邻节点可能由于采用了不同的通道切换模式而处于不同的操作通道，因而在这种时隙只能进行相邻节点间点到点的单播通信。而在广播时隙，节点的操作通道由全网一致的广播时隙通道切换模式决定。广播时隙通道切换模式由网关节点在发起网络形成过程之前选定，网络中的所有节点都遵循该通道切换模式决定在各广播时隙的操作通道。网络中的所有节点在任一广播时隙都处于相同的操作通道，从而使用广播时隙可有效支持广播/多播操作。在通道切换帧中，每隔一定数量的普通时隙，***一个广播时隙，广播时隙之间的间隔为可配置参数，通常的取值范围为4～8(本实施例为广播时隙之间设4个普通时隙)，但也可视具体应用中广播流量的多少而做调整。

在每个时隙，想要发送报文的节点将射频切换到报文的目的节点当前时隙的操作信道后，采用基于竞争机制的信道访问控制方法(如CSMA/CA算法)进行信道竞争和数据发送。

在上述基于同步通道切换机制的MAC架构下，本发明设计了适应性传输机制来提高网络在工业射频环境下的通信可靠性，并通过一种分布式的通道切换模式选择方法，实现并发通信，提高网络的吞吐量性能。

适应性传输机制：

网络运行时，网络中的每个节点对其每个1-跳邻居节点维护一个通道质量评估表，并实时地对它和每个1-跳邻居节点间在所有通道上的通信质量进行统计评估，将得到的通道质量评估值与预设的阈值进行比较，并把通道质量评估值低于预设阈值的通道列入“黑名单”。节点在发送报文时，通过下文中的报文发送规则避免在被列入“黑名单”的通道上进行发送。

通道质量评估表结构如表1所示。

表1通道质量评估表

节点V对其某个(如第i个)1-跳邻居节点N_i在第j个通道CH_j上的通信质量评估是基于以下方法进行的：假设最近一段时间t内节点V在第j个通道CH_j上向第i个1-跳邻居节点N_i总共进行了m次发送，其中发送成功的次数为s次(即收到了s个应答帧)采用窗口平均的指数加权滑动平均方法WMEWMA(t，α)，计算周期t内的平均通道质量并利用平滑系数α∈[0，1]对其进行平滑，则节点V对其第i个1-跳邻居节点N_i在第j个通道CH_j上的通道质量估计值

为：

$\hat{P}(N_i,{\mathrm{CH}}_j)=\mathrm{\&alpha;}*{\hat{P}}^{\&prime;}(N_i,{\mathrm{CH}}_j)+(1-a)*(s/m)$

上式中为上一周期的通道质量评估值。改变t和α值即可获得不同的估计效果。例如，采用比较大的t和α值可以得到较为稳定的通道质量估计器，而采用比较小的t和α值则可以得到较为灵敏的通道质量估计器。节点刚加入网络时，其通道质量估计值初始化为1。

在获得通道质量评估值后，将该评估值与预设阈值进行比较，将低于预设阈值的通道列入“黑名单”。

在每个时隙，对于网络中的每个节点，遵循以下规则从发送队列中挑选报文进行发送：

报文发送规则：根据节点发送队列中各报文的目的节点在当前时隙的操作通道是否被列入“黑名单”，优先挑选目的节点在当前时隙操作通道未被列入“黑名单”的报文进行发送。

1)每个节点上的等待发送报文在节点的发送等待队列中按照先进先出的原则进行排队。

2)若当前排在队首的报文的目的节点在当前时隙的操作通道已被列入“黑名单”，则在当前时隙不发送该报文，而是由队首向队尾方向逐个搜索，直到找到第一个目的节点在当前时隙的操作通道未被列入“黑名单”的报文，并发送该报文。若发送等待队列中的所有报文的目的节点在当前时隙的操作通道都被列入“黑名单”，则当前时隙不发送报文，除非满足第3条规则。

