Multitier Cloud Computing, 5G Networks & Smart Cities Alberto - - PowerPoint PPT Presentation

Multitier Cloud Computing, 5G Networks & Smart Cities

Alberto Leon-Garcia and Hadi Bannazadeh University of Toronto, Canada alberto.leongarcia@utoronto.ca Acknowlegments: Eric Lin, Petros Spachos, Ali Tizghadam

5G is Different!

5G is about Applications at the Edge

• Yes, Higher speed & capacities, but also
• Things, sensors, actuators, computing at the edge
• Lower latency
• Heterogeneity
• Hugh scale
• Adaptability, flexibility, programmability
• Virtualization

Multitier cloud computing for E2E applications

• Situational awareness
• Sensing, Intelligence, Open Interfaces
• Essential for Smart City applications

What are SAVI and CVST?

• Smart ¡Applica,ons ¡on ¡Virtual ¡Infrastructures ¡

– NSERC ¡Strategic ¡Research ¡Network ¡ – “Canada’s ¡GENI” ¡ – Partnership ¡of ¡industry, ¡academia, ¡research, ¡and ¡educaAon ¡networks ¡ – Research ¡and ¡Testbed ¡on ¡Applica,on ¡Pla;orms ¡ – Supports ¡research ¡of ¡100 ¡graduate ¡/ ¡postgraduate ¡students, ¡70 ¡interns ¡ – Applica,on ¡pla;orm ¡converging ¡cloud ¡compu,ng, ¡SDN, ¡SDR ¡

• Connected ¡Vehicles ¡and ¡Smart ¡Transporta,on ¡

– ¡Ontario ¡Research ¡Fund ¡ – ¡ApplicaAon ¡PlaJorm ¡for ¡Smart ¡TransportaAon ¡ – Situa,onal ¡Awareness ¡for ¡Greater ¡Toronto ¡Area ¡Traveller ¡Network ¡

– runs ¡on ¡top ¡of ¡SAVI ¡testbed ¡using ¡a ¡Future ¡Internet ¡protocol ¡

SAVI’s View of Future Clouds

• MulA-­‑Tiered ¡Cloud: ¡Core, ¡Smart ¡Edges, ¡Access ¡

Multitier Cloud supports applications

• Core Datacenter: massive data centers
• Smart Edge: Agile data centers residing closer to end users

contains heterogeneous resources & virtualizes access

• vCPE/Sensors: virtual Customer Premises Edge (vCPE)

resources support Internet of Things

• Application Platform: orchestrates E2E applications on

virtualized Software-Defined-Infrastructure (SDI) leveraging situational awareness and intelligence

SAVI Testbed: Smart Edge

• Smaller ¡scale ¡datacentres ¡close ¡to ¡end-­‑users ¡
• For ¡services ¡requiring ¡low-­‑latency, ¡local ¡processing, ¡caching ¡
• Virtualizing ¡the ¡access ¡networks ¡
• Virtualiza,on ¡of ¡heterogeneous ¡resources ¡
• e.g. ¡GPUs, ¡FPGAs, ¡Access ¡Points, ¡Sensors, ¡etc. ¡
• OpenBTS, ¡virtualized ¡WIFI, ¡virtualized ¡IDS/IPS ¡

SAVI vCPE (SvCPE)

• Close Proximity: Host applications serve a small number
• f users in very close proximity
• Virtualized: Provide virtualized resources to support

different applications

• Continuous Operation: continue functioning

independently in the event of network disruptions

SAVI Testbed Network

CORE BCNet/CANARIE/ORION

• >100 ¡graduate ¡students ¡
• ~1000 ¡Cores ¡
• 12+ ¡FPGA; ¡6+ ¡GPU ¡

Systems ¡

• 50+ ¡TB ¡storage ¡
• 10/1 ¡GE ¡fabric ¡OpenFlow ¡
• 1 ¡GE ¡Layer ¡2 ¡Backbone ¡

SAVI ¡SDI ¡Architecture ¡

Converged Heterogeneous Resources

Resource Controller A Resource Controller B

External Entities

Resource Type A Resource Controller C SDI Resource Management System Resource Type B Resource Type C

Physical resource Virtual resource

SDI Manager Topology Manager Monitoring & Analytics Control & Management Open Interfaces

