Representación formal de mejores prácticas de IoT con base en los elementos del núcleo de la Esencia SEMAT

Internet de las Cosas (IoT) es una tecnología que consta de una serie de entidades interconectadas (objetos físicos inteligentes, servicios y sistemas de software) que trabajan de manera coordinada. Con ellas se busca simplificar y mejorar la eficiencia de los procesos buscando una mejor calidad de vida para las personas. En la literatura especializada se encontró que existen prácticas para desarrollar sistemas IoT que utilizan modelos monolíticos de Ingeniería de Software y que no son fáciles de implementar. Es necesario plantear una base común a través de una representación explícita que permita abarcar todas las problemáticas que puedan resultar al tratar de implementar estas prácticas. El objetivo de este proyecto es formalizar algunas de las mejores prácticas de IoT utilizando la extracción terminológica y teniendo como base de representación el núcleo de la Esencia de SEMAT (Software Engineering Method and Theory), el cual permite describir una base común liberando a las prácticas de las limitaciones de los métodos monolíticos. Esto permitirá a los equipos de implementación de sistemas IoT visualizar el progreso de las actividades independientemente de los métodos de trabajo, también permitirá compartir, adaptar, conectar y reproducir prácticas para crear nuevas formas de trabajo que ayudará a los desarrolladores a reutilizar sus conocimientos de forma sistemática y a los ejecutivos a dirigir programas y proyectos IoT con una mejor calidad que permitan reducir costos.Internet of Things (IoT) is a technology that consists of a series of interconnected entities (intelligent physical objects, services and software systems) that work in a coordinated manner. They seek to simplify and improve the efficiency of processes seeking a better quality of life for people. In the specialized literature, it was found that there are practices to develop IoT systems that use monolithic Software Engineering models and that are not easy to implement. It is necessary to establish a common base through a clean representation that allows covering all the problems that may result when trying to implement these practices. The objective of this project is to formalize some of the best practices of IoT using terminological extraction and having as a basis of representation the core of the Essence of SEMAT (Software Engineering Method and Theory) which allows to describe a common base freeing the practices of the limitations of monolithic methods. This will allow IoT system implementation teams to visualize the progress of activities regardless of work methods, it will also allow sharing, adapting, connecting and reproducing practices to create new ways of working that will help developers to systematically reuse their knowledge in a new way and executives to direct IoT programs and projects with better quality that reduce costs.MaestríaMagíster en Ingeniería de Sistemas y ComputaciónTabla de Contenido Pág. Resumen....................................................................................................................................... 16 Abstract........................................................................................................................................ 17 Introducción ................................................................................................................................ 18 Capítulo I: Marco Teórico ......................................................................................................... 21 1.1. Internet de las Cosas (IoT)..................................................................................................... 21 1.1.1. Arquitectura IoT.................................................................................................................. 21 1.1.1.1. Capa de percepción.......................................................................................................... 21 1.1.1.2. Capa de red ...................................................................................................................... 21 1.1.1.3. Capa de aplicación ........................................................................................................... 22 1.1.2. Aplicaciones de IoT............................................................................................................ 22 1.2. Ingeniería de Software ........................................................................................................... 22 1.2.1. Núcleo de la Esencia de SEMAT........................................................................................ 22 1.2.1.1. Elementos del Núcleo de la Esencia de SEMAT............................................................. 23 1.3. Buenas Prácticas .................................................................................................................... 29 1.3.1. Nombramiento correcto de buenas prácticas...................................................................... 29 1.4. Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN).......................................................................... 31 1.4.1. Extracción Terminológica................................................................................................... 31 1.5. Revisión Sistemática de Literatura (RSL) ............................................................................. 33 1.6. Mapeo Sistemático de Literatura (MSL) ............................................................................... 33 1.7. Grupos focales ....................................................................................................................... 34 Capítulo II: Estado del Arte ...................................................................................................... 35 Capítulo III: Planteamiento del Problema y Objetivos........................................................... 38 3.1. Descripción del Problema ...................................................................................................... 38 7 3.2. Formulación del Problema..................................................................................................... 38 3.3. Justificación ........................................................................................................................... 39 3.4. Objetivos................................................................................................................................ 