Architectural Software Patterns for the Development of IoT Smart Applications
软件开发人员通常在没有正式架构的情况下开始编写应用程序，并依赖直觉和经验，而不是众所周知的设计模式。推荐一种不同的方法来开发物联网智能应用程序，因为它结合了传感器，执行器，通信技术和大数据分析的高度复杂性，以及它跨越不同领域，雾和云基础设施层的分布式性质。文献报告了物联网智能应用程序软件开发的许多经验。然而，架构解决方案的提出没有合理的选择软件组件和它们之间的相互关系。本文提出了软件组件及其关系的分类，以便为特定的物联网智能应用程序建模软件架构。我们选择了城市、建筑和农业的三个智能应用程序作为使用一些组件、连接器和众所周知的设计模式的示例。最后，讨论了物联网软件架构选择中涉及的问题和挑战。
2020-03-17 cs.SE
Towards a Generic Software Architecture for IoT Systems
本文针对物联网系统复杂性带来的软件开发挑战，提出一种质量属性驱动的通用软件架构，融合边缘计算、微服务和事件驱动设计模式，将物联网视为需闭环控制的自治系统以实现稳健运行。
2024-11-16 cs.SE
Understanding the Context of IoT Software Systems in DevOps
对连接设备的需求不断增长，以及物联网（IoT）领域投资的增加，导致了该技术市场的增长。物联网渗透到个人生活的各个领域，从智能手表到整个家庭助理和不同领域的解决方案。物联网的概念正在全球范围内逐渐增加。物联网项目引发了软件工程研究的衔接，以准备在与嵌入式软件互连并托管在云中的物理对象和结构中实现的软件系统的开发和操作。物联网项目在开发和运营阶段之间有界限。这项研究在科学文献中寻找证据，通过开发和运营（DevOps）原则来支持这些边界。我们依靠系统性文献综述来研究物联网软件系统中DevOps的关系。因此，我们在文献中先前主要研究报告的知识背景下确定概念，描述受益和挑战。本文的主要贡献是：（i）讨论物联网软件系统中DevOps的好处和挑战，（ii）识别所使用的工具，概念和程序设计语言，以及（iii）这种软件开发的感知管道。
2021-05-11 cs.SE
IoT Roadmap: Support for Internet of Things Software Systems Engineering
路线图是在博士学位的背景下进行的。在里约热内卢联邦大学系统工程和计算项目实验软件工程小组（COPPE/UFRJ）和法国高等理工大学工业和人类自动化控制、机械工程和计算机科学实验室（LAMIH UMR CNRS 8201）的合作下，该研究项目已于2011年12月12日在巴黎大学完成。路线图是对物联网应用特殊性的调查结果。它是从不同实验研究中收集的概念和证据的具体组织。它支持物联网软件系统的定义，并为项目团队提供特定项目来讨论和定义与指定、设计和实施物联网应用程序相关的基本方面。
2021-07-12 cs.SE
Supporting AI Engineering on the IoT Edge through Model-Driven TinyML
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Univ. of Antwerp（安特卫普大学）；Flanders Make（法兰德斯制造研究院）；Univ. of Reading（雷丁大学）
以网络为中心的人工智能（AI）和物联网（IoT）支持的网络物理系统（CPS）和服务的软件工程涉及复杂的设计和验证挑战。在本文中，我们提出了一种新的方法，基于模型驱动的软件工程范式，特别是特定领域的建模方法。我们专注于人工智能的一个子学科，即机器学习（ML），并建议将数据分析和ML委托给物联网边缘。通过这种方式，我们可以提高机器学习的服务质量，例如其可用性和性能，无论网络条件如何，以及维护隐私，安全性和可持续性。我们让从业者将机器学习任务分配给异构边缘设备，包括高度资源受限的嵌入式微控制器，其主存储器数量级为千字节，能耗数量级为毫瓦。它被称为TinyML。此外，我们展示了如何在软件开发过程中使用不同层次的抽象，即平台无关和平台特定的模型的软件模型。最后，我们验证了所提出的方法，使用案例研究解决预测维护的液压系统与各种网络传感器和执行器。
2022-04-03 cs.AI cs.LG cs.SE
The IoT energy challenge: A software perspective
物联网（IoT）开启了嵌入式应用的全新世界。这些应用中的大多数都是基于深度嵌入式系统，这些系统必须在有限或不可靠的能源上运行，例如电池或能量采集器。满足这些应用的能源需求是一项艰巨的挑战，这威胁着物联网的未来发展。软件拥有对硬件的最终控制权。因此，它在优化系统能耗方面的作用非常重要。目前，程序员没有关于他们的软件如何影响系统能耗的反馈。这种反馈可以通过能量透明来实现，这是一个使程序的能量消耗可见的概念，从硬件到软件。本文讨论了软件开发中对能源透明度的需求，并强调了如何实现这种透明度以帮助应对物联网能源挑战。
2017-06-27 cs.SE
Quantum Neural Network Software Testing, Analysis, and Code Optimization for Advanced IoT Systems: Design, Implementation, and Visualization
本文提出面向先进物联网QNN软件的运行时TACO方法，通过TensorBoard可视化贫瘠高原以支持实时测试、结构修改与高精度系统实现。
2024-01-12 cs.SE
Software Engineering Approaches for TinyML based IoT Embedded Vision: A Systematic Literature Review
Boise State University（博伊西州立大学）
