[论文解读] Seamless Flow Migration on Smartphones without Network Support

Ahmad Rahmati, Clay Shepard+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2010

Network Traffic and Congestion Control参考文献 33被引用 12

一句话总结

本文提出 Wait-n-Migrate 和 Resumption Agent 两种系统级机制，可在智能手机上实现无需网络基础设施或协议更改的无缝 TCP 流迁移。基于真实 iPhone 3GS 用户轨迹的评估表明，通过智能流恢复和无间隙切换，该方法将用户中断减少了约一个数量级，且在实际部署的 AutoSwitch 策略中仅带来可忽略的开销。

ABSTRACT

This paper addresses the following question: Is it possible to migrate TCP/IP flows between different networks on modern mobile devices, without infrastructure support or protocol changes? To answer this question, we make three research contributions. (i) We report a comprehensive characterization of IP traffic on smartphones using traces collected from 27 iPhone 3GS users for three months. (ii) Driven by the findings from the characterization, we devise two novel system mechanisms for mobile devices to sup-port seamless flow migration without network support, and extensively evaluate their effectiveness using our field collected traces of real-life usage. Wait-n-Migrate leverages the fact that most flows are short lived. It establishes new flows on newly available networks but allows pre-existing flows on the old network to terminate naturally, effectively decreasing, or even eliminating, connectivity gaps during network switches. Resumption Agent takes advantage of the functionality integrated into many modern protocols to securely resume flows without application intervention. When combined, Wait-n-Migrate and Resumption Agent provide an unprecedented opportunity to immediately deploy performance and efficiency-enhancing policies that leverage multiple networks to improve the performance, efficiency, and connectivity of mobile devices. (iii) Finally, we report an iPhone 3GS based implementation of these two system mechanisms and show that their overhead is negligible. Furthermore, we employ an example network switching policy, called AutoSwitch, to demonstrate their performance. AutoSwitch improves the Wi-Fi user experience by intelligently migrating TCP flows between Wi-Fi and cellular networks. Through traces and field measurements, we show that AutoSwitch reduces the number of user disruptions by an order of magnitude.

研究动机与目标

• 探究在智能手机上是否可在不改变网络或协议层级的情况下实现无缝 TCP 流迁移。
• 分析智能手机上的真实世界 IP 流量模式，以指导系统设计。
• 设计并实现两种新颖的系统机制——Wait-n-Migrate 和 Resumption Agent——以实现透明、低开销的流迁移。
• 利用来自 27 名 iPhone 3GS 用户为期三个月的真实现场轨迹，评估这些机制的有效性。
• 通过一种 AutoSwitch 策略实现实际部署，该策略基于智能网络切换显著改善 Wi-Fi 用户体验。

提出的方法

• Wait-n-Migrate 利用智能手机上大多数流持续时间较短的特性，允许旧网络上的现有流自然终止，同时在新网络上建立新流，从而最小化连接中断。
• Resumption Agent 利用现代应用层协议中内置的恢复功能，在网络切换后无需应用层干预即可安全恢复流。
• 两种机制结合使用，可立即部署多网络策略，以提升性能、效率和连接性。
• 基于 iPhone 3GS 的原型实现了这两种机制，运行时开销可忽略不计，并通过现场测量得到验证。
• AutoSwitch 策略利用这些机制，根据实时条件在 Wi-Fi 和蜂窝网络之间智能迁移 TCP 流。
• 系统评估基于 27 名 iPhone 3GS 用户为期三个月的现场轨迹进行，以模拟真实世界使用模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不依赖网络基础设施或协议修改的情况下，在智能手机上实现无缝 TCP 流迁移？
• RQ2 智能手机上真实世界 IP 流量的关键特征是什么，可被用于实现无缝迁移？
• RQ3 如何设计流迁移机制，以最小化用户在切换网络时的感知中断？
• RQ4 哪些系统级机制可实现在网络切换期间安全且透明的流恢复？
• RQ5 像 AutoSwitch 这样实用且低开销的策略，在真实移动环境中能在多大程度上改善用户体验？

主要发现

• 对 27 名 iPhone 3GS 用户为期三个月的分析表明，大多数流持续时间较短，这为设计最小化间隙的迁移策略提供了依据。
• Wait-n-Migrate 通过允许旧流自然终止并同时建立新流，有效减少或消除了网络切换期间的连接间隙。
• Resumption Agent 通过利用原生协议功能实现安全、应用透明的流恢复，减少了对应用层修改的需求。
• Wait-n-Migrate 与 Resumption Agent 的结合使用，可实现几乎无系统开销的多网络策略即时部署。
• 基于所提机制的 AutoSwitch 策略在实地测量中将用户中断减少了约一个数量级。
• 在 iPhone 3GS 上的原型实现证实，这些机制在真实部署中引入的性能开销可忽略不计。