CCLF(基于内容连接度和位置感知的自适应转发)

Information:

1. Title: Leveraging Content Connectivity and Location Awareness for Adaptive Forwarding in NDN-based Mobile Ad Hoc Networks (基于内容连接性和位置感知的NDN移动自组织网络自适应转发技术)
2. Authors: Muktadir Chowdhury, Junaid Ahmed Khan, and Lan Wang
3. Affiliation: University of Memphis (孟菲斯大学)
4. Keywords: Named Data Networking, MANET, routing, forwarding (命名数据网络，移动自组织网络，路由，转发)
5. Urls: Paper link: https://dl.acm.org/doi/10.1145/3405656.3418713, Github: None.

Summary:

• (1): 本文研究了移动自组织网络（MANETs）中的数据转发问题，提出了基于命名数据网络（NDN）的内容连接性和位置感知的自适应转发策略。
• (2): 传统的MANET转发策略在高度动态的网络中很难有效转发数据，并且在存在连接变化时通常需要大量控制报文来获取拓扑信息。本文提出的方法是基于内容连接性和位置信息对数据进行转发，避免了控制报文的开销，并且通过在网络层维护转发状态和期望转发反馈来加强转发策略的适应性。
• (3): 文中提出了一个自适应转发策略——Content Connectivity and Location-Aware Forwarding (CCLF)，在NDN网络中进行转发时基于内容连接性和位置信息，避免了控制报文和数据报文之间的不一致，并且通过减少无效广播来提升转发性能。此外还提出了适用于MANET网络的链路自适应层（A-LAL）以增强链路的灵活性和可靠性。
• (4): 研究结果表明，CCLF能够有效降低数据转发的负载并保证数据的可靠获取，在信息中心化车联网方案中也比其他转发策略表现更为优异，验证了其在移动自组织网络中的有效性。

Method:

CCLF广播NDN数据包，让每个节点根据每个前缀的内容连接度和任何可用的地理位置信息独立地决定是否转发数据包；此外，它采用密度感知的抑制机制来减少不必要的包传输；此外，为ad hoc链路开发了链路适配层，以弥合CCLF与底层链路能力之间的差距。

内容连接度

内容连接度是细粒度的，区分于以往基于节点的整体兴趣满意度来量化节点的连通性，CCLF对每一个名称前缀分别计算一个内容连通性分数(Content Connectivity Score, CCS)。

This fine-grained measure of forwarding performance helps the network layer make more informed decisions when forwarding Interests to retrieve data from different producers.

CCS计算公式： \[ CCS_j = \frac{D_j+\sum_{i\in Desc(j)}D_i}{I_j+\sum_{i\in Desc(j)}I_i} \] \(D_j,I_j\)分别表示对应前缀\(j\)的Data、Interest个数，\(Desc(j)\)表示前缀\(j\)的子类的集合。

CCS周期性更新，根据指数加权移动平均(EWMA): \[ \widehat{CCS}_{i,N}=\alpha \cdot CCS_{i,N}+(1-\alpha) \cdot \widehat{CCS}_{i,N-1} \]

地理位置

地理位置在CCLF中作为可选项使用，Consumer可以将数据的位置附加到Interest中（通过 NDNLP header）,节点接收到此类Interest后，计算位置分数（Location Score,LS）: \[ LS = 1- \frac{Dist(n,d)}{max(Dist(n,d),Dist(p,d))} \] \(p,n,d\)分别代表上一跳、当前、目的节点。

CCS和位置信息通过新设定的C-L tree结构来储存、更新与检索：

转发计时器

和其他策略类似，当某个节点通过其广播链路发送Interest后，传输范围内的其他节点分布式决定是否以及何时转发该兴趣。 首先对CCS和LS加权： \[ w = \beta \cdot \widehat{CCS} + (1-\beta) \cdot LS \] 再取倒数计算基本的定时器时间t: \[ t= \begin{cases}\min \left(\frac{1}{w}, T\right), & \text { if } w>0 \\ T, & \text { if } w=0\end{cases} \] T为t的一个上界，最终定时器的值在\(0.5t-1.5t\)之间随机选取。

密度感知的转发抑制

当节点在某个Interest的转发计时器到期之前收到相同Interest时，它使用一个与其邻居数量成正比的抑制概率来决定是否取消自己的兴趣转发： \[ p=min(K \cdot n, 1) \] Data包也采用相同的概率抑制方案，不过在Data包转发中，节点的Timer值是相同的。

AD-HOC链路适配层

开发了新的一个Ad-hoc Link Adaptation Layer(A-LAL)层面，为CCLF提供一些重要操作：

A-LAL

• 在Interes包中添加NDNLP头(previous hop location和data location)
• 利用MAC层的信息来跟踪邻居节点的数量(Neighbor-List)，以支持转发抑制概率的计算
• 没有邻居节点时，存储包(PacketQueue)直至发现邻居

最后，总的转发流程伪代码如下：

Data包转发

Conclusion:

• (1): 本文提出了一种基于内容连接性和位置感知的自适应转发策略，CCLF，用于解决移动自组织网络（MANETs）中的数据转发问题，具有实际应用价值。
• (2): 创新点：本文提出的CCLF算法在转发决策中加入了内容连接性和位置信息，可以有效地避免控制报文开销和数据报文不一致问题，并减少无效广播，具有较高的性能表现。但是本文研究还存在一定的局限性，需要进一步拓展研究范围，对算法的参数调整及不同情境的适用性进行更深入的研究，并进行更全面的评估测试。
• 性能：CCLF相较于传统的转发策略，在满足数据转发的负载要求的同时减少了数据转发的开销，具有较高的性能表现。
• 工作量：本文的研究范围相对狭窄，需要进一步的实验和评估工作以证明其普适性和适用性。