[論文レビュー] State of the Software Development Life-Cycle for the Internet-of-Things

Joaõ Pedro Dias, Hugo Sereno Ferreira|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2018

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 35被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、インターネット・オブ・シングス（IoT）システムにおけるソフトウェア開発ライフサイクルの現状を分析し、ソフトウェア工学の進展にもかかわらず、メソッドロジー、ツール、テストフレームワークにおいて顕著なギャップが存在することを特定している。IoT開発は、システムの異種性、規模、リアルタイム制約、自動テストソリューションの不足といった課題のため、ベストプラクティスに遅れをとっていると主張し、継続的インテグレーションパイプラインとの統合を含めたツールの強化を要請している。

ABSTRACT

Software has a longstanding association with a state of crisis considering its success rate. The explosion of Internet-connected devices, Internet-of-Things, adds to the complexity of software systems. The particular characteristics of these systems, such as being large-scale and its heterogeneity, pose increasingly new challenges. In this paper, we first briefly introduce the IoT paradigm and the current state of art of software development. Then, we delve into the particularities of developing software for IoT systems and systems of systems, given an overview of what are the current methodologies and tools for design, develop and test such systems. The findings are discussed, revealing open issues and research directions, and reveal that the nowadays IoT software development practices are still lagging behind of what are the current best practices.

研究の動機と目的

• IoTシステムにおけるソフトウェア工学の実践状況を、設計、開発、テストの各フェーズに焦点を当てて評価すること。
• システムの規模、異種性、動的トポロジー、マルチドメイン統合といった要因から生じるIoTソフトウェア開発の主な課題を特定すること。
• IoT開発に用いられる既存のメソッドロジー、フレームワーク、ツールを評価し、その限界を明らかにすること。
• 大規模かつ分散型、クラウド接続型、組み込み型IoTシステムを対象としたテスト手法における研究上のギャップを明らかにすること。
• モデル駆動工学、ビジュアルプログラミング、継続的インテグレーションといった現代のソフトウェア工学の実践を、IoT開発に採用するよう提言すること。

提案手法

• IoTシステムに適用された現在のソフトウェア工学の実践に関する包括的な文献レビューを実施した。
• センサ、エッジ、クラウドの複数のレイヤーにわたる、IoTシステムの設計、開発、テストのための既存のメソッドロジーやツールを分析した。
• 商用およびオープンソースのIoTテストツールを評価し、異種性、規模、自動化のサポートに焦点を当てた。
• 特に分散型、リアルタイム、リソース制限のあるシステムにおけるテストにおける技術的およびメソッド論的ギャップを特定した。
• テスト自動化、継続的インテグレーション、およびIoTスタックの各レイヤーにわたるエンドツーエンドテストを支援する、強化されたツールの必要性を提起した。
• 得られた知見を統合し、確立されたソフトウェア工学のベストプラクティスと、現在のIoT開発の現実との不一致を強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTシステムの設計、開発、テストに用いられている現在のメソッドロジーやツールは何か？
• RQ2 スケーリング、異種性、動的トポロジーといったIoTの特徴が、ソフトウェア工学の実践にどのように影響を与えるか？
• RQ3 大規模かつ分散型、組み込み型環境における、既存のIoTシステムのテストフレームワークにおける主なギャップは何か？
• RQ4 なぜ現在のIoTソフトウェア開発実践は、確立されたソフトウェア工学のベストプラクティスに届かないのか？
• RQ5 IoT開発を現代のソフトウェア工学基準に合わせるためには、ツールの改善とプロセス統合（例：CI/CD）にどのような改善が必要か？

主な発見

• IoTソフトウェア開発実践は、特にテストとツール統合の面で、現代のソフトウェア工学のベストプラクティスに著しく遅れをとっている。
• 既存のIoTシステム向けテストソリューションは範囲が限定されており、しばしば一部のプラットフォーム、プロトコル、またはテスト変数しかサポートせず、自動化およびCI/CD対応に欠けている。
• 大規模かつ分散型、組み込み型IoTシステムは、動的トポロジー、リアルタイム制約、ハードウェアのばらつきのため、独自のテスト課題を抱えている。
• クラウドベースのIoTシステムでさえ、スケーラビリティ、弾力性、耐障害性のための成熟したテスト手法が不足しており、広範な採用にもかかわらずそうである。
• 特に異種性と相互運用性を持つシステムにおいて、センサからクラウドまでの統合的エンドツーエンドテストフレームワークが著しく欠落している。
• 研究とツール開発は、テスト自動化、継続的インテグレーション、および異種デバイスとプロトコルエコシステムのサポートを最優先にすることで、既存のギャップを埋める必要がある。