一種無線網狀網絡介質訪問控制機制的製作方法

2023-06-22 04:51:36 1

專利名稱：：一種無線網狀網絡介質訪問控制機制的製作方法
技術領域：
：本發明涉及無線網絡通信技術，具體地說明是一種面向工業現場應用的無網狀(MESH)網絡高可靠介質訪問控制(MAC)機制。
背景技術：
：與有線網絡相比，無線網絡具有無需布線、易於維護的特點，對於工業應用而言這無疑是一個巨大的優勢。隨著無線通信技術的成熟與成本的降低，工業網絡無線化已成為趨勢之一，一個典型的工業無線監控網絡如附圖l所示，大量的無線傳感器節點分布在工業現場的各個監測點上，這些節點自組織地形成網絡，並將現場監測數據以多跳的方式傳回網關節點。工業網絡無線化帶來便利的同時，也帶來了諸多新的問題，比如，為了滿足工業監控網絡不同層次的應用需求，工業環境中往往需要共存多種類型的無線網絡，如IEEE802.11網絡、藍牙網絡、IEEE802.15.4網絡等，這些網絡大都集中在2.4GHz的ISM共享頻段上，它們彼此間的幹擾會嚴重影響各自的正常操作，此外，工業環境中的射頻通信條件通常較為惡劣，廠房中遍布的各種類型的大型器械、金屬管道等物體對無線射頻的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時產生的電磁噪聲，都會嚴重幹擾射頻信號的正確接收。為了提高在上述較為惡劣的工業射頻環境中的通信質量，研究人員採用諸如擴頻技術、自適應天線技術、分集技術等物理層射頻通信技術來提高射頻硬體的抗幹擾能力。然而，這些物理層技術往往會極大地增加射頻硬體的複雜度，進而導致硬體成本的上升而不利於節點在工業環境中大規模應用。由於目前主流的射頻晶片都提供了多通道能力，如正EE802.11b提供了14個通道(其中不存在重疊的通道數量為3個)，正EE802.15.4提供了16個互不重疊的通道，Mica2、WINS等射頻晶片也都提供了多通道能力，這就為通過軟體協議手段避開通信質量不好的個別通道從而提高網絡抗幹擾能力提供了可能。
發明內容為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種能保證在惡劣的工業射頻環境中高通信質量的無線網狀網絡MAC機制，釆用本發明可充分利用物理射頻硬體提供的多通道能力，優化網絡在工業環境下的性能。本發明技術方案包括以下內容通過在支持多通道的無線射頻晶片上構建基於同步通道切換機制的介質訪問控制架構，並在網絡運行過程中採用基於所述介質訪問控制架構的適應性傳輸機制來自適應地選擇高質量通道進行通信和分布式的通道切換模式選擇方法來實現更大程度的並發傳輸，總體構成一個面向工業現場應用的無線網狀網絡高可靠的介質訪問控制機制；其中建立基於同步通道切換機制的介質訪問控制(MAC)架抅網絡中的所有節點在網絡時間同步的前提下，按照各自選定的通道切換模式進行同步的通道切換；1-跳鄰居節點間通過交換並保存各自的通道切換模式，在需要通信時切換到目的節點當前的操作通道上進行通信，並在通信完成後切換回自己的操作通道；基於所述MAC架構的適應性傳輸機制網絡運行時，網絡中的每個節點對其每個l-跳鄰居節點維護一個通道質量評估表，並實時地對它和每個l-跳鄰居節點在所有通道上的通道質量進行統計評估，並把通道質量評估值低於預設闊值的通道列入"黑名單"；所述節點在發送報文時，根據報文發送規則優先發送當前時隙其目的節點操作通道不在"黑名單"上的報文;並且，對在當前時隙發送失敗的報文的重傳操作將在後繼時隙進行；基於所述MAC架構的分布式通道切換模式選擇方法通過將任一節點與其2-跳鄰居節點集合中的所有節點平均分配到所有可用的通道切換模式上，實現並發傳輸，提高網絡吞吐量。本發明所述通道切換序列為所有可用通道的一個選定排列，所有通道切換序列的數量為可用通道編號的階乘；步驟l)中所述通道切換模式為由二元組唯一決定，對於同一通道切換序列，選擇不同的起始通道來獲得不同的通道切換模式；所述通道切換模式在其加入網絡時選定，並在網絡運行過程中保持不變；所述通道切換模式的數量等於可用通道的數量;對於所有使用不同通道切換模式的節點在所有時隙的操作通道都不相同；1-跳鄰居節點可以使用不同的通道切換模式。