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[摘 要]本文对自组网区域路由协议（ZRP）的关键技术进行了分析，其中包括多范围技术、混合路由技术、区域路由框架的调整机制，它可以为进行相关研究的专家和学者提供一种ZRP基础理论研究内容参考，为今后的进一步研究工作做好铺垫。
[关键词]自组网 区域路由协议 ZRP
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-162-02
0. 引言
鉴于自组网广泛的应用环境和网络模式，为所有的应用场景设计一种通用的路由协议是非常困难的。现有的许多路由协议都是针对特定类型的自组网环境设计，其性能也只在该类环境下最好。ZRP（Zone Routing Protocol）采用一种混合路由技术，通过设计一种路由协议的框架，使各种基本路由协议有机地结合在一起，以求适用于所有的自组网。
ZRP的基本思想是以多范围技术为基础，提出了一个混合路由协议框架——区域路由框架，在区域内采用主动式路由协议时刻维护着路由信息，区域外采用按需式路由协议按需进行路由选择，且区域的大小可以进行调整，以适应局部或暂时的网络变化，使网络的整体性能最佳。
本文针对ZRP的关键技术进行了分析，其中包括多范围技术、混合路由技术、区域路由框架的调整机制，具体描述如下。
1. 多范围技术
对自组网中的一个节点来说，网络中其它节点的拓扑等信息对路由的作用与距离成反比，例如节点必须要了解自己有哪些邻节点，才能从中挑选一个作为包转发的下一跳，但是节点却可以使用模糊的远程节点信息估算包的大致转发方向。据此，可以划分不同的路由区域并采用不同的路由策略。
路由区域的定义为： ，其中， 表示节点n的路由区域，k为以跳数计的区域半径， 表示两个节点之间的最短跳数。节点的路由区域由所有与该节点的最短跳数不大于k的节点组成，它描述的是节点间的连接关系，不关心实际的物理距离。
在ZRP中，每个节点均有自己的路由区域，邻节点的路由区域彼此覆盖，如图1为当区域半径为2时节点S的路由区域。与节点的距离等于区域半径的点称为边界点，如节点I为S的边界点。与节点可以进行直接通信、一跳可达的点称为邻节点，如节点D为S的邻节点。
图1 当区域半径为2时节点S的路由区域
2. 混合路由技术
纯主动式路由协议在移动性不强、业务发起次数多的场合性能好，而纯按需路由协议在移动性强、业务发起次数少的场合性能好。能否混合使用这两类协议，充分发挥各自的优点而克服其缺点呢？一个很好的方法是使两者同时在不同范围工作。拿使用A、B两个协议的框架来讲，协议A可以在本地工作，而协议B可以在全局利用协议A提供的信息工作。网络整体性能的调整通过改变协议A的工作范围来实现，在两种极端的情况下，协议A的范围扩大，以至于不用协议B，或协议A的范围缩小，以至于完全是协议B在工作。这样就可以充分利用两类协议各自的特点。ZRP就是采用这种思想，在区域内部使用主动式的IARP[1]（Intrazone Routing Protocol，域内路由协议），在区域之间使用基于边界广播的按需IERP[2]（Interzone Routing Protocol，域间路由协议）。
2.1 域内路由协议IARP
IARP时刻维护着到达区域内部任何目的节点的路由，掌握区域内部节点间的拓扑信息，可以使用任何经过修改的主动式路由协议，只需将其路由更新的范围限制在节点的路由区域内即可。由于IARP的路由更新仅限制在节点的路由区域内，路由开销不大。
IARP协议的基础是邻居发现，现有的两种实现方法为：一是从MAC层直接获知邻居信息；二是采用邻居发现协议NDP（Neighbour Discovery Protocol），即节点周期性地广播Hello消息，并依据收到的Hello消息来获知邻居信息。
在路由过程中，当节点发现域内路由断链时，节点可以选择通知源节点重新进行路由或自己直接进行局部修复的方式。
2.2 域间路由协议IERP
IERP中减少路由开销的一个重要技术是边界广播[3]，路由更新包仅仅发送至未收到该包的路由区域的边界点。当一个节点转发一个边界广播消息时，也仅仅将该消息发送至自己路由区域的边界点，这样参与边界广播的节点至多转发路由更新包一次。
IERP本身可以通过对现有的按需路由协议进行少量修改得到。当节点发送数据时，若没有本地的路由到达目的地，则启动IERP路由发现程序。源节点生成一个路由查询包，用源节点的地址及查询号唯一标识，然后使用边界广播向外发送。一旦收到一个路由查询包，接收节点将自己的id号记录在路由查询包中，这样路由查询包中的一系列经过节点的id号就给出了一条从源至当前节点的路径。如果接收节点没有到达目的节点的有效路径，就继续边界广播该路由查询包。此过程一直持续到到达一个包含有效路径的节点或者到达目的节点，此时需要返回一个路由查询应答包，给出所得到的源至目的节点的路径，沿着逆向路径传送至源点。
