[논문 리뷰] Interaction semantics and its implications for an interaction oriented architecture of IoT-type applications

Johannes Reich|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 29.

IoT and Edge/Fog Computing인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 상호작용 의미론의 형식적 기반 모델을 바탕으로 상호작용 중심의 소프트웨어 아키텍처를 제안한다. 의미론적 정렬, 계층적 추상화, 기능적 분리를 명확히 하여 느슨하게 결합된, 재사용 가능한 컴포넌트를 가능하게 하며, 동적 상호작용 네트워크에서의 적응 노력을 크게 줄인다.

ABSTRACT

Several synergistic trends, subsumed under the phrase "Internet of things (IoT)" massively drive the increasing importance of networking applications. In the past, the exponential growth of the Internet was mainly due to semantically agnostic transport protocols. In the future it is to be expected that, because of the increasing autonomy of technical systems, it becomes necessary to better understand the nature of the semantics of these interaction networks to create appropriate networking applications. Appropriate means that the architecture of these applications allows to minimize the effort to adapt these applications to the permanently changing interaction networks. The proposed interaction oriented architecture is based on a reference model of interaction semantics. It provides guiding principles on how to design networking applications. The reference model of interaction semantics provides: a unifying description of the things in the physical, the information and the human world; an interaction model that is of direct runtime relevance; an understanding for how hierarchical structured components can cooperate loosely coupled; a concept to determine how much semantics has to be common to enable components of different semantic domains to cooperate loosely coupled; and a data type model. The software reference architecture provides: a definition of software layers; means to express vertical interactions, that is interactions which demarcate a software layer; means to express horizontal interactions, that is, between processes in the same software layer; a definition of a component and how to distinguish it from other entities like systems or objects; and a model how to separate reusable from non-reusable parts of an application's functionality.

연구 동기 및 목표

• 자율적이고 상호 연결된 시스템에 의해 유도되는 IoT 애플리케이션의 복잡성 증가에 대응하기 위해.
• 의미론적 무관한 프로토콜의 한계를 극복하기 위해 시스템 설계에 의미론적 인식을 통합하기 위해.
• 구조화된 의미론 모델링을 통해 변화하는 상호작용 네트워크에서의 적응 오버헤드를 최소화하기 위해.
• 물리적, 정보적, 인간 영역 간의 상호운용성을 위한 통합 프레임워크를 제공하기 위해.
• 명확한 功能 분리와 의미론적 정렬을 통해 모듈화되고 재사용 가능한 소프트웨어 컴포넌트를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 물리적, 정보적, 인간 세계 간의 기술적 기술 기술을 통합하기 위해 상호작용 의미론의 기준 모델을 도입한다.
• 런타임에서의 관련성이 있는 상호작용 모델을 정의하여 동적이고 느슨하게 결합된 컴포넌트 간의 협업을 지원한다.
• 다른 도메인 간 컴포넌트 상호작용을 위해 필요한 최소한의 공통 의미론을 결정하기 위해 의미론적 정렬 개념을 설정한다.
• 컴포넌트 간 수직적 및 수평적 상호작용 패턴을 명확히 하기 위해 계층적인 소프트웨어 아키텍처를 제안한다.
• 기능적 및 의미론적 경계에 따라 컴포넌트를 시스템이나 객체와 구분하는 컴포넌트 모델을 제안한다.
• 아키텍처 내에서 의미론적 및 구조적 분해를 통해 재사용 가능한 기능과 비재사용 가능한 기능을 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 의미론적 정렬을 형식적으로 정의할 수 있을까? 이는 서로 다른 의미론적 도메인의 컴포넌트 간 상호운용성을 가능하게 하기 위해 필요하다.
• RQ2 어떤 아키텍처 원칙이 동적 IoT 상호작용 네트워크에서 의미론적 일관성을 유지하면서도 느슨한 결합을 지원하는가?
• RQ3 어떻게 소프트웨어 계층을 구성할 수 있을까? 이는 수직(계층적) 및 수평(피어 간) 상호작용을 효과적으로 지원하기 위해 필요하다.
• RQ4 상호작용 중심의 IoT 아키텍처에서 재사용 가능한 컴포넌트와 비재사용 가능한 컴포넌트를 구분하는 기준은 무엇인가?
• RQ5 어떻게 통합된 의미론 모델이 IoT 애플리케이션에서 물리적, 정보적, 인간 세계를 연결할 수 있는가?

주요 결과

• 상호작용 의미론의 기준 모델은 물리적, 정보적, 인간 영역의 엔티티를 통합적으로 기술할 수 있다.
• 아키텍처는 상호작용 의미론의 런타임 관련성을 직접 지원하여 동적 시스템의 적응 능력을 향상시킨다.
• 계층적 컴포넌트는 정의된 의미론적 정렬 임계값을 통해 느슨하게 결합된 협업을 수행할 수 있다.
• 모델은 다중 도메인 컴포넌트 상호작용을 위해 필요한 최소한의 의미론적 공통성을 정량화한다.
• 소프트웨어 아키텍처는 재사용 가능한 기능과 비재사용 가능한 기능을 명확히 분리하여 유지보수성을 향상시킨다.
• 수직적 및 수평적 상호작용 패턴이 형식적으로 표현되어 계층 간 및 피어 간의 구조화된 통신을 가능하게 한다.