物联网（IoT）通过无处不在的传感、通信、计算和驱动，使人类能够控制我们的环境。在过去的几年里，物联网与机器学习（ML）联手，在远端嵌入深度智能。TinyML（Tiny机器学习）支持在极其精简的边缘硬件上部署用于嵌入式视觉的ML模型，将物联网和ML的力量结合在一起。然而，TinyML驱动的嵌入式视觉应用仍处于初期阶段，它们刚刚开始扩展到广泛的现实世界物联网部署。为了利用物联网和机器学习的真正潜力，有必要为产品开发人员提供强大的，易于使用的软件工程（SE）框架和最佳实践，这些框架和最佳实践是针对TinyML工程所面临的独特挑战而定制的。通过这一系统的文献综述，我们汇总了TinyML开发人员报告的关键挑战，并确定了大规模计算机视觉、机器学习和嵌入式系统中最先进的SE方法，这些方法可以帮助解决基于TinyML的物联网嵌入式视觉中的关键挑战。总之，我们的研究利用了嵌入式系统开发人员和ML开发人员独立开发的SE专业知识之间的协同作用，以帮助解决基于TinyML的物联网嵌入式视觉工程中的独特挑战。
2022-04-19 cs.CV cs.LG cs.SE
Best Practices for Facing the Security Challenges of Internet of Things Devices Focusing on Software Development Life Cycle
本研究针对物联网设备日益增长的安全威胁，提出了聚焦于安全软件开发生命周期的最佳实践指南，旨在提高威胁意识并为保护物联网软件及处理漏洞提供坚实基础。
2024-02-12 cs.SE
SCENARIOTCHECK: A Checklist-based Reading Technique for the Verification of IoT Scenarios
物联网上的软件系统已经将世界带入了一场新的工业革命，带来了新的功能和关注点，例如自主性，持续的设备连接以及系统，用户和事物之间的交互。然而，由于其特定的功能，构建这些类型的系统仍然是一个有问题的活动。经验研究表明，缺乏技术来支持物联网软件系统的构建，其中应该创建不同的软件工件以确保其质量。因此，软件检查已经成为一种替代的基于证据的方法，以支持在软件开发周期中产生的工件的质量保证。然而，没有适用于物联网软件系统的检查技术的知识。因此，本研究提出了SCENARIOTSTUDIO，这是一种用于物联网场景验证的基于检查表的读取技术。通过实验研究对该清单进行了评价。这项研究表明，该技术在成本效益、效率和物联网软件系统开发效率方面具有良好的效果。
2021-07-28 cs.SE
Digital Sovereignty and Software Engineering for the IoT-laden, AI/ML-driven Era
今天的软件工程已经需要应对来自实现物联网产品所需的多学科性的挑战：许多变体由传感器/执行器驱动的系统组成，这些系统今天已经使用AI/ML系统来更好地应对其预期操作设计域（ODD）的非结构化，而与此同时，这些系统需要被监控，诊断，维护，并使用云驱动的仪表板和数据分析管道进行发展，这些管道最好是实时处理、聚合和分析无数数据点。本立场书从软件工程的角度讨论了物联网、人工智能/ML驱动时代与数字主权相关的选定方面：虽然我们可以理所当然地期望从这些解决方案中获得越来越多的好处，但应特别明确说明设计和运行时的挑战和责任，至少要为以下方面做好准备和实现，甚至更好，从软件工程的角度维护和扩展数字主权。
2022-05-27 cs.SE
ML-Quadrat & DriotData: A Model-Driven Engineering Tool and a Low-Code Platform for Smart IoT Services
DriotData UG（DriotData UG公司）；Flanders Make（法兰德斯制造研究院）；Munich Data Science Institute（慕尼黑数据科学研究院）
在本文中，我们提出了ML-Quadrat，这是一个开源的研究原型，它基于Eclipse建模框架（EMF）和智能网络物理系统（CPS）和物联网（IoT）的模型驱动软件工程（MDSE）文献中的最新技术。其设想的用户主要是软件开发人员，他们可能在异构物联网平台和各种人工智能（AI）技术方面没有深入的知识和技能，特别是关于机器学习（ML）。ML-Quadrat在Github上根据Apache 2.0许可证条款发布。此外，我们还展示了DriotData的早期工具原型，DriotData是一个面向公民数据科学家和公民/最终用户软件开发人员的基于Web的低代码平台。DriotData在行业中利用并采用了ML-Quadrat，将其扩展版本作为基于订阅的服务提供给公司，主要是中小型企业（SME）。DriotData目前的初步版本有三种基于Web的模型编辑器：基于文本的，基于树/表单的和基于XML的。后者专为问题或用例领域（即物联网垂直领域）的领域专家而设计，他们可能不具备IT领域的知识和技能。最后，YouTube上有一个演示工具的简短视频：https://youtu.be/VAuz25w0a5k
2022-02-16 cs.AI cs.LG cs.SE
Software Engineering for Internet of Things: The Practitioner's Perspective
基于物联网的系统（简称IoT系统）在不同的工业领域越来越受欢迎，并且它们的发展正在迅速增加，以向最终用户和公民提供增值服务。到目前为止，很少有研究揭示物联网系统所需的核心开发过程生命周期，因此软件工程师发现自己对这种新的系统开发类型没有准备，也不熟悉。为了弥补这一差距，我们进行了一项定量和定性相结合的研究，从现有的物联网文献中得出了一个概念性的过程框架，确定了27项关键任务，可纳入物联网系统的开发过程。该框架随后通过对来自6大洲35个国家的127名物联网系统从业者开发人员的调查进行了验证，他们具有15种不同的行业背景。我们的研究提供了对最重要的开发过程任务的理解，并告知软件工程从业者和研究人员与下一代物联网系统开发相关的挑战和建议。
2021-05-05 cs.SE
