Toward a Framework for the Composition and Assessment of IoT and CPS Capabilities : Smart Cities Applications
Vers un Framework pour la composition et l'évaluation des capacités IoT et CPS : applications dans le contexte des villes intelligentes
Résumé
By 2030, over half a trillion devices will be connected to the internet. With so many devices providing a wide range of services, a framework for prototyping, verifying, and assessing Internet of Things (IoT) and Cyber-Physical Systems (CPS) capabilities is needed. Based on our research, existing IoT and CPS service composition frameworks either lack solid composition foundations that consider the various stakeholders' concerns, don't propose modeling semantics, or don't provide the means to formally verify the different states a composite system might yield. A comprehensive composition framework should facilitate the composition of capabilities and give the stakeholders means to model and verify compositions reliably. An IoT and CPS Composition Framework (ICCF) is proposed to achieve this goal. ICCF is based on the NIST CPS framework composition guidelines, mPlane-based composition semantics, and TLA-based (Temporal Logic of Actions) formal verification descriptors and tools. For experimental validation, we propose an implementation of ICCF, named IoTCaP (IoT Capabilities Platform), which takes into consideration ICCF foundations and enables the composition of novel capabilities in various domains. We have implemented ICCF in three domains of interest: Well-being in smart buildings, safety in Autonomous Driving Systems, and health improvement in Intensive Care Units.
D'ici 2030, plus d'un demi-milliard d'objets seront connectés à Internet. Avec autant d'objets offrant une large gamme de services, un Framework pour le prototypage, la vérification et l'évaluation des capacités de l'Internet des objets (IoT) et des systèmes cyber-physiques (CPS) est nécessaire. D'après nos recherches, les Framework de composition de services IoT et CPS existants manquent soit de bases solides pour la composition qui tiennent compte des préoccupations des différentes parties prenantes, soit ne proposent pas de sémantique de modélisation, soit ne permettent pas de vérifier formellement les différents états qu'un système composite pourrait produire. Un Framework qui devrait faciliter la composition de capacités et donner aux parties prenantes les moyens de modéliser et de vérifier de manière fiable ces compositions, fait l'objet de cet effort. Pour atteindre cet objectif, un Framework de composition IoT et CPS (ICCF) est proposé pour atteindre cet objectif. L'ICCF est basé sur les directives de composition de Framework CPS du NIST, la sémantique de composition mPlane et les descripteurs et outils de vérification formelle TLA (Logique Temporelle des Actions). Pour une validation expérimentale, nous proposons une implémentation de l'ICCF, appelée IoTCaP (Plateforme de Capacités IoT), qui prend en compte les fondements de ICCF et permet la composition de nouvelles capacités dans multiples domaines. Nous avons mis en œuvre l'ICCF dans trois domaines d'intérêt : le bien-être dans les bâtiments intelligents, la sécurité dans les systèmes de conduite autonome et l'amélioration de la santé dans les unités de soins intensifs.
Domaines
Informatique ubiquitaire
Origine : Version validée par le jury (STAR)