mobiscud:*a*fastmoving*personal* …jmanbal/paper/mobiscud_slide.pdfmobiscud:*a*fastmoving*personal*...

38
MobiScud: A Fast Moving Personal Cloud in the Mobile Network Kaiqiang Wang , Minwei Shen Junguk Cho , Jacobus Van der Merwe Arijit Banerjee, Kirk Webb 2/6/16 1

Upload: phungcong

Post on 23-May-2019

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

MobiScud:  A  Fast  Moving  Personal  Cloud  in  the  Mobile  Network  

Kaiqiang  Wang  ,  Minwei  Shen                Junguk  Cho  ,  Jacobus  Van  der  Merwe    

Arijit  Banerjee,  Kirk  Webb  

2/6/16   1  

Various  Wearable  Devices  

2/6/16   2  

With  Wearable  Device  

•  The  Google  glass  keeps  doing  facial  recogniMon    

       or  analysis.    

•  The  smart  wristband  detects  and  records  my  heartbeats  and  blood  pressure,    giving  me  advices.  

•  More  on  the  way…  2/6/16   3  

ApplicaMon  Requirements  •  CharacterisMcs  of  these  applicaMons  

–  Highly  responsive  :  should  get    results  in  real-­‐Mme  (AR,  face  recogniMon)  –  Intensive  computaMon  :  hard  to  run  only  on  mobile  –  Need  storage  to  keep  and  analyze  user-­‐related  informaMon  

Need  computa3on  offloading  to  cloud  server  everywhere  and  any3me  

However,  the  first  priority  of  wearable  devices  is  not  computaMon  and  storage,  but  be[er  portability  

2/6/16   4  

With  Cloud  &  Mobile  Network  

•  Cloud  server  –  Provide  compuMng  resource  &  storage  for  wearable  &  mobile  devices  

•  Stable  connecMvity  –  LTE  is  everywhere  and  always-­‐on  (Macro,  small  cells)  –  LTE  is  more  stable  than  WiFi  since  it  runs  on  license  spectrum    

However,  cloud  server  far  from  users  and  centralized  GWs  (hierarchical  rou3ng)  in  Core  network  result  in  unpredictable  and  long  delay  

         Offset  benefit  from  computa3on  offloading  due  to  network  delay  

Cloudlet*  approach  on  mobile  network  Cloudlet*  -­‐  The  case  for  vm-­‐based  cloudlets  in  mobile  compu8ng,  Satyanarayanan  et  al.  2/6/16   5  

Cloudlet    

Source:  The  case  for  vm-­‐based  cloudlets  in  mobile  compu8ng  ,  Satyanarayanan,  et  al.    

2/6/16   6  

In  Cloudlet,  they  designed  Cloudlet  based  on  WiFi  network  

WiFi  AP  

We  tried  to  use  this  Cloudlet  approach  in  mobile  network  

•  Deployment  –  Put  cloudlets  with  or  close  to  eNodeB  –  ModificaMon  of  exisMng  mobile  network  is  difficult  

•  Rigid  architecture  and  complex  protocol  in  mobile  network  

•  Mobility  –  As  an  user  moves,  iniMal  cloudlet  for  the  user  can  be  gradually  far  from  the  user  (  e.g.,  Handover  )  

–  Considering  target  applicaMons  are  highly  latency-­‐sensiMve,  increasing  small  latency  drops  user’s  QoS  a  lot  

 

Challenges  of  Cloudlet  on    Mobile  Network  for  Low  Latency  

2/6/16   7  

Design  Requirements  •  Highly  distributed  cloudlet  plaform  

 

•  Deploy  cloudlet  approach  without  modificaMon  of  current  protocol  or  mobile  network  

•  Guarantee  constantly  short  latency  regardless  of  mobility  

2/6/16   8  

Proposed  Architecture  :  MobiScud    •  Highly  distributed  cloudlet  plaform  –  Cloudlet  with  or  close  to  Radio  Access  Network  (RAN)  

•  Apply  cloudlet  approach  without  modificaMon  of  current  protocol  or  mobile  network  –  SoMware-­‐Define  Networking  (SDN)  

•  Guarantee  constantly  short  latency  regardless  of  mobility  –  Personal  cloudlet  keeps  following  the  owner  –  Combine  handover  procedure  &  cloudlet  migra3ons  

2/6/16   9  

MobiScud  Architecture  

eNB  

Cloud  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB  

Cloud  

SDN  

SDN  

MobiScud  

MobiScud  

2/6/16   10  

LTE/EPC  Architecture  

MobiScud  Architecture  

eNB  

Cloud  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB  

Cloud  

SDN  

SDN  

MobiScud  

MobiScud  

2/6/16   11  

LTE/EPC  Architecture  

MobiScud  components  

MobiScud  Architecture  

eNB  

Cloud  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB  

Cloud  

SDN  

SDN  

MobiScud  

MobiScud  

2/6/16   12  

LTE/EPC  Architecture  

MobiScud  components  

•  MobiScud  Monitor  –  Monitor  the  control  plane  messages  (  e.g.,  a[achment  and  handover  event  )  –  Extract  necessary  informaMon  from  them  for  future  flow  rules  

MobiScud  Architecture  

eNB  

Cloud  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB  

Cloud  

SDN  

SDN  

MobiScud  

MobiScud  

2/6/16   13  

LTE/EPC  Architecture  

MobiScud  components  

•  MobiScud  Controller  -­‐  Orchestrate  SDN  substrate  and  Cloud  plaWorm  –  Construct  flow  rules  with  extracted  informaMon  from  Monitor  –  Manage  cloud  plaform  to  create  and  migrate  the  personal  VMs  –  Exchange  control  message  between  MobiScud  controllers  to  support  handover    

MobiScud  Architecture  

eNB  

Cloud  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB  

Cloud  

SDN  

SDN  

MobiScud  

MobiScud  

2/6/16   14  

LTE/EPC  Architecture  

MobiScud  components  

•  SMORE*  SDN  –  SelecMve  traffic  offloading  evaluaMon  based  on  flow-­‐entries  :  Cloud  or  Internet  –  GTP  Tunnel  en/decapsulaMon  

         SMORE*:  soCware-­‐defined  networking  mobile  offloading  architecture,  J  Cho  et  al.  