3)由于无线通道质量常常是时变的，为了能够在被列入“黑名单”的通道质量变好时重新恢复对通道的使用，必须保证每隔一段固定的时间在“黑名单”通道上至少发送一次报文，以保持对该通道质量评估的进行。

上述规则的实施效果在于：在每个时隙，若有多个分组等待发送，则发送成功率较高的报文能够得到优先发送，而在当前时隙发送成功率较低的报文则被推迟到后继时隙进行发送。对于因目的节点在当前时隙被列入“黑名单”而推迟发送的报文，由于在后继时隙，该报文的目的节点的操作通道发生了切换，因而可以在质量较好的通道上进行发送。简而言之，该规则达到的整体效果是使网络中的报文尽可能地在质量较好的通道上发送，从而提高报文发送的成功率。

具体的报文发送过程如附图4所示。对于每次报文发送，发送节点将会期待目的节点返回一个针对该报文的应答帧，若发送节点在设定超时间隔内没有收到应答帧，发送节点将会重新发送报文，但是重新发送并不在当前时隙进行，而是在后继时隙按上述发送规则在一个不同的通道上进行，从而提高报文在其目的节点当前时隙操作通道受到干扰情况下重传的成功率。若某个报文超出最大预设重传次数仍未发送成功，则丢弃该报文，并向上层协议指示发送失败。

通道切换模式选择方法：

在基于同步通道切换机制的MAC架构下，位于彼此射频覆盖范围内的节点可以通过选择不同的通道切换模式，分割冲突域，从而实现并发通信，提高网络吞吐量。在本发明中，节点在加入网络时，首先启动扫描过程收集2-跳邻居节点集合中各节点的通道切换模式信息，然后遵循以下两条规则选择自己的通道切换模式：

①在可用通道切换模式数量不小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择一个未被使用的通道切换模式；

②在可用通道切换模式数量小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择复用次数最少的通道切换模式；

其中，规则②是为了在可用的通道切换模式的数量不足以保证2-跳邻居节点集合中的各节点使用不同的通道切换模式时，尽量将该集合中的各节点均匀地分配到可用的通道切换模式上。

在规则中之所以限定2-跳邻居节点集合，是因为在无线多跳网络中，通常认为网络中的任一节点与其2-跳邻居节点集合中的所有节点构成一个冲突域，即对于网络中的任一节点发起的通信，通常认为只能被该节点的2-跳邻居节点集合中的节点同时发起的通信干扰到。

新节点加入网络：

新节点加入网络的步骤如下：

1)启动扫描过程来进行信标帧的收集，与网络进行时隙同步，通道切换帧的同步，以及收集2-跳邻居节点集合中各节点的通道切换模式信息；

2)根据收集到的2-跳邻居节点集合中各节点的通道切换模式信息，按照上文所述的通道切换模式选择方法，选择自己的通道切换模式；

3)新加入节点将自己选择的通道切换模式通知其1-跳邻居节点，节点加入过程完成；

4)节点加入过程完成后，新加入节点即可按照自己选择的通道切换模式进行相应的操作。

扫描过程：

时隙同步，通道切换帧同步，以及通道切换模式信息的收集是通过扫描过程完成的，具体而言，是通过在扫描过程中从已经加入网络的1-跳邻居节点接收信标帧来实现。在描述扫描过程的具体步骤之前，有必要先对信标帧进行解释。

本发明不对信标帧的具体格式进行规定，但信标帧中至少应包含以下信息：

①通道切换序列；

②通道时隙的长度；

③当前通道时隙的起始时刻；

④广播时隙间隔；

⑤当前时隙的类型(普通时隙，或者广播时隙)；

⑥若当前时隙为普通时隙，信标帧中还应包含其发送节点及该发送节点的所有1-跳邻居节点在当前时隙的操作通道，当前时隙距离下一广播时隙的偏移(单位为时隙个数)，以及下一广播时隙的操作通道；若当前时隙为广播时隙，信标帧中还应包含其发送节点及该发送节点的所有1-跳邻居节点在下一时隙的操作通道。