以通道切換幀為時隙的基本組織單位，通道切換幀中的時隙又分為普通時隙和廣播時隙兩類，在通道切換幀中，每隔至少一個普通時隙，插入一個廣播時隙(所述廣播時隙之間的間隔為可配置參數，取值範圍為4~8個普通時隙)。在所述普通時隙，節點的操作通道由節點本身在加入網絡時選定的通道切換模式決定，在該類時隙中，節點與其1-跳鄰居節點可能處於不同的操作通道，因而在該類時隙進行點到點的單播通信；在所述廣播時隙，節點的操作通道由全網一致的廣播時隙通道切換模式決定；廣播時隙通道切換模式由網關節點在發起網絡形成過程之前選定，網絡中的所有節點都根據廣播時隙通道切換模式決定其在各廣播時隙的操作通道。所述通道時隙的長度為保證至少容納一次完整的基於竟爭機制的傳輸過程，具體包括隨機退避時間，數據幀傳輸時間，以及等待和接收應答時間。步驟2)中所述的通道質量評估值是採用窗口平均的指數加權滑動平均方法對最近一段時間通道上的報文發送成功率進行處理獲得的；步驟2)中所述的報文發送規則，優先發送其目的節點在當前時隙的操作通道未被列入"黑名單"的報文，而將其目的節點在當前時隙的操作通道被列入"黑名單"的報文推遲到後繼時隙發送；步驟2)中所述對亍每次報文發送，發送節點將會期待目的節點返回一個針對該報文的應答幀，若發送節點在設定超時間隔內沒有收到應答幀，發送節點將會在後繼時隙在一個不同的通道上進行重新發送報文。步驟3)中所述通道切換模式選擇方法對於網絡中的每個節點，在可用通道切換模式數量大於該節點的2-跳鄰居節點集合中的結點數量時，選擇一個未被使用的通道切換模式；或是在可用通道切換模式數量小於2-跳鄰居節點集合中的結點數量時，選擇復用次數最少的通道切換模式。本發明的優點1)使用本發明所述MAC機制的無線MESH網絡，有能力在與其它網絡共存時，成為"好鄰居"。即一方面，本發明所提MAC機制可以通過為其它網絡預留頻率範圍避免對其它網絡的幹擾，另一方面通過適應性傳輸機制來降低來自其它網絡的幹擾對本網絡造成的影響。2)使用本發明所述MAC機制的無線MESH網絡，在工業射頻環境下具有良好的抗窄帶幹擾和抗多徑能力。工業射頻環境下的窄帶幹擾和多徑現象通常只會時變地影響部分通道的通信質量，在本發明基於同步通道切換機制的MAC架構下，通過適應性傳輸機制，能夠在很大程度上避免在這些通信質量不好的通道上進行傳輸，從而保證網絡整體的通信質量。3)使用本發明所述MAC機制的無線MESH網絡，由於能夠有效支持並發傳輸，可顯著提高網絡吞吐量。在本發明基於同步通道切換機制的MAC架構下，網絡中各節點通過分布式的通道切換模式選擇方法，分割衝突域，實現更大程度上的並發傳輸，從而提高網絡吞吐量。圖i為一個典型的工業無線MESH網絡結構示意圖。圖2為一個1-跳鄰居和2-跳鄰居節點示意圖。圖3為一個具有16個可用通道(:0~15)的通道切換幀結構示意圖。圖4為適應性傳輸機制下報文發送過程時序圖。圖5為節點加入網絡時掃描過程時序圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步詳細說明。本發明的適用條件無線MESH網絡實現網絡時間同步是本發明實施的前提。關於無線MESH網絡的網絡時間同步，目前已有大量研究成果發表，例如Elson等人提出的RBS(ReferenceBroadcastSynchronization)算法,Ganeriwal等人提出的TPSN(TimingSynchronizationProtocolforSensorNetworks)算法等都可用於進行本發明所需的網絡時間同步。需要指出的是，由於絕大多數的網絡時間同步算法都依賴於同步報文的廣播發送，在本發明中，這些同步報文將在下文所述廣播時隙發送。由於在目前的網絡時間同步算法中，同步報文的發送間隔通常在分鐘級，而廣播實隙的間隔通常是亞秒級，因此上述限制並不會影響到網絡時間同步精度。