Verifying Software Vulnerabilities in IoT Cryptographic Protocols
物联网（IoT）是由大量智能设备通过网络连接而成的系统。这些设备的数量正在迅速增加，这创建了一个庞大而复杂的网络，其中包含通过该网络传输的大量数据。一种在传输中保护此数据的方法，即，实现数据机密性的方法是对物联网协议使用轻量级加密算法。然而，这种协议的设计和实现是一项容易出错的任务;实现中的缺陷可能导致破坏性的安全漏洞。攻击者可以利用这些漏洞并影响用户的隐私。存在各种技术来验证软件和检测漏洞。有界模型检验（BMC）和Fuzzing是检验软件系统规范正确性的有效技术。在这里，我们描述了一个框架，称为加密BMC和Fuzzing（EBF）使用组合BMC和Fuzzing技术。我们评估了EBF验证框架的应用案例研究，即，S-MQTT协议，用于检查物联网加密协议中的安全漏洞。
2020-01-27 cs.CR cs.SE
Self-Organizing Software Models for the Internet of Things
物联网（IoT）设想将物理对象集成到软件系统中，以自动化我们生活的关键方面，例如医疗保健，安全，农业和城市管理。虽然愿景很有希望，但随着硬件和通信技术的快速发展，物联网系统变得越来越动态，大型和复杂，以至于手动管理变得不可行。因此，为构建自主物联网系统提供软件工程基础至关重要。在本文中，我们介绍了一种称为自组织软件模型的新范式，其中物联网软件系统没有显式编程，而是在系统运行期间以分散的方式出现，只有最少或没有人为干预。我们特别介绍了这些模型的概述，包括它们的定义，动机，研究挑战和潜在的方向。
2021-02-25 cs.SE
Designing Privacy-aware Internet of Things Applications
物联网（IoT）应用程序通常收集和分析可用于获取有关个人的敏感信息的个人数据。然而，到目前为止，在设计物联网应用程序时，软件工程过程中尚未明确考虑隐私问题。行为驱动的安全机制的出现，未能解决物联网应用程序设计中的隐私问题，可能会产生安全影响。在本文中，我们将探讨作为一组指导方针制定的隐私设计（PbD）框架如何帮助软件工程师将数据隐私考虑因素集成到物联网应用程序的设计中。我们通过研究软件工程师如何使用它来设计物联网应用程序来研究这个PbD框架的实用性。我们还探讨了使用这套指导方针来影响物联网应用程序设计过程的挑战。除了强调PbD框架在物联网应用程序设计过程中明确隐私功能的好处外，我们的研究还提出了与该方法相关的一些挑战。我们研究的一个关键发现是，PbD框架显著提高了新手和专家软件工程师将隐私设计到物联网应用程序中的能力。
2019-04-11 cs.SE
Reflecting on Recurring Failures in IoT Development
随着物联网系统被赋予更多的责任和自主权，它们提供了更大的好处，但也带来了更大的风险。我们相信这种趋势会重新提出软件工程的一个老挑战：如何在市场压力下安全可靠地开发高风险的软件密集型系统？作为第一步，我们对最近的物联网故障进行了系统分析，以确定工程挑战。我们收集并分析了22篇新闻报道，研究了物联网系统故障的来源、影响和修复策略。我们观察了应用程序域内部和跨应用程序域的故障趋势。我们还观察到，失败主题随着时间的推移而持续存在。为了缓解这些趋势，我们概述了针对物联网开发的故障感知软件开发生存周期的研究议程。我们提出了一个百科全书的故障和经验的基础上，系统事后分析，辅以适当的自动化工具。
2022-09-19 cs.SE
EmbedGenius: Towards Automated Software Development for Generic Embedded IoT Systems
City University of Hong Kong（香港城市大学）；Shandong University（山东大学）
EmbedGenius通过结合大语言模型和嵌入式系统知识，实现了通用嵌入式物联网系统的自动化软件开发，显著提升了代码生成准确率和任务完成成功率。
2025-12-04 cs.AI cs.SE cs.SY
State of the Software Development Life-Cycle for the Internet-of-Things
考虑到软件的成功率，它与危机状态有着长期的联系。互联网连接设备的爆炸式增长，物联网，增加了软件系统的复杂性。这些系统的特点，如大规模和异质性，提出了越来越多的新的挑战。在本文中，我们首先简要介绍了物联网范式和软件开发的现状。然后，我们深入研究了为物联网系统和系统的系统开发软件的特殊性，概述了当前用于设计，开发和测试此类系统的方法和工具。对研究结果进行了讨论，揭示了开放问题和研究方向，并揭示了当今物联网软件开发实践仍然落后于当前的最佳实践。
2018-11-09 cs.SE
Creating it from SCRATCh: A Practical Approach for Enhancing the Security of IoT-Systems in a DevOps-enabled Software Development Environment
DevOps描述了一种重新组织软件工程中不同学科协同工作的方式以加快软件交付的方法。然而，将DevOps方法引入组织是一项复杂的任务。一个成功的介绍会产生一组结构化的过程描述。尽管结构，这个过程留下了错误的余地：特别是安全问题是在各个阶段解决的，没有考虑相互依赖性。此外，将DevOps方法应用于分布式实体（如物联网（IoT））是困难的，因为该架构是为桌面和云资源量身定制的。在这项工作中，介绍了DevOps流程各阶段中使用的工具的概述。在安全性或对物联网的适用性方面存在差距。基于这些差距，在研究项目SCRATCh的过程中正在开发的解决方案，并在DevOps环境的好处方面进行了讨论。
2020-10-28 cs.NI cs.SE
Do users talk about the software in my product? Analyzing user reviews on IoT products