在路由过程中，当节点发现域间路由断链时，节点可以选择通知源节点重新发现路由或自己直接进行局部修复的方式。
3. 区域路由框架的调整机制
区域路由框架应该能够根据网络的运行及配置情况进行调整，主要有三个方面的内容：a）给出一种测量网络特性的方法；b）将网络特性的测量转换为对区域路由框架的配置方法；c）动态更新受影响节点的配置信息。
自组网的多跳本质，导致它的配置信息不可能使全网所有节点都严格地同步更新，网络在一段时间内处于不一致状态，因而不可能采用集中式方法。ZRP采用的方法是各个节点自己进行网络特性的测量和动态配置，使区域路由框架适应局部区域甚至节点的变化，这大大提高了路由协议的性能。区域路由框架的体系结构如图2所示，它动态地调整区域半径的大小，以使IERP和IARP的路由总开销最小。
图2 区域路由框架的体系结构
4. 结论
本文对ZRP的关键技术进行了分析，其中涉及多范围技术、混合路由技术、区域路由框架的调整机制等三种关键技术。在混合路由技术中，又包括域内路由协议IARP和域间路由协议IERP。本文可以为进行相关研究的专家和学者提供一种ZRP基础理论研究内容参考，为今后的进一步研究工作做好铺垫。
参考文献：
[1] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Intrazone Routing Protocol（IARP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf- manet-zone- iarp-02.txt，2002
[2] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Interzone Routing Protocol（IERP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf-manet- zone- ierp- 02. txt，2002
[3] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Bordercasting Resolution Protocol（BRP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf-manet-zone-brp-02.txt，2002
本文受青海省自然科學基金项目（No.2012-Z-935Q），中央高校基本科研业务费资助项目（No. 2011B44），中央高校基本科研业务费资助项目（No.DX1208B）资助。吴静（1980—），女，博士，讲师，主要研究方向为移动自组网、无线传感器网络、无线Mesh网络。
[关键词]自组网 区域路由协议 ZRP
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-162-02
0. 引言
鉴于自组网广泛的应用环境和网络模式，为所有的应用场景设计一种通用的路由协议是非常困难的。现有的许多路由协议都是针对特定类型的自组网环境设计，其性能也只在该类环境下最好。ZRP（Zone Routing Protocol）采用一种混合路由技术，通过设计一种路由协议的框架，使各种基本路由协议有机地结合在一起，以求适用于所有的自组网。
ZRP的基本思想是以多范围技术为基础，提出了一个混合路由协议框架——区域路由框架，在区域内采用主动式路由协议时刻维护着路由信息，区域外采用按需式路由协议按需进行路由选择，且区域的大小可以进行调整，以适应局部或暂时的网络变化，使网络的整体性能最佳。
本文针对ZRP的关键技术进行了分析，其中包括多范围技术、混合路由技术、区域路由框架的调整机制，具体描述如下。
1. 多范围技术
对自组网中的一个节点来说，网络中其它节点的拓扑等信息对路由的作用与距离成反比，例如节点必须要了解自己有哪些邻节点，才能从中挑选一个作为包转发的下一跳，但是节点却可以使用模糊的远程节点信息估算包的大致转发方向。据此，可以划分不同的路由区域并采用不同的路由策略。
路由区域的定义为： ，其中， 表示节点n的路由区域，k为以跳数计的区域半径， 表示两个节点之间的最短跳数。节点的路由区域由所有与该节点的最短跳数不大于k的节点组成，它描述的是节点间的连接关系，不关心实际的物理距离。
在ZRP中，每个节点均有自己的路由区域，邻节点的路由区域彼此覆盖，如图1为当区域半径为2时节点S的路由区域。与节点的距离等于区域半径的点称为边界点，如节点I为S的边界点。与节点可以进行直接通信、一跳可达的点称为邻节点，如节点D为S的邻节点。
图1 当区域半径为2时节点S的路由区域
2. 混合路由技术