本發明中涉及到的概念如下1)時隙節點進行同步通道切換的基本時間單位，即進行通道切換時在一個通道上停留的時間。關於通道時隙長度的設定，應保證其不小於進行一次完整的基於竟爭機制的傳輸過程所需的時間(具體包括最大隨機退避時間，數據幀傳輸時間，以及等待和接收應答幀的時間)。2)通道切換序列所有可用通道的一個選定排列。如假定有8個可用通道，編號為0~7,則可能的通道切換序列可以是諸如(0,1，2,3，4，5,6，7),(0,2,4,6，1,3,5,7)等共8種。3)通道切換模式通道切換模式由二元組(通道切換序列，起始通道)唯一決定。對於同一通道切換序列，比如(0,1，2,3,4，5，6，7),選擇不同的起始通道2和3，則分別對應於不同的通道切換模式(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，在本發明中，所有節點遵循相同的預配置好的通道切換序列，通過選擇不同的起始通道來選擇不同的通道切換模式。由此，自然地得到以下兩個結論①可用通道切換模式的數量等於可用通道的數量；②對於所有使用不同通道切換模式的節點，它們在所有時隙的操作通道都不相同。對於每個節點，其通道切換模式在其加入網絡時選定，並在網絡運行過程中保持不變。4)節點V的k-跳鄰居對於網絡中的任意節點U,若節點U到節點V的最短路徑長度不大於k,則稱節點U是節點V的k-跳鄰居，節點V的所有k-跳鄰居形成的集合稱為節點V的k-跳鄰居集合。例如在附圖2中，設節點的射頻覆蓋半徑為R，則對於第一節點A而言，其l-跳鄰居集合只包含第二節點B，而其2-跳鄰居集合中則包括第二節點B和第三節點C。顯然，節點間的直接通信只能在1-跳鄰居節點間進行。在本發明所提的無線網狀網絡MAC機制中，首先建立了一個基於同步通道切換機制的MAC架構，基於該MAC架構，通過適應性的傳輸機制及分布式的通道切換模式選擇方法，實現面向工業現場應用的無線MESH網絡高可靠的MAC機制。基於同步通道切換機制的MAC架構網絡中的所有節點在網絡時間同步的前提下，按照各自選定的通道切換模式在所有可用的通道上(可以是射頻硬體能夠支持的所有通道，也可以是出於兼容其它網絡的目的針對其它網絡所佔用的特定頻率範圍進行預留後剩下的可用通道)進行同步的通道切換。其中通道切換模式的選擇在節點加入網絡時進行。在本發明中，節點可能與其1-跳鄰居節點選擇不同的通道切換模式。若第一節點A和第二節點B為l-跳鄰居，並且它們選擇了不同的通道切換模式，則它們在各個時隙的操作通道都不相同。如果第一節點A在某一特定時隙想要向第二節點B發送數據，則第一節點A必須首先將自己的射頻切換到第二節點B在當前時隙的操作通道，然後才能啟動發送過程。完成這一操作的前提是第一節點A必須事先知道第二節點B的通道切換模式。也就是說，對於網絡中的任意節點，為了保證其能夠在任意時隙與任意l-跳鄰居節點通信，必須首先收集其l-跳鄰居集合中各節點的通道切換模式信息，從而獲知這些節點在任意時隙的操作通道。在本發明中，鄰居節點通道切換模式信息的收集時機選在節點加入網絡時刻執行，並且，由於節點在選擇自己的通道切換模式時依賴於其2-跳鄰居集合中各節點的通道切換模式信息，因而節點在加入網絡時需要收集其2-跳鄰居集合中各節點的通道切換模式信息。建立通道切換幀由於相鄰節點可能使用不同的通道切換模式，這就導致一個節點廣播的數據包可能只能被部分1-跳鄰居節點收到。當上層協議要求使用廣播服務時，將可能會引發問題。為了對廣播服務提供更好的支持，本發明引入了通道切換幀的概念。通道切換幀是通道時隙的基本組織單位。根據是否支持廣播/多播操作，通道切換幀中的時隙又分為普通時隙和廣播時隙兩類，如附圖3所示。其中在普通時隙，節點的操作通道由自己在加入網絡時選定的通道切換模式決定，相鄰節點可能由於釆用了不同的通道切換模式而處於不同的操作通道，因而在這種時隙只能進行相鄰節點間點到點的單播通信。而在廣播時隙，節點的操作通道由全網一致的廣播時隙通道切換模式決定。