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

MobiScud1  

1

     Cloud1  

SDN1  

2/6/16   15  

AMer  user  aYachment  Traffic  for  Cloud  Traffic  for  Internet  

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  Cloud2  

     Cloud1  

SDN2  

User  start  moving,  Handover  procedure  starts  

2/6/16   16  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

2

SDN2  

2/6/16   17  

Cloud2  

     Cloud1  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

3

     Cloud1  

Cloud2  

SDN2  

2/6/16   18  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

4

     Cloud1  

Cloud2  

SDN2  

2/6/16   19  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

5      Cloud1  

Cloud2   Request  VM  migra3on  

2/6/16   20  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

6

Start  VM  migra3on  

2/6/16   21  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

6

Handover  completes  

2/6/16   22  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

6

S3ll  use  VM  in  cloud  1  

2/6/16   23  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

6

S3ll  use  VM  in  cloud  1  

2/6/16   24  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

7

AMer  finishing  VM  migra3on  Modify  flow  rules  

2/6/16   25  

SDN2  

SDN1    

eNB2  

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

8

Use  VM  in  Cloud2  

2/6/16   26  

SDN2  

SDN1    

MobiScud  Workflow  for  Handover  

eNB1  

SGW   PGW  

MME  

Internet  

eNB2  

MobiScud1  

MobiScud2  

     Cloud1  

Cloud2  

9

2/6/16   27  

SDN2  

SDN1    

ImplementaMon  

•  PhantomNet  testbed  –  hYp://phantomnet.org/  – OpenEPC  LTE/EPC  somware  

•  MobiScud  SDN  &  Controller    –  SMORE  SDN  &  Ryu  controller  

•  Personal  cloudlet  –  Xen  

2/6/16   28  

EvaluaMon  

•  End-­‐to-­‐End  RTT  improvement  according  to  the  level  of  cloud  distribu3on  –  Cloud  in  Internet  –  Cloud  in  intermediate  locaMon  between  eNB  and  Core  network  (MTSO)  –  MobiScud  without  VM  MigraMon  –  MobiScud  with  VM  MigraMon  

•  We  use  ping  for  evaluaMon  2/6/16   29  

EvaluaMon  

•  End-­‐to-­‐End  RTT  improvement  according  to  the  level  of  cloud  distribu3on  –  Cloud  in  Internet  –  Cloud  in  intermediate  locaMon  between  eNB  and  Core  network  (MTSO)  –  MobiScud  without  VM  MigraMon  –  MobiScud  with  VM  MigraMon  

•  We  use  ping  for  evaluaMon  2/6/16   30  

EvaluaMon  

•  End-­‐to-­‐End  RTT  improvement  according  to  the  level  of  cloud  distribu3on  –  Cloud  in  Internet  –  Cloud  in  intermediate  loca3on  between  eNB  and  Core  network  (MTSO)  –  MobiScud  without  VM  MigraMon  –  MobiScud  with  VM  MigraMon  

•  We  use  ping  for  evaluaMon  2/6/16   31  

EvaluaMon  

•  End-­‐to-­‐End  RTT  improvement  according  to  the  level  of  cloud  distribu3on  –  Cloud  in  Internet  –  Cloud  in  intermediate  locaMon  between  eNB  and  Core  network  (MTSO)  –  MobiScud  without  VM  Migra3on  –  MobiScud  with  VM  MigraMon  

•  We  use  ping  for  evaluaMon  2/6/16   32  

EvaluaMon  

•  End-­‐to-­‐End  RTT  improvement  according  to  the  level  of  cloud  distribu3on  –  Cloud  in  Internet  –  Cloud  in  intermediate  locaMon  between  eNB  and  Core  network  (MTSO)  –  MobiScud  without  VM  MigraMon  –  MobiScud  with  VM  Migra3on  

•  We  use  ping  for  evaluaMon  2/6/16   33  

RTT  of  Different  Cases  

2/6/16   34  

Constant  ~80  ms  latency  

Constant  ~20  ms  latency  

RTT  of  Different  Cases  

First  Handover  Second  Handover  

2/6/16   35  

RTT  of  Different  Cases  

First  Handover   Second  Handover  

2/6/16   36  

Conclusion  •  We  presented  MobiScud  architectue  to  realize  cloudlet  in  mobile  network  for  low  latency  applicaMons  –  No  modificaMon  of  exisMng  LTE/EPC  mobile  network.  –  Keep  following  personal  cloudlet  even  handover  

•  Prototype  realizaMon  of  MobiScud  architecture  in  PhantomNet  LTE/EPC  testbed.  

2/6/16   37  

Conclusion  •  We  presented  MobiScud  architecture  to  realize  cloudlet  in  mobile  network  for  low  latency  applicaMons  –  No  modificaMon  of  exisMng  LTE/EPC  mobile  network.  –  Keep  following  personal  cloudlet  even  handover  

•  Prototype  realizaMon  of  MobiScud  architecture  in  PhantomNet  LTE/EPC  testbed.  

Visit  phantomnet.org  2/6/16   38