• Each ¡resource ¡type ¡controlled ¡by ¡specialized ¡controllers ¡
• Each ¡controller ¡communicates ¡with ¡logically ¡central ¡C&M ¡framework ¡
• SDI ¡Manager, ¡Topology ¡Manager, ¡and ¡Monitoring ¡and ¡Analy,cs ¡
• Exposes ¡open ¡interfaces ¡for ¡external ¡users ¡and ¡enAAes ¡

MonARCH Monitoring system

• Data Collection
• Multi-layer monitoring
• Open Infrastructure
• Data Storage
• Monitoring as a Service (MaaS)
• Analytics
• Batch and streaming analytics
• Graph analysis / machine learning with

monitoring data and resources relationship

Collection Storage Analysis

MonArch Demo

• monarch.savitestbed.ca

SAVI and vCPE

SAVI Testbed SDI Manager and Resource Controllers Customer Premise

SAVI Very Small Edge SAVI Small Edge C

• n

t r

• l

Smart Edge

SAVI vCPE Use Cases

• Collection point for Internet of Things devices
• Smart home and office
• sensor management
• power management
• security enforcement point
• Web acceleration and service delivery point
• NFVs such as proxy, firewall, IDS/IPS and VPN services

Small SAVI vCPE

• Supports compute and networking

virtualization

• Able to host multiple applications
• Connected to the SAVI Smart

Edge with VPN technology

• Has all the capabilities provided from the virtualized

system in SAVI (e.g. tenant isolation)

• Capable of leveraging advanced Features of SAVI SDI

(e.g. NFV Service Chaining)

Janus&SDI&Manager& OpenStack&and& OpenFlow& Customer&Premise&

SAVI&Very&Small&Edge& SAVI&Small&Edge& C

• n

t r

• l

&

Smart&Edge&

Monitoring CO2

• Sensor nodes: consists of a carbon dioxide sensor and

radio module

• Relay nodes: responsible for forwarding any received

packet toward the destination

• Control Room: destination of sensor data and data

aggregation point

Sensor Deployment on SAVI vCPE

• Connect the destination node of the wireless sensor

network to the vCPE machine

• Connected to monitoring and analytics manager, called

MonArch

• Run the control room software and the MonArch data

collection Agent in the vCPE

SAVI Smart Edge SAVI vCPE Wireless Sensor Network MonArch Agent

Supporting Public & Private Providers

Public App Provider:

·√ ¡ ITS Services

Private App Provider:

·√ ¡ Traveler Assistance ·√ ¡ Personalized Routing ·√ ¡ Fleet Management

Content-based Routing (Publish/Subscribe)

Content-based Router Clients (publisher/subscriber) Server Farm Computers Computers Workstation Laptops Switch Database B V2V Cluster A C Truck Road Sensors

Sensing Intelligence Control

CVST Conceptual Pyramid

• Transportation applications
• Recommendations (Routing, City planning)
• What-If Analysis, Impact analysis

Application Development

• Real-time streaming analytics
• OD Demands
• Trending / Forecasting
• KPI analysis

Intelligent Transportation Management

• Data collection
• Data Integrity, cleansing
• Data anonymity
• Publish / subscribe

Data Dissemination

• Sensors
• V2V, V2R, V2I
• Cloud resource

management

• Horizontal / vertical scaling

Connected Vehicles & Mobile Computing Cloud

CVST GTA Portal: Real-Time Situational Awareness

• www.portal.cvst.ca

Feb 2, 2015 10am

Vision-as-a-Service

Next: Smart City Platforms

• SAVI multitier cloud as foundation for smart city platforms
• Edge computing is a key research challenge
• Smart Edge; IoT; 5G wireless capabilities
• Smart Applications are enabled by multitier clouds
• Measurement and Monitoring
• Intelligence and value-add through analytics
• Smart application ecosystem through open interfaces to

enabling services

• Economies of scale and synergies in interconnected

management systems:

• Energy, Water, Waste, Air Quality, ICT
• Transportation, Safety, Health, Buildings, Home, Industry

International Partnerships

• Global Environment for Network Innovations (GENI)
• White House $160 million Smart Cities Initiative
• NIST-USIgnite Global Smart City Challenge
• USIgnite Smart and Connected Cities project
• 15 smart cities
• GENI racks, new fiber/wireless deployments
• applications creation environment

Thank you Q&A