消费者产品评论是一个宝贵的数据来源，因为它们包含了广泛的信息，可以帮助需求工程师满足用户的需求。最近的研究表明，关于软件应用程序的推文和App Store上的评论包含有用的信息，这些信息可以更好地响应软件需求。然而，所有这些研究的主题仅仅是软件应用程序。有关系统软件（如嵌入式软件、操作系统和固件）的信息被忽略，除非对使用这些软件的产品进行审查。调查这些评论的挑战可能来自以下事实：存在大量可用数据，以及此类产品的评论性质多样，这意味着它们可能包含主要关于硬件组件或广泛关于整个产品的信息。受这些观察的启发，我们使用来自6个物联网（IoT）产品的7198个评论句子的数据集进行了探索性研究。我们的定性分析表明，足够数量的软件相关的信息存在于这些审查。此外，我们研究了两种监督机器学习技术（支持向量机和卷积神经网络）的性能分类的信息中包含的评论。我们的研究结果表明，在一定的设置，这两种技术可以用来自动分类的信息具有较高的精度和召回率。
2019-01-28 cs.SE
Dynamic Adaptation of Software-defined Networks for IoT Systems: A Search-based Approach
物联网（IoT）的概念导致了许多复杂和关键系统的发展，例如智能应急管理系统。支持IoT的应用程序通常依赖于通信网络，以便在不可预测和不断变化的环境中传输大量数据。这些网络在存在突发需求时易于拥塞，例如，随着紧急情况的展开，因此依赖于可配置的软件定义网络（SDN）。在本文中，我们提出了一种动态自适应SDN配置方法的物联网系统。该方法能够实时的解决拥塞，同时最大限度地减少网络利用率，数据传输延迟和适应成本。我们的方法建立在现有的工作动态自适应搜索为基础的软件工程（SBSE）重新配置SDN，同时确保多个服务质量标准。我们评估了我们在工业国家应急管理系统上的方法，该系统旨在检测灾害和紧急情况，并通过为第一响应者提供可靠的通信基础设施来促进恢复和救援行动。我们的研究结果表明，（1）我们的方法能够有效地适应SDN动态解决拥塞，（2）与静态和非自适应的两种基线数据转发算法相比，我们的方法将数据传输速率提高了至少3倍，并将数据丢失减少了至少70%。
2020-05-15 cs.SE
A Comprehensive Survey on Dynamic Software Updating Techniques in IoTs
本文综述物联网（IoT）中的动态软件更新（DSU）技术，分析八篇相关论文，明确DSU工具的应用领域、程序变更类型、优缺点及未来方向，强调其在提升物联网能效、耐久性和安全性的作用，为DSU策略发展提供指导。
2024-12-01 cs.HC cs.NI cs.SE
Femto-Containers: DevOps on Microcontrollers with Lightweight Virtualization & Isolation for IoT Software Modules
DevOps已经彻底改变了网络软件的开发、部署和维护，这对于提高系统软件质量和实现敏捷演进至关重要。与此同时，物联网（IoT）连接了越来越多DevOps工具未涵盖的设备：低功耗，基于微处理器的设备。在本文中，我们通过设计Femto-Containers来弥补这一差距，Femto-Containers是一种新的架构，可以通过低功耗网络实现嵌入在微控制器上的软件模块的容器化，虚拟化和安全部署。作为概念验证，我们在流行的微控制器架构（Arm Cortex-M，ESP 32和RISC-V）上使用eBPF虚拟化和RIOT（该领域的常见操作系统）实现和评估了Femto-Containers。我们表明，Femto-Containers可以虚拟化和隔离多个软件模块，同时执行，与本机代码执行相比，内存占用开销非常小（低于10%）和启动时间非常短（数十微秒）。我们表明，毫微微容器可以满足低级别的调试逻辑插入在一个热代码路径的约束，和高级别的业务逻辑编码的各种常见的程序设计语言。与以前的工作相比，Femto-Containers因此在内存占用，能耗，敏捷性和安全性方面提供了一个有吸引力的权衡。
2021-11-03 cs.NI cs.OS cs.SE
Pushing Software-Defined Blockchain Components onto Edge Hosts
随着区块链技术的出现，物联网网络的一些管理任务可以从中央系统转移到分布式验证机构。物联网的以云为中心的区块链实现已经显示出令人满意的性能。然而，区块链的某些功能对于物联网来说并不是必需的。例如，竞争共识。这项研究提出了将区块链的功能定制和封装到软件定义的组件中以将其托管在边缘设备上的想法。因此，区块链资源可以由边缘设备（电子矿工）以合作的方式在更接近事物层的地方一起工作来提供。该研究使用Edison SoC作为电子矿工来测试软件定义的区块链组件。
2019-09-22 cs.CR cs.SE
Incorporating Failure Knowledge into Design Decisions for IoT Systems: A Controlled Experiment on Novices
物联网（IoT）系统允许软件直接与物理世界交互。最近的物联网故障可以归因于反复出现的软件设计缺陷，这表明物联网软件工程师可能没有从过去的失败中吸取教训。我们研究了使用失败案例来改进物联网系统设计。我们进行了一项实验，以评估失败相关的学习治疗设计决策的影响。我们的实验采用了新手（计算机工程专业的学生）完成设计问卷的主题之间的比较。有三种治疗方法：对照组（N=7）;考虑一组设计指南（N=8）;考虑失败故事（建议治疗，N=6）。我们衡量了他们的设计决策和设计原理。所有受试者都做出了类似的决定。他们的理由因治疗而异：接受指南和失败故事治疗的受试者更多地使用关键性作为理由，而接受失败故事治疗的受试者更频繁地使用安全性作为理由。基于这些发现，我们提出了几个研究方向，以实现故障感知物联网工程过程。
2023-03-20 cs.SE
