[论文解读] 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 23

一句话总结

本文提出了一种以化身（avatars）、协调者（coordinators）和目标导向型群体为核心抽象的通用物联网（IoT）软件工程方法，旨在实现复杂物联网系统的系统化设计与开发。通过整合现有方法，特别是万维物联网（WoT）和面向代理的范式，该文构建了一套结构化方法，支持去中心化、自适应和协同的物联网服务工程。

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.

研究动机与目标

• 尽管该领域研究日益增多，但目前仍缺乏一种系统化、通用的物联网系统软件工程方法，本文旨在解决此问题。
• 识别并统一现有物联网和万维物联网（WoT）方法中的核心抽象，形成系统化开发的共同基础。
• 开发一种支持在复杂环境（如智能酒店）中设计与部署协同、自适应、可扩展物联网应用的方法。
• 通过整合相关概念，弥合面向代理的软件工程、自适应系统与物联网之间的差距，构建一个连贯的框架。
• 为未来工具和建模语言的开发提供基础，以正式表示物联网需求、化身和协调机制。

提出的方法

• 综合物联网和万维物联网领域前沿技术的核心概念，重点关注互操作性、去中心化和动态协调。
• 引入“化身”抽象，用于表示封装物理实体传感、执行和推理能力的软件实体。
• 将“协调者”定义为管理化身群体协调方案的软件构件，以实现集体目标。
• 提出四阶段方法：(1) 需求分析，(2) 设计（包括化身和协调者建模），(3) 实现，(4) 部署及基础设施自适应。
• 借鉴面向代理的软件工程和自适应系统的原则，以支持物联网环境中动态行为和鲁棒性。
• 强调需要形式化或半形式化建模语言与工具来表示抽象，并支持工具化开发（留待未来工作）。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些核心抽象在现有物联网和万维物联网方法中普遍存在，可作为通用软件工程方法的基础？
• RQ2 如何在大规模物联网系统中系统化地建模与实现去中心化、目标导向的协调？
• RQ3 现有范式（如面向代理的软件工程和自适应系统）在多大程度上可被调整以应对物联网特有的挑战？
• RQ4 在真实场景（如智能酒店）中系统化设计与部署物联网应用所需的关键阶段与活动是什么？
• RQ5 所提出的方法如何在物联网环境中支持互操作性、可扩展性和动态自适应？

主要发现

• 本文识别出化身和协调者作为基础抽象，可统一多样化的物联网实现模式，并支持可扩展、模块化的系统设计。
• 提出四阶段方法——需求、设计、实现与部署——为物联网系统开发提供了结构化框架。
• 目标导向型群体与协调机制的整合，使无需中心化控制即可构建复杂、自适应的物联网服务成为可能。
• 该方法建立在面向代理的软件工程和自适应系统等既定范式之上，增强了其理论与实践的相关性。
• 通过万维物联网（WoT）原则支持互操作性，使标准Web技术可用于服务发现与交互。
• 本文强调未来工作需聚焦于形式化建模语言与工具的开发，以实现所提抽象与方法的可操作化。