41 3.4.1. Objetivo General................................................................................................................. 41 3.4.2. Objetivos Específicos.......................................................................................................... 41 Capítulo IV: Metodología .......................................................................................................... 42 4.1. Revisión Sistemática de Literatura (RSL) ............................................................................. 42 4.1.1. Planeación........................................................................................................................... 42 4.1.1.1. Definición de las Preguntas de la Investigación .............................................................. 43 4.1.2. Búsqueda Primaria .............................................................................................................. 43 4.1.2.1. Especificación del Tipo de Búsqueda .............................................................................. 43 4.1.2.2. Selección de las Fuentes de Información......................................................................... 44 4.1.2.3. Definición de las Cadenas de Búsqueda .......................................................................... 44 4.1.3. Selección Preliminar........................................................................................................... 44 4.1.3.1. Eliminación de Documentos Irrelevantes........................................................................ 44 4.1.3.2. Eliminación de Documentos Duplicados......................................................................... 44 4.1.4. Selección............................................................................................................................. 45 4.1.4.1. Definición de criterios de inclusión ................................................................................. 45 4.1.4.2. Definición de criterios de exclusión ................................................................................ 45 4.1.5. Extracción de Datos............................................................................................................ 45 4.1.5.1. Definición de Criterios de Calidad .................................................................................. 45 4.1.5.2. Extracción de Datos de cada Documento ........................................................................ 45 4.1.6. Análisis ............................................................................................................................... 45 4.2. Relación de los Componentes de Mejores Prácticas en IoT con los elementos del núcleo de la Esencia ..................................................................................................................................... 45 8 4.2.1. Selección de algunas de las Mejores Prácticas en IoT........................................................ 46 4.2.2. Construcción del Vocabulario de Términos de IoT............................................................ 46 4.2.2.1. Mapeo Sistemático de Literatura (MSL) ......................................................................... 46 4.2.2.2. Construcción del Extractor Automático de Términos ..................................................... 48 4.2.2.3. Validación del Extractor Automático de Términos......................................................... 48 4.2.2.4. Extracción del Vocabulario con el Extractor Automático de Términos.......................... 49 4.2.3. Selección de los Nombres para Mejores Prácticas en IoT.................................................. 49 4.2.4. Tabulación de Componentes de Prácticas IoT con Elementos del Núcleo de la Esencia... 49 4.3. Modelado de Mejores Prácticas en IoT con el Núcleo de la Esencia .................................... 49 4.4. Validación de los Modelos de Mejores Prácticas en IoT....................................................... 51 4.4.1. Planeación del Grupo Focal................................................................................................ 51 4.4.2. Desarrollo del Grupo Focal................................................................................................. 52 4.4.3. Análisis de Datos y Reporte de Resultados ........................................................................ 53 Capítulo V: Desarrollo de la Tesis............................................................................................. 54 5.1. Revisión Sistemática de Literatura (RSL) en IoT.................................................................. 54 5.1.1. Conclusiones de la Revisión Sistemática de Literatura ...................................................... 55 5.2. Relación de los Componentes de Mejores Prácticas en IoT con los elementos del núcleo de la Esencia ...................................................................................................................................... 57 5.2.1. Selección de algunas de las Mejores Prácticas en IoT........................................................ 57 5.2.2. Construcción del Vocabulario de Términos de IoT............................................................ 58 5.2.2.1. Mapeo Sistemático de Literatura (MSL) ......................................................................... 59 5.2.2.2. Construcción del Extractor Automático de Términos ..................................................... 72 5.2.2.3. Validación del Extractor Automático de Términos......................................................... 88 5.2.2.4. Extracción del Vocabulario con el Extractor Automático de Términos.......................... 89 5.2.3. Selección de los Nombres para Mejores Prácticas en IoT.................................................. 89 9 5.2.4. Tabulación de Componentes de Prácticas IoT con el Núcleo de la Esencia ...................... 90 5.3. Modelado de Mejores Prácticas en IoT con el Núcleo de la Esencia .................................. 100 5.4. Validación de los Modelos de Mejores Prácticas en IoT..................................................... 110 5.4.1. Planeación del Grupo Focal.............................................................................................. 110 5.4.1.1. Definición del Objetivo.................................................................................................. 110 5.4.1.2. Identificación de los Participantes................................................................................. 