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 of 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 • >100 ¡graduate ¡students ¡ • ~1000 ¡Cores ¡ • 12+ ¡FPGA; ¡6+ ¡GPU ¡ CORE Systems ¡ • 50+ ¡TB ¡storage ¡ • 10/1 ¡GE ¡fabric ¡OpenFlow ¡ • 1 ¡GE ¡Layer ¡2 ¡Backbone ¡ BCNet/CANARIE/ORION

SAVI ¡SDI ¡Architecture ¡ External Entities Open Interfaces Control & Management SDI Resource SDI Manager Topology Manager Monitoring & Analytics Management System Resource Controller A Resource Controller B Resource Controller C Resource Type A Resource Type B Resource Type C Physical Converged Heterogeneous Virtual resource Resources resource 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 Collection • Data Storage • Monitoring as a Service (MaaS) • Analytics • Batch and streaming analytics • Graph analysis / machine learning with Analysis Storage monitoring data and resources relationship

MonArch Demo • monarch.savitestbed.ca

SAVI and vCPE Customer Premise SAVI Testbed C o n t r SDI Manager and o l Resource Controllers SAVI Small Edge SAVI Very Small Edge 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 Customer&Premise& • Supports compute and networking Janus&SDI&Manager& C o n t r OpenStack&and& o l & OpenFlow& virtualization SAVI&Small&Edge& • Able to host multiple applications • Connected to the SAVI Smart Edge with VPN technology SAVI&Very&Small&Edge& Smart&Edge& • 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)

Monitoring CO 2 • 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 Agent MonArch Wireless Sensor Network

Supporting Public & Private Providers Private App Provider: ·√ ¡ Traveler Assistance Public App Provider: ·√ ¡ Personalized Routing ·√ ¡ ITS Services ·√ ¡ Fleet Management Control Content-based Routing (Publish/Subscribe) Clients (publisher/subscriber) Content-based Router Sensing Truck Computers Cluster Laptops Road Sensors V2V A B Workstation Computers Switch C Database Server Farm Intelligence

CVST Conceptual Pyramid • Transportation applications • Recommendations (Routing, City planning) Application • What-If Analysis, Impact analysis Development • Real-time streaming analytics Intelligent • OD Demands Transportation • Trending / Forecasting Management • KPI analysis • Data collection • Data Integrity, cleansing Data Dissemination • Data anonymity • Publish / subscribe • Sensors Connected Vehicles & • V2V, V2R, V2I • Cloud resource Mobile Computing Cloud management • Horizontal / vertical scaling

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