AutoFirm: Automatically Identifying Reused Libraries inside IoT Firmware at Large-Scale
针对物联网固件复用库带来的安全风险，提出自动化工具AutoFirm，通过语法信息检测复用库，经大规模实证研究发现厂商普遍忽视更新过时库，漏洞威胁严峻。
2024-06-18 cs.CR cs.SE
A domain-specific modeling and analysis environment for complex IoT applications
为了应对物联网领域的复杂性，物联网应用的设计师和开发人员需要实用的工具。一些模型驱动的工程方法和工具已经开发出来，以解决这些困难，但很少有人解决的分析方面。在这个扩展的摘要中，我们介绍了CHESSIOT，这是一个针对复杂物联网应用的特定于领域的建模环境。此外，本文还介绍了现有的支持实时分析的机制，以及一种建议的代码生成方法
2021-09-21 cs.PL cs.SE
Green Application Placement in the Cloud-IoT Continuum
绿色软件工程旨在减少开发、部署和管理软件系统对环境的影响。与此同时，云物联网范例可以通过以下方式帮助提高应用部署的能源和碳效率：（i）减少数据量和它们必须在网络上传输的距离，（ii）利用空闲的边缘设备来支持应用部署。在本文中，我们提出了一种声明性方法及其Prolog原型，用于确定应用服务在云物联网基础设施上的位置，以优化能源和碳效率，同时考虑不同的基础设施电源和运营成本。该提案是通过一个激励性的例子进行评估的。
2021-10-18 cs.NI cs.OH cs.PL
Towards a General Software Engineering Methodology for the Internet of Things
随着物联网领域研究的进展，以及存在大量解决各种问题的建议，需要一种通用的原则性软件工程方法来系统地开发物联网系统和应用。在本文中，通过综合该领域的最新技术，我们试图围绕物联网系统和应用程序的设计和开发的关键概念和抽象框架，并起草了一个以这些抽象为中心的软件工程方法。
2016-01-21 cs.MA cs.SE
Introducing Aspect-Oriented Programming in Improving the Modularity of Middleware for Internet of Things
物联网（IoT）已成为智慧城市及其应用发展的流行语。在这种情况下，支持软件的开发构成了物联网基础设施的核心部分。中间件位于物联网设备之间，并在它们之间进行交互，以在自动化架构的组件之间交换数据。中间件服务包括握手，数据传输和安全性，其核心功能集。它还包括跨领域的功能服务，如身份验证、日志记录和缓存。能够运行这些中间件服务的软件需要仔细选择良好的软件建模技术。面向对象编程（AOP）是一种软件开发方法，可用于独立封装物联网基础设施中间件服务的核心和横切功能。在本文中，已尝试使用模拟环境，独立建模的两个正交功能的中间件的重点，以提高其模块化。此外，定量测量的核心设计属性的凝聚力已经做了推断在物联网中间件封装的模块的可重用性的改善。基于测量，它被发现，在中间件软件的功能的模块化和可重用性已提高在ANOJ版本相比，其等效的Java版本。
2020-09-23 cs.SE
Skilled AI Agents for Embedded and IoT Systems Development
Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University（杜克大学电气与计算机工程系）
本文提出技能型AI代理框架与IoT-SkillsBench基准，通过实测验证，展示结构化专家知识在嵌入式编程中的高效性。
2026-03-20 cs.AI cs.SE
Continuously Testing Distributed IoT Systems: An Overview of the State of the Art
对系统的小变化进行持续测试已被证明是有用的，并在软件系统的开发中被广泛采用。为此，软件在尽可能接近生产环境的环境中进行测试。在测试物联网系统时，这种方法会遇到独特的挑战，这些挑战来自于通常的大规模部署、节点异构性、具有挑战性的网络特性以及与环境的紧密集成等。物联网测试环境通过模拟可以执行物联网应用程序的节点、网络和可能的域环境，为这些挑战提供了一种可能的解决方案。本文概述了物联网测试的最新技术水平。我们得出了物联网测试环境的理想特征，比较了18种可用于这方面的工具，并对该领域的未来趋势进行了研究展望。
2021-12-17 cs.DC cs.SE
Proceedings First Workshop on Architectures, Languages and Paradigms for IoT
第一届物联网架构、语言和范式研讨会（ALP4IoT 2017）于2017年9月19日在都灵举行。ALP4IoT是第13届综合形式方法国际会议（iFM 2017）的卫星活动。该研讨会旨在批判性地审查物联网正式技术和软件方法的最新技术和实践水平，提出开放的问题和挑战，并引发不同观点和背景的参与者之间的讨论。物联网正在迎来互联和智能对象的数量和种类的急剧增加。通信能力和计算能力越来越多地嵌入到日常设备中，包括个人智能设备、公共显示器、汽车、无人机和电子标签。这种状态的东西打开了一个前所未有的研究机会：固有的分布，流动性，situatedness，和异质性等设备要求适当的科学理解的基础，这样的系统，以及新的软件方法。研讨会征集了对物联网软件系统具有潜在实践和理论影响的架构、语言、范例和技术方面的原创性贡献，欢迎跨学科方法。
2018-02-03 cs.DC cs.MA cs.SE
Data Analytics and Machine Learning Methods, Techniques and Tool for Model-Driven Engineering of Smart IoT Services
