Lenguaje específico del dominio para el diseño y ejecución de simulaciones de entornos IoT

Abstract

El Internet de las Cosas (IoT) se está expandiendo rápidamente en sectores como las Ciudades Inteligentes, Agricultura, Transporte (IoV) e Industria (IIoT). Esto implica una gran diversidad tecnológica que aumenta rápidamente, y una falta de estándares universalmente aceptados, escenario que dificulta el desarrollo de estos sistemas. Para garantizar el correcto funcionamiento de los sistemas IoT antes de su despliegue, se utilizan simuladores. Sin embargo, éstos se enfocan a menudo en detalles de bajo nivel, complicando su usabilidad. El desarrollo dirigido por modelos (MDD) ofrece una solución basada en la abstracción del dominio de los sistemas, permitiendo a los usuarios centrarse en conceptos de alto nivel a través de un metamodelo. Este metamodelo ayuda en la creación de modelos que representan diferentes sistemas, de los cuales se puede generar automáticamente código y otros componentes, mejorando la productividad y la consistencia. Esta tesis introduce SimulateIoT, un simulador IoT basado en los principios del MDD. SimulateIoT proporciona una herramienta de alto nivel para simular sistemas IoT, definiendo un metamodelo para modelar y validar este tipo de sistemas, y generando el código de simulación del mismo. Así, este enfoque reduce la curva de aprendizaje y aumenta la agilidad del proceso de diseño y simulación. SimulateIoT soporta una amplia gama de componentes, incluyendo sensores, actuadores, nodos de fog y cloud, arquitecturas FIWARE, dispositivos móviles y nodos de planificación de tareas. El simulador ha sido validado a través de varios casos de uso como la Agricultura Inteligente, Seguimiento de Animales, Ciudades Inteligentes y sistemas IoT Industriales.

The Internet of Things (IoT) is rapidly expanding across various sectors such as Smart Cities, Agriculture, Transport (Internet of Vehicles or IoV), and Industry (Industrial IoT or IIoT). This results in high technological heterogeneity that is increasing rapidly and continuously, combined with a lack of universal standards, making IoT development complex and challenging. To ensure IoT systems perform correctly before deployment, IoT simulators are used. However, they typically focus on low-level details, hindering their usability. Model-driven development (MDD) offers a solution by using high-level models to design and implement software systems. MDD abstracts the system's domain, enabling users to focus on high-level abstract concepts through a metamodel. This metamodel aids in the creation of models that represent different systems, from which code and other artifacts can be automatically generated, enhancing productivity and consistency. This thesis introduces SimulateIoT, a novel IoT simulator based on MDD principles. SimulateIoT provides a high-level abstraction framework for simulating complex IoT ecosystems, leveraging a metamodel for modeling and validating IoT systems, and generating the system's simulation code. This approach reduces the learning curve and increases the agility of the design and simulation process. SimulateIoT supports a comprehensive range of IoT components, including sensors, actuators, fog and cloud nodes, FIWARE architectures, mobile devices, and task-scheduling nodes. The simulator has been validated through several use cases such as Smart Agriculture, Animal Tracking, Smart Cities, and Industrial IoT systems.