[论文解读] iCellular: Define Your Own Cellular Network Access on Commodity Smartphones

Yuanjie Li, Haotian Deng+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2015

Green IT and Sustainability参考文献 19被引用 3

一句话总结

iCellular 通过利用终端设备智能主动监控并自适应切换运营商，使用户能够在普通智能手机上定义并智能选择多个蜂窝运营商，从而实现最佳性能。与现有最先进方法相比，其吞吐量最高提升 3.74 倍，中断时间降低 7 倍，延迟降低 1.9 倍，且对 CPU、内存和能耗的开销极低。

ABSTRACT

Leveraging multi-carrier access offers a promising approach to boosting access quality in mobile networks. However, our experiments show that the potential benefits are hard to fulfill due to fundamental limitations in the network-controlled design. To overcome these limitations, we propose iCellular, which allows users to define and intelligently select their own cellular network access from multiple carriers. iCellular reuses the existing device-side mechanisms and the standard cellular network procedure, but leverages the end device's intelligence to be proactive and adaptive in multi-carrier selection. It performs adaptive monitoring to ensure responsive selection and minimal service disruption, and enhances carrier selection with online learning and runtime decision fault prevention. It is deployable on commodity phones without any infrastructure/hardware change. We implement iCellular on commodity Nexus 6 phones and leverage Google Project-Fi's efforts to test multi-carrier access among two top US carriers: T-Mobile and Sprint. Our experiments confirm that iCellular helps users with up to 3.74x throughput improvement (7x suspension and 1.9x latency reduction) over the state-of-art selection. Moreover, iCellular locates the best-quality carrier in most cases, with negligible overhead on CPU, memory and energy consumption.

研究动机与目标

• 解决网络控制的多运营商接入所导致的局限性，使用户无法充分受益于多运营商能力。
• 克服现有蜂窝网络中固有的设计约束，这些约束限制了用户对运营商选择的控制权。
• 在不进行硬件或基础设施修改的前提下，实现在普通智能手机上的智能、用户驱动的运营商选择。
• 在多运营商环境中最小化服务中断和资源开销，同时最大化吞吐量并降低延迟。
• 通过真实运营商和普通设备，展示实际部署可行性及性能提升。

提出的方法

• 重用现有的设备端机制和标准蜂窝网络流程，无需修改网络基础设施即可实现多运营商接入。
• 采用自适应监控，持续评估运营商质量，实现响应迅速、低延迟的切换决策。
• 集成在线学习，基于实时性能反馈动态优化运营商选择。
• 应用运行时决策容错机制，防止次优或破坏性运营商切换。
• 利用终端设备智能，实现主动的、与应用感知的运营商选择决策。
• 在普通 Nexus 6 手机上部署系统，使用 Google Project-Fi 在 T-Mobile 和 Sprint 之间测试多运营商接入。

实验结果

研究问题

• RQ1 用户通过自定义蜂窝网络接入，是否能显著提升性能，而非依赖网络控制的选网？
• RQ2 如何有效利用终端设备智能，在最小化中断的前提下，监控并切换多个蜂窝运营商？
• RQ3 在真实环境下，与现有最先进方法相比，用户自定义运营商选择的性能增益如何？
• RQ4 iCellular 在运营商切换期间，延迟和中断时间的减少程度如何？
• RQ5 在普通智能手机上运行 iCellular 的资源开销（CPU、内存、能耗）是多少？

主要发现

• iCellular 的吞吐量相比最先进运营商选择方法最高提升 3.74 倍。
• 系统将服务中断时间减少最多 7 倍，显著提升了连接连续性。
• 与现有方法相比，延迟降低最多 1.9 倍，提升了实时应用性能。
• iCellular 在大多数测试场景中成功识别并选择了质量最高的运营商。
• 系统开销可忽略不计，在普通智能手机上仅消耗极少的额外 CPU、内存和能耗。
• 该方案可在无需硬件或基础设施修改的情况下，完全部署于普通设备。