想要加入网络的节点，只要从任何一个1-跳邻居节点接收到一个信标帧，即可根据其中所包含的信息②③完成与网络的时隙同步，通过信息①④⑤⑥完成与通道切换帧的同步，并通过信息①⑥获取该信标帧发送节点及该发送节点的所有1-跳邻居节点的通道切换模式信息。当该想要加入节点从其1-跳邻居集合中的每个节点都接收到至少一个信标帧后，该节点也就完成了对其所有1-跳邻居节点及其各1-跳邻居节点的一跳邻居节点的通道切换模式信息的收集，也就完成了2-跳邻居节点集合中所有节点的通道切换模式信息的收集。

扫描过程的具体步骤：

想要加入网络的节点首先发送信标请求帧，而收到信标请求帧的1-跳邻居节点随后发回信标帧。具体步骤如附图5所示：

1)欲加入网络节点首先随机选择一个通道CH_i，然后在该通道上采用CSMA/CA算法发送信标请求帧，则当前所有操作通道为CH_i的1-跳邻居节点都有可能收到该信标请求帧。

2)所有收到信标请求帧的节点都会发回一个信标帧。为了避免多个节点同时发回信标帧而发生碰撞，节点在收到信标请求帧而发回信标帧时，采用CSMA/CA算法竞争信道。

3)欲加入网络节点在发出信标请求帧后，若在一个时隙的时间里没有收到信标帧，则在通道CH_i上重发信标请求帧。该步骤反复进行直至收到信标帧。

4)欲加入网络节点在收到第一个信标帧以后，通过对该信标帧的解码和相关信息的提取，实现时隙同步和通道切换帧的同步。

5)此后，欲加入网络节点将在随后的第一个广播时隙在该广播时隙的操作通道CH_j上发送信标请求帧，所有收到信标帧的节点采用CSMA/CA算法返回信标帧(返回信标帧的操作可以在收到信标请求帧的广播时隙和随后的若干普通时隙进行)。欲加入网络节点在发送完信标请求帧后将射频芯片置于接收状态并将操作通道保持通道CH_i上，进行信标帧的接收，接收过程持续预设的一段时间后结束扫描过程。

在步骤5中，尽管在广播时隙所有的节点都处于相同的通道，但欲加入网络节点发出的信标请求帧仍有可能未被所有的1-跳邻居节点正确接收到，为了尽可能完全的收集到所有2-跳邻居节点的通道切换模式信息，步骤5可以重复进行多次。需要指出的是，由于在每个时隙节点采用基于竞争机制使用信道，即使没有完全收集到所有2-跳邻居节点的通道切换模式信息，也只对冲突域的划分效果有影响，而不会影响到本发明所提MAC机制的正确运行。

综上，本发明能充分利用物理射频硬件提供的多通道能力，优化无线网络在存在多网络共存、多径现象、以及较强电磁噪声的工业通信环境下的性能。本发明提出的基于同步通道切换策略的高可靠MAC机制，一方面可以通过适应性传输机制，使得网络能够在其部分通道受到来自其它类型网络、电磁噪声或多径效应的干扰时，自适应地跳过被干扰通道而选择高质量通道进行通信，从而保证通信效果；另一方面，本发明所述机制也可为其它网络预留特定的频率范围，以降低对其它网络的干扰。与此同时，本发明通过一种分布式的通道切换模式选择方法，让网络中的任一节点与其2-跳邻居节点集合中的结点尽量选择不同的通道切换模式，从而达到分割冲突域，实现并发传输，从而提高网络有效吞吐量的效果。

Claims (9)

1.一种无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：通过在支持多通道的无线射频芯片上构建基于同步通道切换机制的介质访问控制架构，并在网络运行过程中采用基于所述介质访问控制架构的适应性传输机制来自适应地选择高质量通道进行通信和分布式的通道切换模式选择方法来实现更大程度的并发传输，总体构成一个面向工业现场应用的无线网状网络的介质访问控制方法；其中：