111 5.4.1.3. Programación de la Reunión.......................................................................................... 111 5.4.1.4. Preparación de los Materiales del Grupo Focal ............................................................. 111 5.4.1.5. Enviar Recordatorio a los Participantes......................................................................... 112 5.4.2. Desarrollo del Grupo Focal............................................................................................... 112 5.4.2.1. Presentación de los Participantes................................................................................... 112 5.4.2.2. Grabación de la Reunión................................................................................................ 112 5.4.2.3. Entrega de Materiales .................................................................................................... 112 5.4.2.4. Presentación del Grupo Focal ........................................................................................ 113 5.4.2.5. Discusión y Evaluación de los Modelos........................................................................ 113 5.4.2.6. Finalización de la Reunión............................................................................................. 113 5.4.3. Análisis de Datos y Reporte de Resultados ...................................................................... 113 5.4.3.1. Resultados de Validación de la Práctica 1 ..................................................................... 113 5.4.3.2. Resultados de Validación de la Práctica 2 ..................................................................... 114 5.4.3.3. Resultados de Validación de la Práctica 3 ..................................................................... 114 5.4.3.4. Resultados de Validación de la Práctica 4 ..................................................................... 115 5.4.3.5. Resultados de Validación de la Práctica 5 ..................................................................... 115 5.4.3.6. Resultados de Validación de la Práctica 6 ..................................................................... 116 5.4.3.7. Resultados de Validación de la Práctica 7 ..................................................................... 116 10 5.4.3.8. Resultados de Validación de la Práctica 8 ..................................................................... 117 5.4.3.9. Resultados de Validación de la Práctica 9 ..................................................................... 117 5.4.3.10. Resultados de Validación de la Práctica 10 ................................................................. 118 5.4.3.11. Conclusiones de la Validación de los Modelos ........................................................... 118 Capítulo VI: Conclusiones y Trabajo Futuro ........................................................................ 120 6.1. Conclusiones........................................................................................................................ 120 6.2. Cumplimiento de Objetivos................................................................................................. 121 6.3. Trabajos Futuros .................................................................................................................. 124 Referencias ................................................................................................................................ 125 Anexos........................................................................................................................................ 15

Diseño, especificación, implementación y validación de habilitadores digitales para la interoperabilidad de plataformas de Internet de las cosas (IoT)

[ES] Internet de las Cosas (IoT) es un paradigma tecnológico que está transformando y revolucionando el mundo en el cual vivimos, liderando la transformación digital y generando enormes posibilidades desde el punto de vista tecnológico que pueden solucionar grandes problemas y retos en nuestra sociedad y efectuar cambios profundos en nuestra economía e industria, y transformar nuestra vida cotidiana . Sin embargo, para poder obtener estos grandes beneficios y explotar todo su potencial todavía hace falta abordar y resolver grandes retos tecnológicos asociados. La interoperabilidad es el mayor reto tecnológico del paradigma IoT, conjuntamente con la seguridad, a causa de la vasta heterogeneidad inherente del universo IoT a todos los niveles y la falta de una estandarización global aceptada de facto capaz de alinear sus diferentes elementos y aspectos, que actualmente no se considera viable conseguir. La capacidad de elementos y sistemas de comunicarse y compartir información de manera efectiva entre ellos habilita intercambios de información relevante, coordinación o cooperación entre sí y sinergias. La fragmentación de la información de sistemas IoT y falta inherente de interoperabilidad en este paradigma causa graves problemas económicos y tecnológicos, e impide las sinergias entre sistemas. Se considera que la carencia de interoperabilidad es el mayor obstáculo para la formación de un ecosistema global de IoT, un hito en la transformación digital, puesto que impide la integración horizontal de mercados verticales y deja una gran fragmentación entre los sistemas basados en información obtenida con la tecnología IoT. IoT, uno de los paradigmas o habilitadores clave de la transformación digital, está enormemente limitada por carencias de interoperabilidad, que impiden su crecimiento, evolución y despliegue de todo su potencial. Es absolutamente crítico resolver el problema de falta intrínseca de interoperabilidad entre plataformas IoT para poder avanzar tecnológicamente hacia el Internet del Futuro, la Nueva Generación de IoT y la digitalización del mundo. La habilitación de la interoperabilidad entre sistemas y a lo largo de los sistemas, para conseguir un ecosistema interconexionado global, es un reto complejo y de múltiples facetas. Entre ellas, la interoperabilidad semántica, que implica el entendimiento completo, automático y sin ambigüedades de la información compartida entre sistemas, es singularmente compleja de obtener entre plataformas IoT a causa de la alta heterogeneidad entre sus modelos de información. En esta tesis se abarca el estudio, diseño, especificación, implementación y validación de habilitadores digitales (herramientas tecnológicas que promueven la digitalización del mundo) para establecer interoperabilidad en IoT en diferentes niveles (técnico, sintáctico, semántico) con especial enfoque en la interoperabilidad semántica entre plataformas heterogéneas, uno de los retos técnicos más complejos actualmente en IoT. También se abordan en el estudio y construcción de estos habilitadores temas a resolver de Internet del Futuro y la Nueva Generación de Internet de las Cosas.