廣播時隙通道切換模式由網關節點在發起網絡形成過程之前選定，網絡中的所有節點都遵循該通道切換模式決定在各廣播時隙的操作通道。網絡中的所有節點在任一廣播時隙都處於相同的操作通道，從而使用廣播時隙可有效支持廣播/多播操作。在通道切換幀中，每隔一定數量的普通時隙，插入一個廣播時隙，廣播時隙之間的間隔為可配置參數，通常的取值範圍為4~8(本實施例為廣播時隙之間設4個普通時隙)，但也可視具體應用中廣播流量的多少而做調整。在每個時隙，想要發送報文的節點將射頻切換到報文的目的節點當前時隙的操作信道後，釆用基於竟爭機制的信道訪問控制方法(如CSMA/CA算法)進行信道竟爭和數據發送。在上述基於同步通道切換機制的MAC架構下，本發明設計了適應性傳輸機制來提高網絡在工業射頻環境下的通信可靠性，並通過一種分布式的通道切換模式選擇方法，實現並發通信，提高網絡的吞吐量性能。適應性傳輸機制網絡運行時，網絡中的每個節點對其每個1-跳鄰居節點維護一個通道質量評估表，並實時地對它和每個1-跳鄰居節點間在所有通道上的通信質量進行統計評估，將得到的通道質量評估值與預設的閾值進行比較，並把通道質量評估值低於預設閾值的通道列入"黑名單"。節點在發送報文時，通過下文中的報文發送規則避免在被列入"黑名單"的通道上進行發送。通道質量評估表結構如表l所示。表1通道質量評估表tableseeoriginaldocumentpage9節點V對其某個(如第/個)l-跳鄰居節點Ni在第J個通道CHj上的通信質量評估是基於以下方法進行的假設最近一段時間t內節點V在第_/個通道CHj上向第/個l-跳鄰居節點Ni總共進行了m次發送，其中發送成功的次數為s次(即收到了s個應答幀)採用窗口平均的指數加權滑動平均方法WMEWMA(t,cx)，計算周期t內的平均通道質量並利用平滑係數ae對其進行平滑，則節點V對其第/個1-跳鄰居節點Nj在第y個通道CHj上的通道質量估計值》(W,,)為formulaseeoriginaldocumentpage9上式中戶'(^,,0//)為上一周期的通道質量評估值。改變t和(x值即可獲得不同的估計效果。例如，釆用比較大的t和ct值可以得到較為穩定的通道質量估計器，而釆用比較小的t和a值則可以得到較為靈敏的通道質量估計器。節點剛加入網絡時，其通道質量估計值初始化為1。在獲得通道質量評估值後，將該評估值與預設閾值進行比較，將低於預設閾值的通道列入"黑名單"。在每個時隙，對於網絡中的每個節點，遵循以下規則從發送隊列中挑選報文進行發送報文發送規則根據節點發送隊列中各報文的目的節點在當前時隙的操作通道是否被列入"黑名單"，優先挑選目的節點在當前時隙操作通道未被列入"黑名單"的報文進行發送。1)每個節點上的等待發送報文在節點的發送等待隊列中按照先進先出的原則進行排隊。2)若當前排在隊首的報文的目的節點在當前時隙的操作通道已被列入"黑名單"，則在當前時隙不發送該報文，而是由隊首向隊尾方向逐個搜索，直到找到第一個目的節點在當前時隙的操作通道未被列入"黑名單"的報文，並發送該報文。若發送等待隊列中的所有拫文的目的節點在當前時隙的搡作通道都被列入"黑名單"，則當前時隙不發送報文，除非滿足第3條規則。3)由於無線通道質量常常是時變的，為了能夠在被列入"黑名單"的通道質量變好時重新恢復對通道的使用，必須保證每隔一段固定的時間在"黑名單"通道上至少發送一次報文，以保持對該通道質量評估的進行。上述規則的實施效果在於在每個時隙，若有多個分組等待發送，則發送成功率較高的報文能夠得到優先發送，而在當前時隙發送成功率較低的報文則被推遲到後繼時隙進行發送。對於因目的節點在當前時隙被列入"黑名單"而推遲發送的報文，由於在後繼時隙，該報文的目的節點的操作通道發生了切換，因而可以在質量較好的通道上進行發送。簡而言之，該規則達到的整體效果是使網絡中的報文儘可能地在質量較好的通道上發送，從而提高報文發送的成功率。具體的報文發送過程如附圖4所示。