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本博士论文提出了一种新的方法来加强物联网（IoT）和智能网络物理系统（CPS）的智能服务的发展。所提出的方法提供了抽象和自动化的软件工程过程，以及数据分析（DA）和机器学习（ML）的做法。这是以集成和无缝的方式实现的。我们通过扩展一个名为ThingML的开源建模工具来实现和验证所提出的方法。ThingML是一种特定于领域的语言和建模工具，可为IoT/CPS领域生成代码生成。ThingML和任何其他IoT/CPS建模工具都不支持建模级别的DA/ML。因此，作为博士论文的主要贡献，我们将有关DA/ML方法和技术的必要语法和语义添加到ThingML的建模语言中。此外，我们支持多个ML库和框架的API，用于自动生成Python和Java中目标软件的源代码。我们的方法支持独立于平台的模型以及特定于平台的模型。此外，我们通过在后台（专家模式）提供自动化ML（AutoML），并通过在设计时进行模型检查约束和提示，来帮助执行半自动化DA/ML任务。最后，我们考虑了来自网络安全、智能能源系统和能源交易市场领域的三个用例场景。
2021-02-12 cs.LG cs.SE
Can Commercial Testing Automation Tools Work for IoT? A Case Study of Selenium and Node-Red
背景：由于大规模、数据量和异构性，测试物联网软件具有挑战性。测试自动化是该领域中非常需要的特性。目的：本研究的第一个目标是探索物联网测试自动化的需求和挑战。第二个目标是将商业软件中使用的测试自动化工具集成到物联网环境中。方法：进行了系统的文献综述，以引出物联网测试自动化的要求。遵循设计科学方法，使用商业测试自动化工具Selenium为Node-Red平台编写的物联网应用程序构建测试自动化工具。由此产生的框架使用Selenium Web Driver，用于物联网应用程序的基于浏览器的测试自动化。结果如下：该框架已在多个浏览器上进行了功能测试，并对可维护性、浏览器性能和全面性进行了初步评估。结论：使用商业工具进行物联网自动化测试是可行的。然而，需要全面解决大数据量和数据的并行传输和处理等主要挑战，以实现完全集成。
2021-07-09 cs.SE
The Ifs and Buts of the Development Approaches for IoT Applications
物联网（IoT）设备的最近增长已经导致各种复杂应用的兴起，其中这些应用涉及大量异构设备之间的交互。需要解决的一个重要挑战是促进物联网应用程序的敏捷开发，而参与该过程的各方只需付出最少的努力。然而，由于物联网系统中交互的各种硬件和软件技术，物联网应用程序开发具有挑战性。此外，它涉及到处理归因于不同软件生命周期阶段的问题：开发，部署和进展。在本文中，我们研究了三种物联网应用程序开发方法：基于Mashup的开发，基于模型的开发和基于功能即服务的开发。从不同的角度讨论了每种方法的优点和缺点，包括可靠性，部署速度，易用性和目标受众。最后，我们提出了一个简单的解决方案，将这些技术结合起来，以提供可靠的应用程序，同时降低成本和发布时间。
2021-01-24 cs.DC cs.SE
Designing Security and Privacy Requirements in Internet of Things: A Survey
物联网（IoT）应用的设计和开发过程比桌面、移动或Web应用更复杂。首先，物联网应用需要软件和硬件在不同条件下跨具有不同功能的不同节点协同工作。其次，物联网应用开发涉及桌面，Web，嵌入式和移动等不同的软件工程师进行合作。此外，开发过程需要将不同的软件\hardware堆栈集成在一起。由于上述复杂性，在物联网应用程序开发过程中，往往会忽略非功能性需求（如安全性和隐私性）。在本文中，我们回顾了正在开发的技术，方法和工具，以支持将安全和隐私的要求纳入传统的应用程序设计。通过这样做，我们的目标是探索这些技术如何适用于物联网领域。在本文中，我们主要关注两个不同的方面：（1）便于捕获非功能需求（即，安全和隐私），以及（2）可用于支持和增强物联网应用程序设计过程的主动和被动交互技术。我们的目标不仅是分析过去的研究工作，还讨论它们对物联网的适用性。
2019-10-22 cs.HC cs.SE
Towards the Adoption of OMG Standards in the Development of SOA-Based IoT Systems
物联网（IoT）的共同特征是关于网络协议、数据格式、硬件和软件平台的高度异构性。为了处理这种程度的异构性，一些框架已经应用模型驱动开发（MDD）来构建物联网应用程序。从软件体系结构的角度来看，文献表明，面向服务的体系结构（SOA）是一种很有前途的风格，以解决组成这些解决方案的实体的互操作性。物联网的一些特性使得分析设计决策对基于SOA的物联网应用程序行为的影响具有挑战性。因此，模拟模型以验证系统在实现之前是否按预期执行是一个关键要求。虽然文献已经确定SOA风格适合解决互操作性，但现有的建模语言在设计物联网应用程序时并不将SOA元素视为一等公民。此外，尽管现有的MDD框架提供了包括定义良好的语法的建模语言，但它们缺乏执行语义，因此不适合模型执行和分析。这项工作旨在通过引入IoTDraw来解决这些问题。该框架为基于SOA的物联网系统提供了完全符合OMG的可执行建模语言;因此，其规范可以由任何实现OMG标准的工具实现。
2020-07-03 cs.SE
Context-awareness of the IoT through the on-the-fly preference modeling
