移动互联网的巨大增长,到2020年连接超过110亿台设备及其经济影响,激发了几份报告。然而,我们仍然缺乏对全球蜂窝网络影响的理解。
有许多的原因。对于初学者来说,判断一个特定的IP地址是来自蜂窝网络还是固定线路用户目前是具有挑战性的。
在世界的大部分地区,蜂窝用户驻留在网络中,这些网络将蜂窝和固定线路用户结合在一起,这使得任何直接的识别尝试变得复杂。知道设备类型(智能手机或平板电脑)的价值有限,因为大多数移动设备具有多个接口,并且用户倾向于在可用时将蜂窝业务卸载到WiFi。
尽管从网络运营商的核心收集的仪器设备或数据可以提供细胞网络使用的详细信息,但扩展这些类型的研究证明是困难的。
对蜂窝接入的全面理解对互联网中的不同利益相关者有着广泛的应用。对于内容提供商和传送网络,识别访问技术将有助于诊断和解决野外的性能问题。研究人员和运营商可以更好地了解网络在世界各地的使用情况以及发现潜在趋势,而政策制定者可以在投资决策方面拥有更加稳固的统计基础。
在我们的论文中,我们在2017年互联网测量大会上介绍的“细胞识别:研究蜂窝网络在互联网中的作用”[PDF,1.7MB],我们开发并验证了一种使用客户端浏览器准确识别蜂窝网络地址的方法信号并在一系列混合网络中展示其有效性,即共享固定线路和蜂窝设备的网络。
利用这种方法,我们利用世界上最大的CDN之一的全球有利位置来映射全球蜂窝IP空间及其住宅自治系统(ASes),并且进行了首次研究蜂窝网络配置和使用的特征研究世界。
识别蜂窝网络
我们将子网划分为蜂窝/非蜂窝的方法很简单。我们使用网络信息API来检测特定IP地址块中是否存在蜂窝接入技术。
NetworkInformationAPI允许Web应用程序访问设备使用的底层网络连接的信息。虽然不是W3C标准,但它已经在几个流行的移动浏览器中实现,其中最着名的是Android的原生WebKit,适用于Android的Chrome(从版本38开始)和FirefoxMobile。
该API揭示了系统用于与网络通信的连接类型(例如蜂窝,蓝牙,以太网和WiFi)并支持监控网络变化。从浏览器获得连接,该浏览器调用底层操作系统以获取活动网络接口上的信息,或检测网络连接性的变化。
我们使用由Javascript信标收集的连接信息,这是CDN真实用户监控系统(RUM)的一部分。日志还包括诸如从浏览器工具(ResourceTimingAPI[3])获取的时间和页面加载信息以及客户端信息(如IP地址)等信息。
使用NetworkInformationAPI中的连接类型,我们将此日志中的每个条目标记为蜂窝或非蜂窝,并使用它来计算每24/48和/48CIDR采样的蜂窝比率。计算的比率表示来自蜂窝网络命中的给定子网的分数,超过了该子网支持网络接口的命中总数。我们根据这个比例将一个特定的子网标记为蜂窝或非蜂窝。我们还扩展了基于少数启发式方法(如消除非接入网络)的网络分类方法(ASes)。
我们使用来自三家大型移动运营商的数据验证了我们的方法,其中包括一家大型混合欧洲提供商和一家大型专业美国提供商分析表明,我们的方法可以提供非常高的精度水平-一小部分在整个分类项目上的正确分类项目,以及召回-正确分类的IP分数在该类别的真实项目数量上的分数。
使用这种方法为子网添加标签后,我们使用来自同一个CDN整个平台的需求日志,涵盖所有类型的协议和设备,为每个子网分配标准化的需求值。请注意,这是一个请求需求,我们将其用作流量需求的代理。
阅读细胞识别:研究蜂窝网络在互联网中的角色,了解我们方法的更多细节。
蜂窝网络的形状和作用
采用这种方法,我们对全球蜂窝网络的组成和流量动态进行了第一次调查,并对全球蜂窝网络的使用进行了考察。
例如,我们发现大多数蜂窝网络是混合的,同时托管蜂窝和固定线路宽带客户端。鉴于它们的普遍性,网络特性分析工作应该考虑所研究网络的技术组成。
我们还发现,手机需求集中在少数几个大型网络中(前十大手机用户占全球需求的38%),而在这些网络中,手机流量集中在一小部分IP地址上。
纵观这些网络的DNS支持,我们表明在混合蜂窝网络中,将近60%的DNS解析器在蜂窝和固定线路客户端之间共享。这意味着DNS解析器本身不足以识别客户端类型。共享解析器的使用也可能会挑战通用请求路由系统的客户端本地化。
为了进一步挑战使用DNS进行最终用户映射,我们发现美国以外的移动客户端使用了大量的公共DNS,这违背了常见的假设,即蜂窝客户端只使用运营商提供的DNS服务。
从宏观角度来看,就交通而言,在美国等少数市场占主导地位,以及全球蜂窝连接所发挥的各种作用-从欧洲大部分地区的补充服务到亚洲的主要连接手段,以及非洲。
虽然仅前五大经济体占全球蜂窝通信量需求的55.7%,但在大多数这些经济体中,蜂窝连接提供了补充服务。这与老挝人民民主共和国和加纳这样的经济体形成鲜明对比,它们自己负责全球交通的一小部分,但细胞分别占整体经济需求的87%和95.9%。
蜂窝网络在全球许多地方提供互联网连接的日益重要的作用使得将这种网络视为这些经济体的关键基础设施的一部分成为可能。
虽然本文介绍了蜂窝地址特性的快照,但我们正在探索蜂窝地址随着时间的推移如何发展,无论是分配给蜂窝终端用户还是需求如何在蜂窝地址空间中转移。(来源:黑客周刊,欢迎分享)