對於每次報文發送，發送節點將會期待目的節點返回一個針對該報文的應答幀，若發送節點在設定超時間隔內沒有收到應答幀，發送節點將會重新發送報文，但是重新發送並不在當前時隙進行，而是在後繼時隙按上述發送規則在一個不同的通道上進行，從而提高報文在其目的節點當前時隙操作通道受到幹擾情況下重傳的成功率。若某個報文超出最大預設重傳次數仍未發送成功，則丟棄該報文，並向上層協議指示發送失敗。通道切換模式選擇方法在基於同步通道切換機制的MAC架構下，位於彼此射頻覆蓋範圍內的節點可以通過選擇不同的通道切換模式，分割衝突域，從而實現並發通信，提高網絡吞吐量。在本發明中，節點在加入網絡時，首先啟動掃描過程收集2-跳鄰居節點集合中各節點的通道切換模式信息，然後遵循以下兩條規則選擇自己的通道切換模式①在可用通道切換模式數量不小於2-跳鄰居節點集合中的節點數量時，選擇一個未被使用的通道切換模式；②在可用通道切換模式數量小於2-跳鄰居節點集合中的節點數量時，選擇復用次數最少的通道切換模式；其中，規則②是為了在可用的通道切換模式的數量不足以保證2-跳鄰居節點集合中的各節點使用不同的通道切換模式時，儘量將該集合中的各節點均勻地分配到可用的通道切換模式上。在規則中之所以限定2-跳鄰居節點集合，是因為在無線多跳網絡中，通常認為網絡中的任一節點與其2-跳鄰居節點集合中的所有節點構成一個衝突域，即對於網絡中的任一節點發起的通信，通常認為只能被該節點的2-跳鄰居節點集合中的節點同時發起的通信幹擾到。新節點加入網絡新節點加入網絡的步驟如下1)啟動掃描過程來進行信標幀的收集，與網絡進行時隙同步，通道切換幀的同步，以及收集2-跳鄰居節點集合中各節點的通道切換模式信息；2)根據收集到的2-跳鄰居節點集合中各節點的通道切換模式信息，按照上文所述的通道切換模式選擇方法，選擇自己的通道切換模式；3)新加入節點將自己選擇的通道切換模式通知其l-跳鄰居節點，節點加入過程完成；4)節點加入過程完成後，新加入節點即可按照自己選擇的通道切換模式進行相應的搡作。掃描過程時隙同步，通道切換幀同步，以及通道切換模式信息的收集是通過掃描過程完成的，具體而言，是通過在掃描過程中從已經加入網絡的1-跳鄰居節點接收信標幀來實現。在描述掃描過程的具體步驟之前，有必要先對信標幀進行解釋。本發明不對信標幀的具體格式進行規定，但信標幀中至少應包含以下^古自.i口,a、①通道切換序列；②通道時隙的長度；③當前通道時隙的起始時刻；④廣播時隙間隔；⑤當前時隙的類型(普通時隙，或者廣播時隙)；若當前時隙為普通時隙，信標幀中還應包含其發送節點及該發送節點的所有l-跳鄰居節點在當前時隙的操作通道，當前時隙距離下一廣播時隙的偏移(單位為時隙個數)，以及下一廣播時隙的操作通道；若當前時隙為廣播時隙，信標幀中還應包含其發送節點及該發送節點的所有l-跳鄰居節點在下一時隙的操作通道。想要加入網絡的節點，只要從任何一個l-跳鄰居節點接收到一個信標幀，即可根據其中所包含的信息②③完成與網絡的時隙同步，通過信息①④⑤⑥完成與通道切換幀的同步，並通過信息①⑥獲取該信標幀發送節點及該發送節點的所有1-跳鄰居節點的通道切換模式信息。當該想要加入節點從其l-跳鄰居集合中的每個節點都接收到至少一個信標幀後，該節點也就完成了對其所有l-跳鄰居節點及其各l-跳鄰居節點的一跳鄰居節點的通道切換模式信息的收集，也就完成了2-跳鄰居節點集合中所有節點的通道切換模式信息的收集。掃描過程的具體步驟想要加入網絡的節點首先發送信標請求幀，而收到信標請求幀的1-跳鄰居節點隨後發回信標幀。具體步驟如附圖5所示1)欲加入網絡節點首先隨機選擇一個通道CHi，然後在該通道上採用CSMA/CA算法發送信標請求幀，則當前所有操作通道為CHi的1-跳鄰居節點都有可能收到該信標請求幀。2)所有收到信標請求幀的節點都會發回一個信標幀。為了避免多個節點同時發回信標幀而發生碰撞，節點在收到信標請求幀而發回信標幀時，採用CSMA/CA算法竟爭信道。3)欲加入網絡節點在發出信標請求幀後，若在一個時隙的時間裡沒有收到信標幀，則在通道CHi上重發信標請求幀。該步驟反覆進行直至收到信標幀。