必须在分布式计算范式中考虑属于物联网网络的事物的上下文感知。在本文中，我们建议使用图变换和时序逻辑作为一个正式的框架，知识表示的用户/居民的行为在多智能体系统。物联网网络被认为是图结构。动态偏好模型，理解为在选择的优先级，也介绍了。偏好模型是基于形式逻辑的行为观测结果，由软件代理实时构建。软件代理收集有关用户偏好的逻辑规范方面表示的知识，以及建议在飞行中的未来行为的逻辑推理过程的基础上，使用语义tableaux方法。预测过程是物联网系统中一些新的重要事件的结果，这些事件应该满足响应。由于与物理环境交互的网络系统无处不在，因此非常需要开发将整个物联网系统作为上下文感知系统的技术。形式化方法提高了系统的可信度。提供了一个简单但说明性的例子。
2014-08-08 cs.SE
A Reference Architecture for Smart and Software-defined Buildings
涵盖智能和软件定义建筑（SSDB）的愿景越来越受欢迎，由于物联网基础设施的广泛采用，其实施现在更容易实现。支持这一愿景的一些最重要的应用是能源管理、环境舒适、安全和监控。本文概述了物联网和SSB技术及其在实现智能空间方面的合作。我们提出了一个四层参考架构，并围绕它组织相关概念。这个概念框架有助于识别当前关于该主题的文献，并将这些点连接成住宅和商业建筑未来的连贯愿景。
2019-02-25 cs.CY cs.SE
Interaction semantics and its implications for an interaction oriented architecture of IoT-type applications
“物联网（IoT）”一词下的几个协同趋势极大地推动了网络应用的重要性日益增加。在过去，互联网的指数增长主要是由于语义不可知的传输协议。在未来，可以预期的是，由于技术系统的自主性越来越高，有必要更好地理解这些交互网络的语义的性质，以创建适当的网络应用程序。适当意味着这些应用程序的架构允许最小化使这些应用程序适应永久变化的交互网络的工作。提出的面向交互的体系结构是基于交互语义的参考模型。它提供了如何设计网络应用程序的指导原则。交互语义的参考模型提供了：对物理、信息和人类世界中的事物的统一描述;具有直接运行时相关性的交互模型;对层次结构化组件如何松耦合协作的理解;确定有多少语义必须是共同的以使不同语义域的组件能够松耦合协作的概念;和数据类型模型。软件参考体系结构提供了：软件层的定义;表示垂直交互的方法，即划分软件层的交互;表示水平交互的方法，即同一软件层中进程之间的交互;组件的定义以及如何将其与其他实体（如系统或对象）区分开来;以及如何将应用程序功能的可重用部分与不可重用部分分离的模型。
2017-05-16 cs.SE
Architectural Invariants and Correctness of IoT-based Systems
物联网应用影响越来越多的工业领域，如智能制造、智能健康监测和家庭自动化;配备传感器和执行器的物理对象或设备相互连接，然后通过软件应用程序进行控制。确保这些应用程序的正确构建、良好运行和可靠性是其中一些应用程序的重要问题，这些应用程序在功能障碍的情况下可能是至关重要的。我们提出的基础上，其共同的架构属性的形式化模型，基于物联网的应用程序的形式化建模的通用框架，其一致性属性的严格分析，其严格的建设和演变。可以逐步添加和检查特定属性。然后使用Event-B实现并实验了所提出的框架。我们利用的观察，基于物联网的物理架构和控制软件的主要要求是共同的所有基于物联网的应用程序;这导致我们的通用形式模型的定义与不变的架构和一致性属性。所提出的方法是通用的，可扩展的，并且可以有益地适应更一般的混合或网络物理系统。我们目前的实现是独立的形式化模型，它可以实现在各种其他形式化分析环境。
2019-12-18 cs.SE
Atmosphere: Context and situational-aware collaborative IoT architecture for edge-fog-cloud computing
University of Cadiz（加的斯大学）；University of Mohamed Khider（穆罕默德·海德尔大学）
针对现有物联网架构难以协同边缘、雾、云三层资源与双向通信的问题，本文提出Atmosphere架构，通过适配各层的技术与三层双向通信机制，经医院呼吸道疾病监测案例验证可高效支撑协同物联网场景。
2024-01-26 cs.AI cs.DC cs.SE
Learning Self-adaptations for IoT Networks: A Genetic Programming Approach
物联网（IoT）是应用领域的关键技术，需要大量设备之间的连接和互操作性。物联网系统主要使用软件定义网络（SDN）架构作为其核心通信骨干。这种架构提供了几个优势，包括通过软件可编程性使物联网网络自适应的灵活性。一般来说，自适应解决方案需要周期性地监视、推理和适应正在运行的系统。自适应步骤包括生成自适应策略，并在出现异常时将其应用于运行的系统。在本文中，我们认为，而不是产生个人的适应策略，目标应该是适应逻辑/代码的运行系统的方式，系统本身将学习如何避开未来的异常，而不会触发自适应太频繁。我们在物联网网络的背景下实例化并实证评估了这一想法。具体而言，使用遗传编程（GP），我们提出了一种自适应解决方案，不断学习和更新基于SDN的物联网网络的数据转发逻辑中的控制结构。我们使用开源合成和工业数据进行的评估表明，与尝试生成个体适应的基线适应技术相比，我们基于GP的方法在解决网络拥塞方面更有效，并且随着时间的推移降低了适应干预的频率。此外，我们将我们的方法与网络文献中的标准数据转发算法进行比较，表明我们的方法显着减少了数据包丢失。
2022-05-09 cs.SE
A Formal Assisted Approach for Modeling and Testing Security Attacks in IoT Edge Devices
