[论文解读] UML4IoT - A UML profile to exploit IoT in cyber-physical manufacturing systems

Kleanthis Thramboulidis, Foivos Christoulakis|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2015

Digital Transformation in Industry被引用 10

一句话总结

UML4IoT 提出了一种 UML 配置文件，通过自动化生成符合物联网（IoT）的中间件层，实现信息物理制造系统与物联网（IoT）的无缝集成。该方法在设计和源代码层面均实现了物联网集成的完全自动化，通过 myLiqueur 实验室系统的原型实现，经垃圾回收器调优后性能得到提升。

ABSTRACT

Internet of Things is changing the world. The manufacturing industry has already identified that the IoT brings great opportunities to retain its leading position in economy and society. However, the adoption of this new technology changes the development process of the manufacturing system and raises many challenges. In this paper the modern manufacturing system is considered as a composition of cyber-physical, cyber and human components and IoT is used as a glue for their integration as far as it regards their cyber interfaces. The key idea is a UML profile for the IoT with an alternative to apply the approach also at the source code level specification of the component in case that a UML design specification is not available. The proposed approach, namely UML4IoT, fully automates the generation process of the IoT-compliant layer that is required for the cyber-physical component to be integrated in the modern IoT manufacturing environment. A prototype implementation of the myLiqueur laboratory system has been developed to demonstrate the applicability and effectiveness of the UML4IoT approach.

研究动机与目标

• 为以标准化和自动化方式解决信息物理制造系统与物联网技术集成的挑战。
• 通过物联网赋能的网络接口，实现信息物理、网络和人类组件之间的无缝互操作性。
• 提供一种基于 UML 的建模方法，支持在设计时和源代码级别对物联网集成进行规范。
• 自动化生成制造系统中组件集成所需的符合物联网标准的软件层。
• 通过 myLiqueur 实验室系统中的原型实现验证该方法。

提出的方法

• 本文提出了 UML4IoT，一种专为建模物联网赋能的信息物理制造系统而设计的 UML 配置文件。
• 该方法使用 UML 构造型和标记值，为组件添加物联网特定属性，如连接性、数据格式和通信协议。
• 支持从 UML 模型自动生成物联网中间件层，从而减少手动实现的工作量。
• 在 UML 模型不可用的情况下，该方法支持通过注解直接进行源代码级别的规范。
• 该方法与现有的 UML 建模工具集成，并支持模型驱动工程（MBE）原则。
• 通过在原型实现中优化垃圾回收器，提升了性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何扩展 UML 以标准化地建模物联网赋能的信息物理制造系统？
• RQ2 能否从 UML 模型自动生成符合物联网标准的中间件？
• RQ3 如何在设计和源代码两个层面支持物联网集成？
• RQ4 通过自动生成物联网中间件，可实现怎样的性能开销或性能提升？
• RQ5 UML4IoT 在多大程度上能够实现制造系统中异构组件之间的互操作性？

主要发现

• UML4IoT 配置文件成功实现了信息物理组件符合物联网标准的中间件层的自动生成。
• myLiqueur 实验室系统原型的实现证明了该方法的可行性和有效性。
• 性能测量显示，经垃圾回收器调优后性能有所提升，表明具备良好的可扩展潜力。
• 该方法支持基于模型和源代码级别的规范，提高了在实际应用中的灵活性。
• 该方法通过标准化的物联网接口，实现了信息物理、网络和人类组件的端到端集成。
• UML4IoT 配置文件为制造系统中的物联网集成提供了一种标准化、可扩展且工具支持的解决方案。