4)欲加入網絡節點在收到第一個信標幀以後，通過對該信標幀的解碼和相關信息的提取，實現時隙同步和通道切換幀的同步。5)此後，欲加入網絡節點將在隨後的第一個廣播時隙在該廣播時隙的操作通道CHj上發送信標請求幀，所有收到信標幀的節點採用CSMA/CA算法返回信標幀(返回信標幀的操作可以在收到信標請求幀的廣播時隙和隨後的若干普通時隙進行)。欲加入網絡節點在發送完信標請求幀後將射頻晶片置於接收狀態並將操作通道保持通道CHi上，進行信標幀的接收，接收過程持續預設的一段時間後結束掃描過程。在步驟5中，儘管在廣播時隙所有的節點都處於相同的通道，但欲加入網絡節點發出的信標請求幀仍有可能未被所有的1-跳鄰居節點正確接收到，為了儘可能完全的收集到所有2-跳鄰居節點的通道切換模式信息，步驟5可以重複進行多次。需要指出的是，由於在每個時隙節點釆用基於竟爭機制使用信道，即使沒有完全收集到所有2-跳鄰居節點的通道切換模式信息，也只對衝突域的劃分效果有影響，而不會影響到本發明所提MAC機制的正確運行。綜上，本發明能充分利用物理射頻硬體提供的多通道能力，優化無線網絡在存在多網絡共存、多徑現象、以及較強電磁噪聲的工業通信環境下的性能。本發明提出的基於同步通道切換策略的高可靠MAC機制，一方面可以通過適應性傳輸機制，使得網絡能夠在其部分通道受到來自其它類型網絡、電磁噪聲或多徑效應的幹擾時，自適應地跳過被幹擾通道而選擇高質量通道進行通信，從而保證通信效果；另一方面，本發明所述機制也可為其它網絡預留特定的頻率範圍，以降低對其它網絡的幹擾。與此同時，本發明通過一種分布式的通道切換模式選擇方法，讓網絡中的任一節點與其2-跳鄰居節點集合中的結點儘量選擇不同的通道切換模式，從而達到分割衝突域，實現並發傳輸，從而提高網絡有效吞吐量的效果。權利要求1.一種無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於通過在支持多通道的無線射頻晶片上構建基於同步通道切換機制的介質訪問控制架構，並在網絡運行過程中採用基於所述介質訪問控制架構的適應性傳輸機制來自適應地選擇高質量通道進行通信和分布式的通道切換模式選擇方法來實現更大程度的並發傳輸，總體構成一個面向工業現場應用的無線網狀網絡的介質訪問控制機制；其中1)建立基於同步通道切換機制的介質訪問控制架構網絡中的所有節點在網絡時間同步的前提下，按照各自選定的通道切換模式進行同步的通道切換；1-跳鄰居節點間通過交換並保存各自的通道切換模式，在需要通信時切換到目的節點當前的操作通道上進行通信，並在通信完成後切換回自已的操作通道；2)基於所述介質訪問控制架構的適應性傳輸機制網絡運行時，網絡中的每個節點對其每個1-跳鄰居節點維護一個通道質量評估表，並實時地對它和每個1-跳鄰居節點在所有通道上的通道質量進行統計評估，並把通道質量評估值低於預設閾值的通道列入「黑名單」；所述節點在發送報文時，根據報文發送規則優先發送當前時隙其目的節點操作通道不在「黑名單」上的報文；並且，對在當前時隙發送失敗的報文的重傳操作將在後繼時隙進行；3)基於所述介質訪問控制架構的分布式通道切換模式選擇方法通過將任一節點與其2-跳鄰居節點集合中的所有節點平均分配到所有可用的通道切換模式上，實現並發傳輸，提高網絡吞吐量。2.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於所述通道切換序列為所有可用通道的一個選定排列，所有通道切換序列的數量為可用通道編號的階乘。3.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於步驟l)中所述通道切換模式為由二元組唯一決定，對於同一通道切換序列，選擇不同的起始通道來獲得不同的通道切4.按照權利要求3所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於其中所述通道切換模式在其加入網絡時選定，並在網絡運行過程中保持不變。5.