1)建立基于同步通道切换机制的介质访问控制架构：网络中的所有节点在网络时间同步的前提下，按照各自选定的通道切换模式进行同步的通道切换；1-跳邻居节点间通过交换并保存各自的通道切换模式，在需要通信时切换到目的节点当前的操作通道上进行通信，并在通信完成后切换回自己的操作通道；所述通道切换模式在其加入网络时选定，并在网络运行过程中保持不变；

2)基于所述介质访问控制架构的适应性传输机制：网络运行时，网络中的每个节点对其每个1-跳邻居节点维护一个通道质量评估表，并实时地对它和每个1-跳邻居节点在所有通道上的通道质量进行统计评估，并把通道质量评估值低于预设阈值的通道列入“黑名单”；所述节点在发送报文时，若当前排在队首的报文的目的节点在当前时隙的操作通道已被列入“黑名单”，则在当前时隙不发送该报文，而是由队首向队尾方向逐个搜索，直到找到第一个目的节点在当前时隙的操作通道未被列入“黑名单”的报文，并发送该报文；若发送等待队列中的所有报文的目的节点在当前时隙的操作通道都被列入“黑名单”，则当前时隙不发送报文，并且，对在当前时隙发送失败的报文的重传操作将在后继时隙进行；

3)基于所述介质访问控制架构的分布式通道切换模式选择方法：节点在加入网络时，首先启动扫描过程收集2-跳邻居节点集合中各节点的通道切换模式信息，然后遵循以下两条规则选择自己的通道切换模式：

在可用通道切换模式数量不小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择一个未被使用的通道切换模式；

在可用通道切换模式数量小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择复用次数最少的通道切换模式；

步骤1)中通道切换模式为：由<通道切换序列、起始通道>二元组唯一决定，所有节点遵循相同的预配置好的通道切换序列，对于同一通道切换序列，通过选择不同的起始通道来选择不同的通道切换模式；通道切换序列为所有可用通道的一个选定排列，所有通道切换序列的数量为可用通道编号的阶乘。

2.按照权利要求1所述无线网状网络介质控制方法，其特征在于：所述通道切换模式的数量等于可用通道的数量；对于所有使用不同通道切换模式的节点在所有时隙的操作通道都不相同；1-跳邻居节点可以使用不同的通道切换模式。

3.按照权利要求1所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：以通道切换帧为时隙的基本组织单位，通道切换帧中的时隙又分为普通时隙和广播时隙两类，在通道切换帧中，每隔至少一个普通时隙，***一个广播时隙。

4.按照权利要求3所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：在所述普通时隙，节点的操作通道由节点本身在加入网络时选定的通道切换模式决定，在该类时隙中，节点与其1-跳邻居节点可能处于不同的操作通道，因而在该类时隙进行点到点的单播通信。

5.按照权利要求3所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：在所述广播时隙，节点的操作通道由全网一致的广播时隙通道切换模式决定；广播时隙通道切换模式由网关节点在发起网络形成过程之前选定，网络中的所有节点都根据广播时隙通道切换模式决定其在各广播时隙的操作通道。

6.按照权利要求3或5所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：所述广播时隙之间的间隔为可配置参数，取值范围为4～8个普通时隙。

7.按照权利要求3所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：所述通道切换帧中时隙的长度为保证至少容纳一次完整的基于竞争机制的传输过程，具体包括：随机退避时间，数据帧传输时间，以及等待和接收应答时间。

8.按照权利要求1所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：步骤2)中所述的通道质量评估值是采用窗口平均的指数加权滑动平均方法对最近一段时间通道上的报文发送成功率进行处理获得的。

9.按照权利要求1所述无线网状网络介质访问控制方法，其特征在于：步骤2)中对于每次报文发送，发送节点将会期待目的节点返回一个针对该报文的应答帧，若发送节点在设定超时间隔内没有收到应答帧，发送节点将会在后继时隙在一个不同的通道上进行重新发送报文。

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