近年来,随着纳米科技(Nano-technology)和合成生物学(Synthetic Biology,SB)的快速发展,使基于生物启发式的纳米机以及纳米网络的实现成为可能。由纳米机组成的通信系统,在多个领域有着潜在的应用价值,如医疗、军事、环保、工业等。然而,将传统的电磁通信技术应用于纳米网络,会受能耗、干扰和纳米机工艺因素影响,不能达到理想的性能指标。此时,以生物化学分子为信息载体的分子通信(Molecular Communication,MC)技术,为纳米机间的通信提供了解决方案。分子通信中的信道切换(Channel Swiching,CS)技术是实现细胞网络信息传输与路由交换的重要支撑技术,信道融合(Channel Aggregation,CA)技术可实现细胞网络中信息再生与中继,它们都是目前的研究热点问题。在这种背景下,本文针对信道切换和融合两个方面的相关问题作出了研究。通俗地说,信道切换技术就是信道选择分开的通路,信道融合技术就是信道合并通路。本文以钙离子信号为基础,提出了信道分路的切换机制与信道合路的融合机制。主要是通过外界信号调控细胞间间隙连接(Gap Junction,GJ)的开与闭,以控制细胞间的信息通路作切换。再者,细胞通路传输的钙信号会随着距离的增大而衰减,两条钙信号通路的融合,能增强原通路的信号。本文的主要研究内容和贡献如下:1.研究了细胞网络中钙信号的传输规律以及GJ的生理特性,在此基础之上提出设计了细胞网络中的信道分与合。2.对于信道分路,提出了钙离子和氢离子混合离子信道切换机制。深入研究了间隙连接的生理特性,首次把间隙连接敏感性差异用于设计信道切换。改进了最小信道切换模型,解决了最小切换模型普适性问题。提出了一种新的信道切换方法,针对最小切换模型提出新的信道切换方案。对所提出的方法方案,进行了仿真设计验证。3.对于信道合路,提出了钙离子信号融合机制,填充了这一领域研究空白。研究了钙信号振荡方程,首次把钙信号用于设计信号的融合增强。建立了信道融合模型,并解决了细胞网络中信号传输距离的问题。提出了信道融合的代价损失函数,提出了一种信道融合方法。对所提出的方法方案,进行了仿真设计验证。利用钙振荡传输的动力学方程,以及间隙连接的生理特性设计仿真验证。仿真结果表明,混合离子控制下能够实现最小切换模型下的四种切换状态,钙离子信道的融合能使源衰弱的信号得到增强。