亚洲首次！清华大学刘云浩团队获ACM SIGCOMM 2021最佳学生论文奖！

　　作者  陈彩娴

　　大家还记得去年 8 月火爆全网的“万字回复清华学子 AI 2000 问”的刘云浩教授吗？这位一年拿下青千、杰青与长江学者的清华教授又带领团队，获得亚洲首个 ACM SIGCOMM 最佳学生论文奖啦！

　　近日，根据清华大学新闻报道，清华大学信息学院刘云浩、李振华团队研究影响蜂窝网络可靠性的软硬件及人类行为因素工作，获得了 ACM SIGCOMM 2021 最佳学生论文奖！这也是今年 ACM SIGCOMM 唯一一篇最佳学生论文奖。 

　　更值得关注的是，这是亚洲研究院校首次获得该奖项！ 

　　现代人对手机网络并不陌生，尤其是通讯所需的蜂窝网络（Cellular network），也就是我们常说的”移动网络”。

　　刘云浩与李振华团队首次大规模长时间研究影响蜂窝网络可靠性的软硬件及人类行为因素，发现蜂窝网络（尤其 5G）生态系统中存在多项不为人知的重要软件设计缺陷，是损害可靠性、导致手机断网的主要根源。

　　此外，值得注意的是，除了清华团队，这篇工作也凝聚了来自业界的力量，小米公司也参与其中。

　　众所周知，我们从 2G、3G 到 4G，现在已经进入 5G 时代。那么，研究蜂窝网络在 5G 时代的可靠性，具有怎样的现实意义？

　　1、获奖工作

　　本次，清华团队的获奖工作名为《蜂窝网络可靠性的全国性研究：测量、分析和增强》（A Nationwide Study on Cellular Reliability: Measurement, Analysis, and Enhancements），论文一作是清华软件学院 2021 级博士生李洋与 2020 级博士生林灏。 

　　读博生涯刚刚拉开序幕，就获得领域内权威会议的最佳学生论文奖，着实厉害！ 

　　论文地址：https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3452296.3472908

　　Github 地址：https://cellularreliability.github.io

　　同时，我们也看到，除了清华团队，明尼苏达大学与伊利诺伊大学香槟分校的研究者，还有小米集团移动技术总监辛显龙也参与其中。 

　　如何在大规模异构高动态蜂窝环境中保证网络连接的可靠性，“手机不断网”，涉及到手机制造商、网络服务提供商、操作系统和应用软件开发商。

　　但是，因为在移动设备上测量可靠性具有一定的难度，大规模测量的成本也很高，这个问题就一直没有解决。 

　　据论文介绍，此前，团队已在蜂窝网络的性能与可用研究上积累了一定经验。这次，为了大规模准确理解蜂窝的可靠性，他们对 34 种不同硬件型号的 7000 多万部安卓手机进行了一个大规模的、基于众包的测量研究。

　　此外，他们与小米合作，开发并部署了一个持续监控平台，以收集细粒度的原位系统痕迹，并利用手机的数据，首次揭示了全国范围内蜂窝故障的普遍性与频率。

　　结果显示，在所有 34 种型号的设备上，手机的蜂窝网络故很常见。对于每个型号，0.15%-45%（平均为 23%）的设备至少经历过一次蜂窝电话故障。在测量过程中，一个设备平均发生多达 33 次故障，而一次故障持续时间平均长达 3.1 分钟。

　　研究发现，蜂窝网络生态系统，尤其是 5G 技术，存在多项不为人知的重要软件设计缺陷。正是因为这些设计缺陷，导致了蜂窝网络的可靠性差，手机老是断网。例如，安卓 10 中盲目地优先考虑 5G 连接的实现，大大损害了蜂窝连接的稳定性。 

　　此外，手机断网也与运营商有关。由于电信的信号覆盖率较低，电信用户的手机故障发生率（27.1%）比移动用户（20.1%）和联通用户（14.7%）高。 

　　研究还发现，安卓蜂窝连接管理中存在的严重可靠性问题，以及移动互联网服务提供商（ISP）的 BS 使用与部署策略。 基于这些研究，他们提出了能够有效解决各种蜂窝故障问题的方法，即基于「非齐次时变马尔科夫过程」的最优化方法，将蜂窝连接修复的刚性低时效等待革新为自适应概率模型驱动策略，从而让手机断网的持续时间降到最小。 论文还首次引入稳定性兼容的 4G/5G 双连接机制，在不降低数据传输率的前提下，实现蜂窝连接的高可靠平滑切换。团队在 7000 多万部安卓手机部署应用后，5G 手机断网次数减少 40%，所有手机断网持续时间缩短 36%。

　　目前，他们的部分解决方案已被 2800 万用户采用，产生了重要的现实意义。

　　2、获奖团队通讯作者：

　　刘云浩，现任清华大学全球创新学院院长，自动化系教授，ACM Fellow 与 IEEE Fellow，1995 年获得清华大学自动化系学士学位，1997 年获得北京外国语大学高级翻译学院文学硕士学位，随后又赴美国密西根州立大学大学计算机系攻读硕博，2004 年获得博士学位，绝对是杠杠的“文理双修”优异典范！ 

　　刘云浩在物联网与无线传感网方向取得了许多影响深远的成果，著有《物联网导论》、《从互联到新工业革命》等书籍，也是目前唯一一位获得 ACM 主席奖的中国学者。 

　　李振华，现任清华大学软件学院副教授。分别于 2005 年、2008 年获得南京大学计算机系学士学位与硕士学位，2013 年获得北京大学计算机系博士学位。主要研究领域包括云计算、云存储、网络通信、移动计算/移动模拟器。

　　学生作者：

　　李洋，本硕博均就读于清华大学软件学院，曾以第一作者身份发表 IEEE INFOCOM 论文一篇、IEEE/ACM TON 期刊论文一篇，合作发表过 FAST、MobiSys、TPDS 等会议/期刊论文。他的研究方向为云计算、数据挖掘、机器学习、移动互联网等。 

　　林灏，目前为清华大学软件学院二年级博士生（清华本校直博）。本科及博士就读期间以共同一作身份在 ACM MobiCom 上发表论文两篇，在 IEEE TPDS 上发表论文一篇。合作发表过 EuroSys、TMC 会议/期刊论文。他的研究方向主要为移动网络与操作系统。

　　参考链接：https://www.tsinghua.edu.cn/info/1181/86382.htm