[CA] Internet de les Coses (IoT) és un paradigma tecnològic que està transformant i revolucionant el món en el qual vivim, liderant la transformació digital i generant enormes possibilitats des del punt de vista tecnològic que poden solucionar grans problemes i reptes en la nostra societat i efectuar canvis profunds en la nostra economia i indústria, i transformar la nostra vida quotidiana. No obstant això, per a poder obtindre aquests grans beneficis i explotar tot el seu potencial encara fa falta abordar i resoldre grans reptes tecnològics associats. La interoperabilitat és el major repte tecnològic del paradigma IoT, conjuntament amb la seguretat, a causa de la vasta heterogeneïtat inherent de l'univers IoT a tots els nivells i la falta d'una estandardització global acceptada de facto capaç d'alinear els seus diferents elements i aspectes, que actualment no es considera viable aconseguir. La capacitat d'elements i sistemes de comunicar-se i compartir informació de manera efectiva entre ells habilita intercanvis d'informació rellevant, coordinació o cooperació entre si i sinergies. La fragmentació de la informació de sistemes IoT i falta inherent d'interoperabilitat en aquest paradigma causa greus problemes econòmics i tecnològics, i impedeix les sinergies entre sistemes. Es considera que la manca d'interoperabilitat és el major obstacle per a la formació d'un ecosistema global de IoT, una fita en la transformació digital, ja que impedeix la integració horitzontal de mercats verticals i deixa una gran fragmentació entre els sistemes basats en informació obtinguda amb la tecnologia IoT. La IoT, un dels paradigmes o habilitadors clau de la transformació digital, està enormement limitada per manques d'interoperabilitat, que impedeixen el seu creixement, evolució i desplegament de tot el seu potencial. És absolutament crític resoldre el problema de falta intrínseca d'interoperabilitat entre plataformes IoT per a poder avançar tecnològicament cap a la Internet del Futur, la Nova Generació de IoT i la digitalització del món. L'habilitació de la interoperabilitat entre sistemes i al llarg dels sistemes, per a aconseguir un ecosistema interconnectat global, és un repte complex i de múltiples facetes. Entre elles, la interoperabilitat semàntica, que implica l'enteniment complet, automàtic i sense ambigüitats de la informació compartida entre sistemes, és singularment complexa d'obtindre entre plataformes IoT a causa de l'alta heterogeneïtat entre els seus models d'informació. En aquesta tesi s'abasta l'estudi, disseny, especificació, implementació i validació d'habilitadors digitals (eines tecnològiques que promouen la digitalització del món) per a establir interoperabilitat en IoT en diferents nivells (tècnic, sintàctic, semàntic) amb especial enfocament en la interoperabilitat semàntica entre plataformes heterogènies, un dels reptes tècnics més complexos actualment en IoT. També s'aborden en l'estudi i construcció d'aquests habilitadors temes a resoldre d'Internet del Futur i la Nova Generació d'Internet de les Coses.[EN] The Internet of Things (IoT) is a technological paradigm that is transforming and revolutionising the world we live in, leading the digital transformation and generating enormous technological possibilities that could solve major challenges in our society, effect profound changes in our economy and industry and transform our daily lives. However, in order to realise these great benefits and exploit IoT's full potential, there are major associated technological challenges to be addressed and solved. Interoperability is the biggest technological challenge of the IoT paradigm, together with security, because of the vast inherent heterogeneity in IoT at all levels and the lack of a de facto global standard capable of aligning its different elements and aspects, which is currently not considered feasible to achieve. The ability of elements and systems to communicate and share information effectively with each other enables exchanges of relevant information, coordination or cooperation with each other and synergies. The fragmentation of information in IoT systems and inherent lack of interoperability in this paradigm causes serious economic and technological problems, and prevents synergies between systems. The lack of interoperability is considered to be the biggest obstacle to the formation of a global IoT ecosystem, a milestone in the digital transformation, as it prevents horizontal integration of vertical markets and leaves a large fragmentation between systems based on IoT-derived information. IoT, one of the key paradigms or enablers of digital transformation, is severely constrained by interoperability gaps, which impede its growth, evolution and deployment of its full potential. It is absolutely critical to solve the problem of intrinsic lack of interoperability between IoT platforms in order to move technologically towards the Future Internet, the Next Generation IoT and the digitisation of the world. The enablement of interoperability between and across systems to achieve a globally interconnected ecosystem is a complex and multi-faceted challenge. Among them, semantic interoperability, which implies an automatic unambiguous understanding of the information shared between systems, is hardly feasible between IoT platforms due to the high heterogeneity of information models. This thesis covers the study, design, specification, implementation and validation of digital enablers to establish IoT interoperability at different levels (technical, syntactic, semantic) with special focus on semantic interoperability between heterogeneous platforms, one of the most complex technical challenges currently in IoT. The study and construction of these enablers also address issues to solve in the Future Internet and the Next Generation of the Internet of Things.González Usach, R. (2022). Diseño, especificación, implementación y validación de habilitadores digitales para la interoperabilidad de plataformas de Internet de las cosas (IoT) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181643TESI