[論文レビュー] Towards a General Software Engineering Methodology for the Internet of Things

Franco Zambonelli|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 31被引用数 23

ひとこと要約

本稿は、アバター、コーディネータ、目的志向グループといった中心的な抽象化概念に焦点を当てた、インターネット・オブ・シングス（IoT）向けの包括的ソフトウェア工学手法を提案する。Web of Things（WoT）およびエージェント志向パラダイムを統合することで、分散型で適応的かつ協調的なIoTサービス工学を支援する体系的な手法を提示する。

ABSTRACT

As research in the Internet of Thing area progresses, and a multitude of proposals exist to solve a variety of problems, the need for a general principled software engineering approach for the systematic development of IoT systems and applications arises. In this paper, by synthesizing form the state of the art in the area, we attempt at framing the key concepts and abstractions that revolve around the design and development of IoT systems and applications, and draft a software engineering methodology centered on these abstractions.

研究の動機と目的

• 本分野における研究が著しく進展しているにもかかわらず、IoTシステム向けの体系的かつ汎用的なソフトウェア工学手法の欠如に取り組む。
• 既存のIoTおよびWeb of Things（WoT）アプローチから共通の核心的抽象化概念を特定・統合し、体系的開発の共通基盤を構築する。
• スマートホテルのような複雑な環境において、協調的で適応的かつスケーラブルなIoTアプリケーションの設計・展開を支援する手法を開発する。
• エージェント志向ソフトウェア工学、自己適応システム、およびIoTの間のギャップを埋め、関連概念を包括的なフレームワークに統合する。
• 将来のツールチェーンおよびモデリング言語の基盤を提供し、IoT要件、アバター、協調メカニズムを形式的に表現できるようにする。

提案手法

• IoTおよびWoT分野における最先端技術からキーポイントを統合し、相互運用性、分散性、動的協調性に焦点を当てる。
• 物理的実体のセンシング、アクチュエーション、推論能力を統合するソフトウェアエンティティを表す「アバター」の抽象化を導入する。
• 集団的目標を達成するためのアバター連合の協調スキームを管理するソフトウェアアーティファクトとして「コーディネータ」を定義する。
• 4段階の手法を提案する：(1) 要件分析、(2) 設計（アバターおよびコーディネータのモデリングを含む）、(3) 実装、(4) インfraストラクチャ適合を伴う展開。
• エージェント志向ソフトウェア工学および自己適応システムの原則を活用し、IoT環境における動的動作とレジリエンスを支援する。
• 形式的または準形式的モデリング言語およびツールの必要性を強調し、抽象化の表現とツール支援開発を可能にする（今後の課題として残す）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のIoTおよびWoTアプローチに共通する、包括的ソフトウェア工学手法の基盤として機能する核心的抽象化概念は何か？
• RQ2 大規模なIoTシステムにおいて、分散型で目的志向の協調がどのように体系的にモデリングおよび実装可能か？
• RQ3 エージェント志向ソフトウェア工学や自己適応システムといった既存のパラダイムは、IoT固有の課題に対処するためにどのように適合可能か？
• RQ4 スマートホテルのような実世界の環境で、IoTアプリケーションを体系的に設計・展開するための主要な段階と活動は何か？
• RQ5 提案手法は、IoT環境における相互運用性、スケーラビリティ、動的適応性をどのように支援するか？

主な発見

• 本稿は、アバターとコーディネータが、多様なIoT実装パターンを統合し、スケーラブルでモジュラーなシステム設計を可能にする基盤的抽象化であると特定する。
• 要件、設計、実装、展開の4段階からなる手法が提案され、IoTシステム開発の体系的フレームワークを提供する。
• 目的志向グループおよび協調メカニズムの統合により、中央集権的制御なしに複雑で適応的なIoTサービスを設計可能となる。
• エージェント志向ソフトウェア工学および自己適応システムといった確立されたパラダイムに基づくため、理論的かつ実用的妥当性が向上する。
• Web of Things（WoT）の原則を活用することで相互運用性が実現され、サービス発見および相互作用に標準的なWeb技術が利用可能になる。
• 本稿は、将来の研究として、形式的モデリング言語およびツールの開発の必要性を強調し、提案された抽象化および手法を実装可能にする基盤を提供する。