按照權利要求3所述無線網狀網絡介質控制機制，其特徵在於所述通道切換模式的數量等於可用通道的數量;對於所有使用不同通道切換模式的節點在所有時隙的操作通道都不相同；1-跳鄰居節點可以使用不同的通道切換模式。6.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於以通道切換幀為時隙的基本組織單位，通道切換幀中的時隙又分為普通時隙和廣播時隙兩類，在通道切換幀中，每隔至少一個普通時隙，插入一個廣播時隙。7.按照權利要求6所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於在所述普通時隙，節點的操作通道由節點本身在加入網絡時選定的通道切換模式決定，在該類時隙中，節點與其1-跳鄰居節點可能處於不同的操作通道，因而在該類時隙進行點到點的單播通信。8.按照權利要求6所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於在所述廣播時隙，節點的操作通道由全網一致的廣播時隙通道切換模式決定；廣播時隙通道切換模式由網關節點在發起網絡形成過程之前選定，網絡中的所有節點都根據廣播時隙通道切換模式決定其在各廣播時隙的操作通道。9.按照權利要求6或8所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於所述廣播時隙之間的間隔為可配置參數，取值範圍為48個普通時隙。10.按照權利要求6所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於所述通道時隙的長度為保證至少容納一次完整的基於竟爭機制的傳輸過程，具體包括隨機退避時間，數據幀傳輸時間，以及等待和接收應答時間。11.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於步驟2)中所述的通道質量評估值是釆用窗口平均的指數加權滑動平均方法對最近一段時間通道上的報文發送成功率進行處理獲得的。12.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於步驟2)中所述的報文發送規則，優先發送其目的節點在當前時隙的操作通道未被列入"黑名單"的報文，而將其目的節點在當前時隙的操作通道被列入"黑名單"的報文推遲到後繼時隙發送。13.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於步驟2)中所述對於每次報文發送，發送節點將會期待目的節點返回一個針對該報文的應答幀，若發送節點在設定超時間隔內沒有收到應答幀，發送節點將會在後繼時隙在一個不同的通道上進行重新發送報文。14.按照權利要求1所述無線網狀網絡介質訪問控制機制，其特徵在於步驟3)中所述通道切換模式選擇方法對於網絡中的每個節點，在可用通道切換模式數量大於該節點的2-跳鄰居節點集合中的結點數量時，選擇一個未被使用的通道切換模式；或是在可用通道切換模式數量小於2-跳鄰居節點集合中的結點數量時，選擇復用次數最少的通道切換模式。全文摘要本發明公開一種無線網狀網絡介質訪問控制機制。它通過在支持多通道的無線射頻晶片上構建基於同步通道切換機制的介質訪問控制架構，並在網絡運行過程中採用基於所述介質訪問控制架構的適應性傳輸機制來自適應地選擇高質量通道進行通信和分布式的通道切換模式選擇方法來實現更大程度的並發傳輸，總體構成一個面向工業現場應用的無線網狀網絡高可靠的介質訪問控制機制。本發明能充分利用物理射頻硬體提供的多通道能力，優化無線網絡在存在多網絡共存、多徑現象、以及較強電磁噪聲的工業通信環境下的性能，保證在惡劣的工業射頻環境中的高通信質量。文檔編號H04L12/56GK101193042SQ20061013445公開日2008年6月4日申請日期2006年12月1日優先權日2006年12月1日發明者於海斌,徐皚冬,鵬曾,楊志家,軍王,邢志浩申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所