随着物联网设备数量的快速增长，这些系统的安全性成为一个主要问题。由于这些设备资源有限，安全措施难以在边缘实施。我们提出了一种基于形式化建模和突变测试的物联网设备攻击检测新方法。也就是说，我们将运动传感器和RFID阅读器等小型物联网设备的行为建模为具有超时的状态机。我们还对基本的物联网攻击进行了建模，即电池耗尽、睡眠剥夺、数据伪造、重放和中间人攻击，作为这些规范的特殊突变体。我们还考虑用于检测实际物理设备操作的测试。然后使用突变测试来导出将这些攻击与原始规范区分开的测试。通过对这些突变体进行测试，在真实环境中测试它们的行为。我们的实验表明，派生的攻击突变体和测试的数量是小的，因此这些测试可以执行多次，在物理设备上的开销有限。因此，我们的方法不会受到传统突变检测相关高成本的阻碍。此外，我们还表明，通过我们的方法得出的测试覆盖了所有物联网攻击，但没有提供使用传统的基于突变代码的算子得出的突变体的良好覆盖率，这表明需要使用我们的方法。一个框架，实现我们的方法，以及其他一些相关的案例研究。
2022-10-11 cs.CR cs.SE
An Architectural Design Decision Model for Resilient IoT Application
针对物联网应用易受威胁且缺乏弹性建模机制的问题，提出一种架构设计决策模型，以降低设计弹性物联网应用的难度，并通过案例验证其价值。
2023-06-17 cs.SE
Towards a modeling and analysis environment for industrial IoT systems
工业物联网系统（IIoT）的开发需要足够强大的工具来应对此类系统的复杂性和异构性，这些系统应该在安全关键条件下工作。支持早期分析、验证和确认的方法的可用性仍然是研究界的一个悬而未决的问题。早期的实时可扩展性分析可以帮助量化所需系统的定时性能最终可以达到什么程度。在本文中，我们介绍了CHESSIOT，一个模型驱动的环境，以支持工业物联网系统的设计和分析。CHESSIOT遵循多视图，基于组件的建模方法，采用中间ThingML模型，以全面的方式对系统组件执行基于事件的建模，用于代码生成。为了展示该扩展的功能，我们设计并分析了一个工业实时安全用例。
2021-06-03 cs.PL cs.SE
Envisioning Tool Support for Designing Privacy-Aware Internet of Thing Applications
物联网（IoT）应用的设计和开发过程比桌面、移动或Web应用更复杂。物联网应用需要软件和硬件两者跨多个不同类型的节点（例如，微控制器、片上系统、移动电话、嵌入式单板计算机和云平台）在不同条件下具有不同的能力。物联网应用程序通常收集和分析可用于获取有关个人的敏感信息的个人数据。如果没有适当的隐私保护，物联网应用程序可能会导致严重的隐私侵犯。到目前为止，在设计和开发物联网应用程序时，软件工程过程中尚未明确考虑隐私问题，部分原因是缺乏工具，技术和指导。本文提出了一个研究愿景，认为开发一个隐私感知的物联网应用程序设计工具，以解决上述挑战的重要性。该工具不仅可以将物联网应用程序设计转换为隐私感知应用程序设计，还可以验证和验证它们。首先，我们概述了这个拟议的工具应该如何在实践中工作及其核心功能。然后，我们确定了研究的挑战和潜在的发展方向提出的工具。我们预计，这一拟议的工具将节省许多工程时间，否则工程师将需要花费在开发隐私专业知识和应用它。我们还强调这一工具对隐私教育和隐私合规的实用性。
2020-11-28 cs.SE
UniBOM -- A Unified SBOM Analysis and Visualisation Tool for IoT Systems and Beyond
University of Oxford（牛津大学）
UniBOM是一种用于物联网系统及更广泛领域的统一SBOM分析与可视化工具，通过集成二进制、文件系统和源代码分析，提升漏洞检测与风险管理能力。
2025-11-27 cs.CR cs.SE
Continuous Reasoning for Managing Next-Gen Distributed Applications
在持续集成/持续部署（CI/CD）软件发布管道中，持续推理已被证明在增量分析应用程序代码库的变化方面是有效的。在本文中，我们提出了一种新颖的声明式连续推理方法，以支持云-物联网连续体上的多服务应用程序的管理，特别是当基础设施变化阻碍满足应用程序的硬件，软件，物联网或网络QoS要求时。我们展示了这种方法如何带来相当大的速度相比，非增量推理。
2020-09-22 cs.DC cs.SE
IoT Architectural Framework: Connection and Integration Framework for IoT Systems
随着物联网（IoT）的普及，人们对架构设计和自适应框架越来越感兴趣，以促进异构IoT设备和IoT系统之间的连接。物联网中最受欢迎的软件架构是面向服务的架构（SOA），其目的是提供一个松散耦合的系统，以利用中间件层的物联网服务的使用和重用，从而最大限度地减少系统集成问题。然而，尽管SOA提供了灵活性，但在物联网系统中集成、扩展和确保弹性的挑战仍然存在。物联网系统集成不良的主要原因之一是缺乏智能的连接感知框架来支持物联网系统中的交互。本文回顾了现有的集成物联网设备的架构框架，并确定了需要进一步研究改进的关键领域。本文最后提出了一种基于微服务的可能解决方案。所提出的物联网集成框架受益于智能API层，该API层采用外部服务组装器、服务审计器、服务监视器和服务路由器组件来协调架构内的服务发布、订阅、解耦和服务组合。
2018-02-06 cs.CY cs.DC cs.SE
A Model-Driven-Engineering Approach for Detecting Privilege Escalation in IoT Systems
访问控制模型中的软件漏洞可能代表系统中的严重威胁。事实上，OWASP将破坏访问控制列为十大漏洞中严重程度第5位。在本文中，我们研究了一个新兴的智能家居平台，SmartThings的权限模型，并探讨了一种方法，在其权限模型中检测权限升级。我们的方法是基于模型驱动工程（MDE）除了静态分析。与单独的静态分析相比，这种方法可以更好地覆盖权限升级检测，并利用分析携带额外权限详细信息的自由格式文本。我们的实验结果表明，在物联网应用程序中检测过特权漏洞的准确性非常高
2022-05-23 cs.CR cs.SE