纯主动式路由协议在移动性不强、业务发起次数多的场合性能好，而纯按需路由协议在移动性强、业务发起次数少的场合性能好。能否混合使用这两类协议，充分发挥各自的优点而克服其缺点呢？一个很好的方法是使两者同时在不同范围工作。拿使用A、B两个协议的框架来讲，协议A可以在本地工作，而协议B可以在全局利用协议A提供的信息工作。网络整体性能的调整通过改变协议A的工作范围来实现，在两种极端的情况下，协议A的范围扩大，以至于不用协议B，或协议A的范围缩小，以至于完全是协议B在工作。这样就可以充分利用两类协议各自的特点。ZRP就是采用这种思想，在区域内部使用主动式的IARP[1]（Intrazone Routing Protocol，域内路由协议），在区域之间使用基于边界广播的按需IERP[2]（Interzone Routing Protocol，域间路由协议）。
2.1 域内路由协议IARP
IARP时刻维护着到达区域内部任何目的节点的路由，掌握区域内部节点间的拓扑信息，可以使用任何经过修改的主动式路由协议，只需将其路由更新的范围限制在节点的路由区域内即可。由于IARP的路由更新仅限制在节点的路由区域内，路由开销不大。
IARP协议的基础是邻居发现，现有的两种实现方法为：一是从MAC层直接获知邻居信息；二是采用邻居发现协议NDP（Neighbour Discovery Protocol），即节点周期性地广播Hello消息，并依据收到的Hello消息来获知邻居信息。
在路由过程中，当节点发现域内路由断链时，节点可以选择通知源节点重新进行路由或自己直接进行局部修复的方式。
2.2 域间路由协议IERP
IERP中减少路由开销的一个重要技术是边界广播[3]，路由更新包仅仅发送至未收到该包的路由区域的边界点。当一个节点转发一个边界广播消息时，也仅仅将该消息发送至自己路由区域的边界点，这样参与边界广播的节点至多转发路由更新包一次。
IERP本身可以通过对现有的按需路由协议进行少量修改得到。当节点发送数据时，若没有本地的路由到达目的地，则启动IERP路由发现程序。源节点生成一个路由查询包，用源节点的地址及查询号唯一标识，然后使用边界广播向外发送。一旦收到一个路由查询包，接收节点将自己的id号记录在路由查询包中，这样路由查询包中的一系列经过节点的id号就给出了一条从源至当前节点的路径。如果接收节点没有到达目的节点的有效路径，就继续边界广播该路由查询包。此过程一直持续到到达一个包含有效路径的节点或者到达目的节点，此时需要返回一个路由查询应答包，给出所得到的源至目的节点的路径，沿着逆向路径传送至源点。
在路由过程中，当节点发现域间路由断链时，节点可以选择通知源节点重新发现路由或自己直接进行局部修复的方式。
3. 区域路由框架的调整机制
区域路由框架应该能够根据网络的运行及配置情况进行调整，主要有三个方面的内容：a）给出一种测量网络特性的方法；b）将网络特性的测量转换为对区域路由框架的配置方法；c）动态更新受影响节点的配置信息。
自组网的多跳本质，导致它的配置信息不可能使全网所有节点都严格地同步更新，网络在一段时间内处于不一致状态，因而不可能采用集中式方法。ZRP采用的方法是各个节点自己进行网络特性的测量和动态配置，使区域路由框架适应局部区域甚至节点的变化，这大大提高了路由协议的性能。区域路由框架的体系结构如图2所示，它动态地调整区域半径的大小，以使IERP和IARP的路由总开销最小。
图2 区域路由框架的体系结构
4. 结论
本文对ZRP的关键技术进行了分析，其中涉及多范围技术、混合路由技术、区域路由框架的调整机制等三种关键技术。在混合路由技术中，又包括域内路由协议IARP和域间路由协议IERP。本文可以为进行相关研究的专家和学者提供一种ZRP基础理论研究内容参考，为今后的进一步研究工作做好铺垫。
参考文献：
[1] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Intrazone Routing Protocol（IARP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf- manet-zone- iarp-02.txt，2002
[2] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Interzone Routing Protocol（IERP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf-manet- zone- ierp- 02. txt，2002
[3] Z.J. Hass，M.R. Peatlman，P. Samar. The Bordercasting Resolution Protocol（BRP）for Ad Hoc Networks. IETF Internet Draft，draft-ietf-manet-zone-brp-02.txt，2002
本文受青海省自然科學基金项目（No.2012-Z-935Q），中央高校基本科研业务费资助项目（No. 2011B44），中央高校基本科研业务费资助项目（No.DX1208B）资助。吴静（1980—），女，博士，讲师，主要研究方向为移动自组网、无线传感器网络、无线Mesh网络。