Optimal deployment of smart home vertical applications

Elfahem, Rim (2017). Optimal deployment of smart home vertical applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Home automation services (such as home monitoring applications) are becoming more sophisticated and compute-intensive. Deploying such applications locally in houses can present challenges in terms of reliability, scalability, and performance due to limitations of resources. Therefore, migrating smart home applications to the cloud is of interest. However, the integration of smart home vertical applications with cloud computing faces two major challenges: i) how to map these applications to cloud resources while minimizing costs e.g. to pay only for the resources that are really used, and ii) how to automate the application deployment process.

In this thesis, we present an application virtualization system which optimizes the deployment of smart home applications in a cloud environment. Our contribution is two-fold:

The first contribution is OptiDep, an application placement solution for smart home applications aimed to minimize the mapping costs while maximizing the cloud resources’ utilization and maintaining the required Quality of Service (QoS) level. Unlike prior work, our solution considers multi-layer mapping which includes an application layer, a virtual layer, and a cloud infrastructure layer. It enables simultaneous node and link mappings, takes into account smart home applications specific requirements such as location and interdependencies and includes different types of compute and network capacities. It incorporates a pricing model and meets cloud infrastructure constraints.

Mixed integer linear programming (MILP) model is proposed to optimize the application placement problem. Evaluation of results showed that our solution reduces costs by 29% compared to a prior exact approach and more than 76 % compared to another heuristic-based solution.

The second contribution is a design of a system that implements OptiDep to deploy smart home applications. The proposed system, based on OpenStack, automates the deployment of complex distributed applications in the cloud, which can be very useful when the same set of smart home services are deployed in multiple residences.

Titre traduit

Déploiement optimal des applications verticales

Résumé traduit

Les services domotiques, tels que les applications de surveillance à domicile, deviennent de plus en plus sophistiqués et gourmands en ce qui a trait aux ressources. Le déploiement de ce type d’applications peut représenter des défis en termes de fiabilité, d'évolutivité et de performance à défaut d’avoir accès aux ressources du réseau domestique. Par conséquent, la migration des applications domestiques intelligentes (smart home) vers l’infonuagique est prometteuse. Cependant, l'intégration des applications verticales du type « smart home » avec l’infonuagique fait face à deux défis majeurs: i) comment mapper ces applications aux ressources infonuagique tout en minimisant les coûts, et ii) comment automatiser le processus de déploiement de ce type d’application.

Cette thèse présente un système de virtualisation d'applications qui optimise le déploiement d'applications de type « smart home » dans un environnement infonuagique. Le mémoire comporte deux contributions.

La première contribution est OptiDep, un modèle de programme linéaire mixte (PLM) qui fournit des solutions optimales pour le problème de placement d'application. Le modèle considère l'affectation des noeuds et des liaisons et intègre différents types de capacités de calcul et de réseau. Il permet l’allocation simultanée de noeuds et de liens, intègre un modèle de coûts et répond aux exigences particulières des applications domestiques intelligentes et aux contraintes spécifiques de l'infrastructure infonuagique. Les résultats des experimentations démontrent que la solution proposée permet d'économiser 29% par rapport à une approche existante (approche exacte) et jusqu’à 76% comparée à une autre existante fondée sur une approche heuristique.

La deuxième contribution est la conception d’un système qui implémente OptiDep pour déployer les applications des maisons intelligentes. Ce système, basé sur OpenStack, automatise le déploiement d'applications distribuées complexes dans l’infonuagique. Cette approche innovante peut être particulièrement utile dans le contexte de « smart home » lorsque le même ensemble de services doit être déployé dans plusieurs résidences.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in information technology". Bibliographie : pages 133-136.
Mots-clés libres:	Domotique. Infonuagique. Systèmes virtuels (Informatique) Programmation linéaire. application, placement, vertical, virtualisation, allocation de réseaux virtuels, placement optimisé
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Cheriet, Mohamed
Codirecteur:	Codirecteur Nguyen, Kim Khoa
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie des technologies de l'information
Date de dépôt:	23 août 2017 14:37
Dernière modification:	16 janv. 2018 18:27
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1918

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